变频器在数控机床上的应用
变频器在数控机床控制中的应用
变频器在数控机床控制中的应用随着科技的发展和企业对生产效率要求的不断提高，数控机床作为现代化生产的代表，将越来越广泛地应用于各种制造领域。
而作为数控机床的重要部件之一，变频器在数控机床控制中的应用也日益受到关注和重视。
一、变频器的工作原理变频器是电机控制的电子器件，它通过调节交流电源输入电压的频率和大小来控制电机的转速和运行方向。
变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制单元组成，其中，整流器将交流电压变为直流电压，滤波器可以滤掉高频噪音，逆变器将直流电压转化为高频交流电压并输出给电机，控制单元则负责控制变频器的运行参数和保护电机的安全运行。
二、变频器在数控机床中的应用1. 控制主轴转速数控机床的主轴是数控机床加工的重要组成部分，它的高低速度直接影响到加工成品的质量和加工效率。
而通过变频器可以精确地控制主轴的转速，使得数控机床可以在不同的加工工艺条件下达到最佳的加工效果，因此在数控机床中，变频器通常被用来控制主轴的转速。
2. 节能降耗传统的变速方式采用机械变速或者液压变速，虽然也可以实现调整主轴的转速，但是无论是机械变速还是液压变速，都存在着一定的能量损耗，这种能量损耗对于工厂的能耗和生产成本会造成不小的影响。
而采用变频器来调节主轴转速，则可以达到节能降耗的目的。
3. 提高运行精度数控机床加工时需要完成数控程序的准确控制，而程序中不同的加工过程可能需要不同的转速，如果采用传统的机械变速或者液压变速控制，则难以达到精确的调控效果，而通过变频器可以精确地控制主轴的转速，从而提高机床的加工精度。
4. 增强运行稳定性传统的机械变速或者液压变速方式容易受到机械部件的磨损和液压系统的影响，从而影响到数控机床的运行稳定性。
而采用变频器可以避免这种问题，因为变频器的运行可以通过控制单元对变频器进行智能化的监测和控制，从而确保机床的正常稳定运行。
三、变频器在数控机床中的发展趋势随着技术的发展和市场的需求，对数控机床的加工效率、加工精度和运行稳定性提出了更高的要求，而变频器作为现代电气控制技术的代表之一，在数控机床中的应用也将不断取得新的进展和发展。
通用变频器在数控机床主轴控制的应用
１控制 原理 任何 一 台数控 机 床 的 主轴 控制 ， 都 是 机床控制的重要组成部分 ， 使用变频器控 制 的 机床 其基 本工 作 原理 并 没有 改 变 ， 只 是 减 少 了数 控 系统 对 主轴 工 作 性 能 的 调 整， 更 具体 的 细微 处 的主 轴运 转 精度 南变 频 器 自身来 完 成 ， 变频 器更 具 备 相对 的独 立性 和通 用性 。 在 以变频 器为 主 的主轴 控 制 系统 中 ， 需 要 由控 制 系统 输 出 的启 动 与 停止 信 号 、 转 速信 号 、 报 警 信号 等 ， 再 根 据 变频 器 内部 的参数 设定 控制 主轴 的旋 转 。
公式 ： Ｉ ｎ ≥Ｋ ・ Ｉ ｍ
因 素 ，选 定 使 用 安 Ｊ ｉ Ｉ 变 频 器： Ｃ Ｉ Ｍ Ｒ — Ｇ ７ ４ ０ １ ８ ，额 定 输 出功率 ３ ２ Ｋ Ｖ Ａ，额 定 输 出 电流 ４ ２ Ａ，变 频范 围 ： ０ ． ０ １ ～ ４ ０ ０ Ｈ ｚ ，输 入 电 压 ３ ８ ０ Ｖ， 具 有 自学 习模 式 、转矩 补 偿 、 图２ Ｐ Ｌ Ｃ Ｔ ＯＯ Ｌ中 Ｐ Ｌ Ｃ程 序 节 能控 制 、 过热保 护 、 失 速 增 加正 、 反 转 和停 止 功 能 ， 互 锁 保 护 功能 ， 保护、 过 载 保护 等多 项功 能 。 手动 、 自动使 能 功 能 等 ， 增 加 在 控 制 面板 ３ ． ２ 修改 机床 电气 控 制系 统 。 将 机床 电器柜 重 新 排布 ， 取 消 原 电路 处 的主轴 状 态 的显示 。如 图 ２ ５调 试变 频器 的接触 器 、 变压 器 等 。