一、 簡介

數(shù)控機(jī)床，簡稱NC（Numerical Control ）機(jī)床，它是綜合應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)、自動控制、傳感技術(shù)、精密測量和機(jī)床設(shè)計等先進(jìn)技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型機(jī)床，是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動、微電子等多項技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。

數(shù)控機(jī)床一般由機(jī)、電兩部分構(gòu)成，其中電氣電子部分主要是由數(shù)控系統(tǒng)（CNC）、進(jìn)給伺服驅(qū)動和主軸進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)組成。主軸是機(jī)床構(gòu)成中一個重要的部分，對于提高加工效率，擴(kuò)大加工材料范圍，提升加工質(zhì)量都有著很重要的作用。傳統(tǒng)的普通機(jī)床大多數(shù)是不能自動變速的，需要變速時，只能把機(jī)床停止，然后手動變速。而數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)。通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。目前由于變頻器的高性價比，所以變頻器在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床的數(shù)控化改造中使用非常普遍。

二、 產(chǎn)品特點(diǎn)

Allen-Bradley品牌的PowerFlex 4交流變頻器在其緊湊的、節(jié)省空間的設(shè)計中為用戶提供了功能強(qiáng)大的電動機(jī)速度控制它是PowerFlex變頻器系列中尺寸最小、最經(jīng)濟(jì)有效的一個成員。該變頻器可以提供的額定功率和電壓等級分別為0.2-3.7 kW(0.25-5 hp)和120V、240V、480V,它是為滿足全OEM和最終用戶對于靈活性、節(jié)省空間和使用方便的要求而設(shè)計的。PowerFlex 4是機(jī)械工具如機(jī)床行業(yè)的主軸傳動應(yīng)用場合進(jìn)行速度控制的經(jīng)濟(jì)有效的選擇。

1．屬于緊湊迷你型產(chǎn)品，體積小，零間隙，節(jié)省安裝時間和空間。

2．安裝方便，靈活的防護(hù)外殼和安裝選項，可直接卡裝于DIN導(dǎo)軌。

3．無傳感器矢量控制性能符合各種類型應(yīng)用場合的需求，特別是在低速轉(zhuǎn)矩上滿足機(jī)床主軸的需求，5HZ時起動轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到150%以上。

4．功能齊全，易于設(shè)定啟動，操作面板的控制鍵和面板上的電位計簡化了啟動過程, 啟動鍵和速度電位器上面的狀態(tài)指示器可指示其狀態(tài)。

5．集成面板及通訊端口，具有內(nèi)置的RS485通信 ( DSI, 變頻器串行通訊協(xié)議) 。

6．杰出的優(yōu)秀的起動轉(zhuǎn)矩和加速性能, 電流精度和數(shù)字輸入響應(yīng)時間,對轉(zhuǎn)矩變化快速響應(yīng)，高速模式可將響應(yīng)時間提高至10mSec。

7．提供多功能的輸出端子信號，如速度到達(dá)信號，故障指示，滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控。

8. Drive Explorer和Drive Executive軟件提供了一種簡單和直觀的方法以編程，監(jiān)控和控制.

9． 載波頻率最大可至16KHZ，只有變頻器運(yùn)行時風(fēng)扇才運(yùn)行，減小電機(jī)的電磁噪音達(dá)到靜音運(yùn)行。

10．過負(fù)載能力強(qiáng)，150%額定輸出電流超過一分鐘，200%額定輸出電流超過3秒鐘。

三、 應(yīng)用效果

數(shù)控機(jī)床的主軸傳動結(jié)構(gòu)一般采用交流電機(jī)和伺服電機(jī)，采用變頻器或以消除直流電機(jī)電刷維護(hù)和高速限制，通過帶傳動把運(yùn)動傳給主軸，進(jìn)而使主軸達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)無級調(diào)速，同時利用變頻器的速度一致信號（SU）來確認(rèn)電動機(jī)達(dá)到了指令速度后，再進(jìn)刀切削加工，從而提高了效率和加工質(zhì)量。

1． 由于有了更高的主軸速度，可以實現(xiàn)對鋁、銅等軟工件的高效率切削及高精度的精加工

2． 由于不需要維護(hù)電刷和離合器，對主軸電動機(jī)的選擇和安裝更靈活。

3． 由于采用了全封閉電機(jī)，環(huán)境適應(yīng)性更好。

4． 可以實現(xiàn)恒線速切削，根據(jù)刀具的位置使主軸速度連續(xù)變化，提高車削盤類零件的表面質(zhì)量。

5． 容易實現(xiàn)高速度恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)，提高切削性能和加工質(zhì)量。

但在應(yīng)用設(shè)計時需要注意一些問題，由于速度可調(diào)整范圍很大，在做普通機(jī)床改造時需注意考慮與機(jī)械部件匹套，以防止機(jī)械諧振和在需要足夠大轉(zhuǎn)矩的低頻振動。由于矢量控制需要提供電機(jī)參數(shù)（阻抗），變頻器提供電機(jī)參數(shù)自整定功能，通過面板運(yùn)行鍵，變頻器會自動運(yùn)行。自動運(yùn)行過程中，除了計算出電機(jī)參數(shù)以外，還能夠檢測出空載電流，這幾個參數(shù)對于矢量控制能夠表現(xiàn)出較高的性能非常重要，這個過程會持續(xù)十幾秒鐘時間。在執(zhí)行自整定功能前，一定要確認(rèn)電機(jī)側(cè)是否沒有任何連接，包括減速皮帶。

四、 結(jié)束語

現(xiàn)代金屬切削機(jī)床設(shè)備離不開主軸等交流調(diào)速控制,包括車床、銑床、磨床、刨床等各類普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床,由于加工材質(zhì)的不同,需要不同的轉(zhuǎn)速,因此采用變頻調(diào)速的機(jī)會很多,但是選用一般VF控制或空間矢量控制的效果不好,這是因為低速轉(zhuǎn)矩不足的主要原因。通用變頻器要想順利的使用在機(jī)床行業(yè)必須有兩個重要考慮：一是選用無速度傳感器矢量控制的產(chǎn)品，二是要設(shè)計在超速運(yùn)轉(zhuǎn)以提高低速轉(zhuǎn)矩。(end)