变频器在机床上的应用
日期：2007-9-19 21:03:58 来源：本站整理
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变频器驱动一般异步电动机，对1台XT754型镗铣床的进给直流伺服系统实施改造，从而使这台镗铣床的进给实现交流伺服控制。
机床设备对伺服系统的要求是：调速范围宽(要求在100：1以上。如XT754型镗铣床最低速度是10mm/min，最高速度是2500mm/min，其调速范围d：2500：10=250：1)；速度控制精度高(在整个调速范围，起制动及运行过程要求运行稳定)；定位准确(当下件快速进给后定位时间短、定位行程小，从而可提高加工效率)。
针对上述特点，我们选择性能比较先进的日本安川变频器驱动一般异步电动机，对1台XT754型镗铣床的进给直流伺服系统实施改造，从而使这台镗铣床的进给实现交流伺服控制。
1．交流伺服系统的组成
由变频器、异步电动机、冷却风机和脉冲编码器等组成，如图1所示。
图1
(1) 变频器是整个系统的核心。它是一个多功能全数字式变频器，主要负责整个系统的能源变换和数据处理。它和驱动电动机、脉冲编码器、PG速度控制卡一起构成典型的带PG反馈的闭环控制系统。
变频器VS-616G5(CIMR-C5A43P7 3.7kW)为多功能全数字式。它有四种方式：无PG U/f控制、有PG U/f控制、无PG矢量控制和有PG矢量控制。当选用有PG矢量控制方式时，其调速范围可以达到1000：1，并且能够实现零速控制。
(2) 驱动电动机采用一般笼型异步电动机(Y132M1-6型，4kW、380V、9.4A、960r/min)，并配备强迫冷却风机(吵125mm轴流风机)。由于驱动电动机主要工作在低速状态，在低速长期运行时电动机易发热，因此增加冷却风机是必要的。
(3) 脉冲编码器采用HLE-1024L-3F)k A型．安装于电动机的轴上，其轴径要与电动机轴径相配合。它是构成带PG反馈系统的关键部件，主要参数是每转脉冲数NP(变频器参数P1-01)，由下式计算选择。
NP=60f/nN
式中：f--速度控制卡工作频率，Hz
nN--电动机额定转速，r/min
当选用的电动机为960r/min，PG-B2速度控制卡的工作频率是20kHz时，NP=60X20000/960=1250。实际选用PG脉冲数为1024的脉冲编码器。
2．PG脉冲数与车铣精度的关系
XT754型镗铣床进给系统的调速范围是μ=10～1120mm/Min，快速进给速度是2500mm/min。由于PG脉冲数与电动机的转速成正比，而电动机的转速又直接反映了伺服装置的行程。因此，当电动机转速为最低速n=5.14r/min(D10mm/min)时，则：
每个脉冲当量=μ/(nXPG脉冲数)=10/(5.14 X1024)=0.0019(mm)
即每个脉冲行程是1.9lμm。
3．调速指令电阻网络匹配计算
变频器端子13为主速指令控制端，对应10V电压输出的频率是基本频率，即50Hz。根据工艺要求，电动机的调速范围是5.14-576r/min。若仍旧采用原调整控制开关进行控制，其电阻调整范围是7512-200k12。为配合这个调速开关的设计，调速电阻网络如图2所示。其中，R1、R3、R5均为3.3kΩ可调电阻。当RP在75ll-200k12变化时，对应端子13的输出电压是6-0.054V。根据电路原理分析，当R3=1.05kΩ时，可以得到一组计算参数：R1=985Ω，1.05kΩ，R5=2.26kΩ。
图2
根据这组计算参数整定电阻R1、R3、R5，即可在变频器端子13得到所要求的频率设定电压。
正常运行时，KA6不动作，端子13对17的输出范围在0.054-6V之间，对应电动机速度为5.14-576r/min。当快速进给时，KA6动作，端子13对17输出10V的电压，对应输出电动机的额定转速。
4. 电动机旋转方向及其控制
电动机的旋转方向只与变频器的输出相序有关，与进线电源的相序无关。因变频器本身设计有外接端子，可以进行正转、反转及运行停止，故设计正反转继电器输出组时，可以直接与变频器的端子相连，如图3所示。利用KA7、KA8正反转控制继电器进行控制，接口简单，控制可靠。
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机床设备对伺服系统的要求是：调速范围宽(要求在100：1以上。如XT754型镗铣床最低速度是10mm/min，最高速度是2500mm/min，其调速范围d：2500：10=250：1)；速度控制精度高(在整个调速范围，起制动及运行过程要求运行稳定)；定位准确(当下件快速进给后定位时间短、定位行程小，从而可提高加工效率)。
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针对上述特点，我们选择性能比较先进的日本安川变频器驱动一般异步电动机，对1台XT754型镗铣床的进给直流伺服系统实施改造，从而使这台镗铣床的进给实现交流伺服控制。
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1．交流伺服系统的组成
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由变频器、异步电动机、冷却风机和脉冲编码器等组成，如图1所示。
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图1
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(1) 变频器是整个系统的核心。它是一个多功能全数字式变频器，主要负责整个系统的能源变换和数据处理。它和驱动电动机、脉冲编码器、PG速度控制卡一起构成典型的带PG反馈的闭环控制系统。
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变频器VS-616G5(CIMR-C5A43P7 3.7kW)为多功能全数字式。它有四种方式：无PG U/f控制、有PG U/f控制、无PG矢量控制和有PG矢量控制。当选用有PG矢量控制方式时，其调速范围可以达到1000：1，并且能够实现零速控制。
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(2) 驱动电动机采用一般笼型异步电动机(Y132M1-6型，4kW、380V、9.4A、960r/min)，并配备强迫冷却风机(吵125mm轴流风机)。由于驱动电动机主要工作在低速状态，在低速长期运行时电动机易发热，因此增加冷却风机是必要的。
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NP=60f/nN
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当选用的电动机为960r/min，PG-B2速度控制卡的工作频率是20kHz时，NP=60X20000/960=1250。实际选用PG脉冲数为1024的脉冲编码器。
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2．PG脉冲数与车铣精度的关系
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XT754型镗铣床进给系统的调速范围是μ=10～1120mm/Min，快速进给速度是2500mm/min。由于PG脉冲数与电动机的转速成正比，而电动机的转速又直接反映了伺服装置的行程。因此，当电动机转速为最低速n=5.14r/min(D10mm/min)时，则：
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每个脉冲当量=μ/(nXPG脉冲数)=10/(5.14 X1024)=0.0019(mm)
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4. 电动机旋转方向及其控制
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