增 加 变频 装 置 保护 根 据 机 床 本 身 的特 点 及 实 际加 工 需 开关（ ５ ０ Ａ） ， 电源 进 线 的尺 寸 应 选 择 ６ ｍ ～ 要 ，对 变频 器 内部 的相关 参 数 进行 调 整 ， １ ０ ｍ ； 增 加 上 电交 流 接 触 器 ， 增 加 制 动 模 极 限 电流 、 功率、 频率 及 块 和波 纹 电阻 ，采 用 与 Ｇ ７ ４ ０ １ ８ 变 频 器配 设定 其 控制 模 式 、 ７ ４ ０ １ ８变频 器 套的制动单元的制动 电阻 ， 最后安装变频 制 动模 式 和 保 护 方式 等 。Ｇ 具 有多 种 运行 模式 ， 数 字操 作 器 时独 立 于 器模块 ， 根据 使 用 说 明书 的 指 示 ， 在 电器 变 频器 主 机 的小 型操 作 面板 ， 具 有 中文显 柜 中 留出充 足 的散 热空 间 。 可 显示 状 态 、 输 人 数 据 。其 中 Ａ ． 在 机 床 控 制 面板 增加 一个 １ Ｏ Ｋ 的滑 示 功 能 ， Ｔ Ｕ Ｎ Ｅ为 自学 习模 式 ，是变 频 器 自动 测定 动变阻器 ， 作为主轴倍率开关 ， 为 主 轴 变 并 自动 进行 参 数设 定 的 频模 块 提供 转 速信 号 ， 在 使用 中可通 过 旋 电机 所 需 的参 数 ， 动 该开 关 ， 通 过 系统 处 理 后可 产 生 Ｏ — Ｉ Ｏ Ｖ 功能。 通 常情 况 下 ， 自学 习模 式设 定 的参 数 的 给定 模拟 电压 ， 实现 机 床 主轴 的 无级 调 并不 能 完全 适 用 ，在 电机 ห้องสมุดไป่ตู้ 际 运转 时 ， 可 速。 能会 出 现报 警 或其 它异 常 情 况 ， 此 时需 要 手动 修 改一 些参 数 。变 频 器 调试 成 功后 ， 要进 行 实 际加 工试 切 ，考 验 其 稳定 性 、 启 篙 。 动停 止 的功 率 、 制 动时 间 等相 关 的技 术 指 标。
微能WIN_V63矢量控制变频器在数控机床上的应用
频率给定通道
命令 给定通道
7(A n 给定)
( l 端子给定)
应用在数控机床驱动控制领域 , 其优越 的性能(低频转矩大 , 调速范围宽 , 稳
态 精 度 高 , 加减 速 快 , 操 作 灵活 方便 , 功 能保护全 )以及高可 靠性得 到 了充 分的 验 证 , 完 全满 足 数 控 机 床 主轴 控 制
给定通道浦波 曲线1最大给定对应频率皿
能耗 制动 电压
0 .15 (模拟纽滤波时间) 20 .0 (夕 10 对应20 . z) 0 0 陕 v ) ( 00H
68 0
加速时间
减速时间 过压失速功能允许
自 限流动作选择 动
1 (加速时间是指从零频到最大频率)
( l 减速时间是指从最大频率到零频) 0 ( 过压失速劝能关闭)
元 , 制 动 电阻 可 以 按照 表 l 选 取
4 .2 变频器配线
变 频器 配 线如 图 1 所示
表1
3 .7k w
500 W 20 0 0
制动电阻选择
7 .sk w 2 25 0W
6 5n
其中X I X Z 分别设定为端子急停
11kw 33 00 W
43 0
5 .sk w 16 50 w
890
控 制精 度高 , 超 静音 运行控 制 程Pl 简易 PL C 摆 频运 行 内置 过 16 段 多 时起动转 矩能够达 到 15 % 以上 ; 载波频 0 率范 围 1一 H z , 有 效 的减小 了主轴 系 16k 统的 啸叫 音 ; 提 供两路 标准 的 0 一 V 模 o r 拟量接 口( l 电压 0 一 V , A IZ 电压 / 电 l A 1O 流可选 压1OV 用月 Il I 二 能够与 大多 20 lA X ), 数数控 系 统接 口兼容 , 通 用性 强 ; 过 负 载能 力强 , 巧0 % 以上额 定输出 电流超 过 2 分钟 ; 提供 多功能的输 出端 子信号 , 例 如零速 信 号 , 运 转 中信号 , 速度 到达 信 号 , 故 障指 示 , 满足 系统 对于 主轴速 度 状 态 的监控 ; 自动转 矩补偿 , 满 足机 床 主轴 在 低 速 情 况 下 的 加 工 需 求 ; 标 配 R S 4 85 通讯 接 口 , M O D B U S 通讯协 议 , 附有专用 咒 机调试 软件 ; 静 止和旋转 两 种 电机 参 数 自动 整定 功能 , 在线 识别 电 机参 数 , 保 证 系统 的 稳 定性 和 精确 性
