一、前言

　　目前中國機床產(chǎn)業(yè)僅僅在規(guī)模方面具有相對比較優(yōu)勢，與機床制造強國相比，在結(jié)構(gòu)、水平、研發(fā)和服務(wù)能力等方面都還存在明顯的差距。機床市場的獨特結(jié)構(gòu)加快了變化速度，普通、低檔數(shù)控機床需求大幅度萎縮，大重型和高檔數(shù)控機床仍保持穩(wěn)定。同時也帶動了機床行業(yè)上的自動化產(chǎn)品的需求增大。變頻器、伺服、編碼器等自動化產(chǎn)品在機床行業(yè)中應(yīng)用了很多年。由于變頻器的高性價比，所以變頻器在經(jīng)濟型數(shù)控機床和普通機床的數(shù)控化改造中使用非常普遍。隨著新技術(shù)的不斷引進，傳統(tǒng)的普通機床業(yè)在面臨的淘汰和技術(shù)革新的境地，采用新技術(shù)，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性是機床生產(chǎn)的關(guān)鍵。下面就以機床拖動方面采用變頻調(diào)速得改造來闡述變頻器在機床行業(yè)改造方面的研究和應(yīng)用。

　　二、機床改造的現(xiàn)狀

　　傳統(tǒng)機床變頻器的技術(shù)改造，經(jīng)過近幾年的實踐運行，整個機床的電氣控制系統(tǒng)得到了最大程度的優(yōu)化：系統(tǒng)操作更簡單、方便;通過轉(zhuǎn)矩補償、防止失速和再啟動等功能，實現(xiàn)不跳閘運行，使生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、效率提高;具有較高的穩(wěn)速精度和快速動態(tài)響應(yīng)，能滿足高性能場合的傳動控制要求;最重要就是幫助客戶大幅度降低了維護成本。變頻器技術(shù)越來越深入的應(yīng)用，讓我們看到其巨大的節(jié)能潛能和良好的效益。國內(nèi)在近幾年也涌現(xiàn)出了一大批領(lǐng)先的工業(yè)自動化解決方案供應(yīng)商，為紡織、機床、印刷包裝、食品醫(yī)療、煤礦等行業(yè)中提供先進、適用的解決方案應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，得到了國內(nèi)用戶的認(rèn)可。通過對機床進行變頻器技術(shù)的改造為廣大生產(chǎn)廠商帶來到技術(shù)上的突破的同時也創(chuàng)造出了相應(yīng)的價值。

　　三、改造機床的傳動特點

　　通常的情況下老舊機床的拖動系統(tǒng)是由電機來帶動齒輪箱進行傳動和調(diào)速的，這種系統(tǒng)具有以下特點：

　　1)負(fù)載具有恒功率的性質(zhì)，在機床的　齒輪箱變速時，其轉(zhuǎn)矩的變化與轉(zhuǎn)速的變化始終成反比。若忽略了齒輪箱的損耗，這樣在全功率的范圍內(nèi)機床負(fù)載都始終處在恒功率的特點。

　　2)轉(zhuǎn)速按照檔次來進行調(diào)速，通常機床的調(diào)速箱有8檔轉(zhuǎn)速：75、120、200、300、800、1200、1500，2000r/min。速度固定需要哪個速度就調(diào)整到相應(yīng)的檔位。

　　3)調(diào)速的控制方式主要由手柄組合的8個位置來進行控制，主要控制四個離合器的分與合，得到齒輪的8種組合，從而得到8檔轉(zhuǎn)速。低速時的過載能力強　低速時，拖動系統(tǒng)經(jīng)齒輪箱降速后的額定轉(zhuǎn)矩將遠(yuǎn)大于負(fù)載的最大工作轉(zhuǎn)矩，有很強的過載能力。

　　4)變頻器具有集成高精度轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制算法，具有250%瞬時轉(zhuǎn)矩控制能力，并且通用型變頻器能夠兼容多品牌模式PLC運行功能，特別適合機床制造設(shè)備應(yīng)用。其內(nèi)部具有豐富的擴展選件：編碼器接口板、I/O擴展板、可參數(shù)復(fù)制的操作面板等，適合未來機床的進一步更新和改進。

　　四、變頻器在機床改造中的具體應(yīng)方案

　　以筆者曾經(jīng)工作過的(某某機械加工廠)為例，該廠主要應(yīng)用的是經(jīng)濟型簡易數(shù)控機床，由于這種機床的調(diào)速電磁離合器的損壞率十分的頻繁，經(jīng)工作人員對變頻調(diào)速系統(tǒng)具有的優(yōu)點進行論證，最終決定改用變頻器實現(xiàn)機床的變頻調(diào)速。具體情況如下：

　　在利用變頻器技術(shù)改造該系統(tǒng)中，變頻器采用外部端子控制，數(shù)控系統(tǒng)所發(fā)出的是支流　0V到10V的電壓信號通過變頻器的相關(guān)固定功能的端子送入到變頻器，從而實現(xiàn)數(shù)字量來設(shè)定電機轉(zhuǎn)速再通過模擬量變頻輸出的對電機進行控制。電機轉(zhuǎn)速的快慢主要由變頻控制系統(tǒng)輸出的電壓值信號的大小來控制。數(shù)控機床電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運行主要由外圍操作通過變頻器的FWD，REV7與DCM端子來實現(xiàn)控制。機床的各種保護信號通過變頻器的常開、常閉觸點來進行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓，設(shè)備的過載，以及過熱、負(fù)壓、缺相等故障的保護。在實際的機床改造中，在正常工況下經(jīng)過工作人員的反復(fù)試驗，利用變頻器改造的機床完全符合設(shè)計的要求，并且取得了令人滿意的運行效果。

　　五、應(yīng)用變頻器進行改造的優(yōu)勢

　　1)變頻器的速度調(diào)節(jié)范圍十分的廣泛，一般的通用型變頻器都能夠?qū)崿F(xiàn)0到400HZ范圍內(nèi)的變頻調(diào)速，所以在對機床進行變頻改造的時候應(yīng)該選擇符合機床情況的品牌型號。

　　2)由于機床要求具有較硬的機械特性。這一點非常符合變頻器+普通電機(或變頻電機)傳動具有機械特性硬的特點。通常情況下，變頻器一般在低頻工作下都具有提供150%負(fù)載轉(zhuǎn)矩的能力。

　　3)在機床工作的過程中，當(dāng)機床需要在低速運行時，其需要具有強大過載能力。應(yīng)用變頻器進行改造能夠提供150%的過載保護(60S)，這一點可以充分的滿足機床設(shè)備的要求。

　　4)在對機床進行變頻調(diào)速的改造以后，能夠簡化機床齒輪變速箱等原來比較復(fù)雜的機械拖動組織，使系統(tǒng)的自動化程度大幅提高，操作也變得簡單和人性化，并且由于變頻器的集成度較高也使得系統(tǒng)的維修更加的方便。

　　5)目前市面上的變頻器大多具有電壓直流零到十伏，以及電流模擬輸入接口，這一點能夠與機床的數(shù)控系統(tǒng)的控制信號有較好的兼容性，系統(tǒng)控制信號也十分的匹配。

　　六、總結(jié)

　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大。作為數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，電機伺服系統(tǒng)經(jīng)歷了從步進到直流，進而到交流的發(fā)展歷程。而數(shù)控機床中的伺服系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用也獲得了越來越廣泛的推廣，變頻器的種類和型號繁多，適用面非常的廣泛，可以預(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等高精加工機床的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字變頻系統(tǒng)等將成為數(shù)控機床行業(yè)的關(guān)注的熱點。

? 文章來源：深圳市美克能源科技股份有限公司