浅谈变频器在数控机床中的使用
浅谈变频器在数控机床中的使用摘要在数控机床上，变频器主要用于交流电动机的控制，它不但起了节能和调速的作用，而且它的软启动能够保护附属电气设备，避免直接启动给机械设备造成冲击，从而引起机械故障。
因此变频器是理想的调速和控制装置。
本文就变频器在数控机床上的应用及它在使用和维护中常见的问题进行阐述。
关键词变频器数控机床调速节能维护中图分类号：tg659 文献标识码：a1 关于变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将把电压、频率固定不变的交流电变换成电压、频率可以改变的交流电的电能控制装置。
作为能够改变输出频率的设备，变频器其主电路由整流器件、直流部分和逆变器件（igbt）三部分组成。
基本结构示意图如图1：整流器件作为变频器与三相交流电相连的部分，把三相交流电变成直流电。
直流部分是变频器的信号控制部分。
直流电部分取出所需的电压，带动驱动电路、检测电路和cpu控制器。
驱动电路用来实现逆变器件的驱动，检测电路用来实现对温度、电流和电压的检测，cpu控制器实现判断和控制功能。
而逆变器将直流电变换为所要求频率的交流电。
通过逆变器的驱动电路实现对逆变器的驱动，从变频器输出的电就变成了电压为380v，频率可调的交流电，从而驱动电机完成预想的控制工作。
2 变频器在数控机床上的应用数控机床要求主轴调速范围宽，能实现无级调速，在主轴正、反向转动时可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短，要求恒功率范围宽。
变频器可以通过改变输出交流电的频率，达到对交流电机进行速度调节的目的。
机床采用变频器控制，启动时随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流一般被限制在150%额定电流以下。
而采用工频电源直接起动时，起动电流为额定电流的6至7倍，将对电网及负载造成很大的冲击，影响了周边电器的工作，增加了机械传动部件的磨损，降低了设备的寿命。
另外电机的转矩会随速度降低而减小，使用变频器控制电机后，将改善电机低速时转矩不足的状况，在额定频率下变频器能进行恒转矩调速。
浅谈PowerFlex4变频器在数控机床中的应用
时 风窃才运 行 ，减小 电动饥 的电磁噪 声达纠 静音运行 。 （ ）过 负载 能 力强 ，１ ０ １ ０ ％额 定输 电流 超 过 ５
】 ｉ，２ ０ ａ ｒ ｎ ０ ％额定输 出电流超过３ 。 ｓ
仉速 度控制 ．它是Ｐ ｗｅ Ｆｃ 变频器系列中尺寸最小 、 ｏ ｒ ｌｘ
最 经济 有效的 一个成 员。 变频器 可以 提供 的额定 ｊ 力
一
（ ）杰 出优 秀的起 动转 矩相加速 性能． ６ 电流精 度 和 数字输 入响 时间 ， 对转矩 变化快速 响应 ，高速模式
可将响应时间提高至 １ｍｓ ０ 。 （ ）提 供多功能的输 出端 信 号 ，如速度到达 信 ７ ‘
，
故障指 示 ，满 足系统 对 丁主轴速 度状态 的监控 。 （ ）Ｄｒ ｅＥ ｐｏｅ干Ｄｒ ｅＥ ｅ ｕｉｅ ８ ｉ ｘ １ｒｒｕ ｉ ｘ ｃ ｔ 软件提供了 ｖ ｖ ｖ
参数 以外 ，还 能够检测出空载 电流 ，这几个参数对于矢 量控制 能够 表现 出较高的性能非常重要 ，这 个过程 会持 续 卜几秒钟 时间。在执行 自整定功能前 ，一 定要确认 电 一 动机 侧是 否没有任何连接 ，包括减速皮带 。
ｒ 是 集机械 、电气、液压 、气动 、微电子等多项技 术 末，
为一体的机 电一体化 ＿品 ，是机械制造设备中具有高精 产 度、高效率 、高 自动化和高柔性化等优点的］ 作母机 。
（ ）安装方便 ，灵活的防护 外壳和安 装选 项 ，可 ２
直按卡装十ＤＩ Ｎ导轨 。 （ ）无传感 器矢 量控制性能 符合各种类 型应用场 ３
３ ．应用效果
数控 机床 的 ｊ 轴传 动结构 一般 采用 交流 电动机 和 二
率和 电爪等级 分别为０２ ． ｋ ０２ ～５ｈ ）Ｈ ２ Ｖ、 ｌ～３７ Ｗ（．５ ｐｆ １０
数控机床主轴驱动变频控制
数控机床主轴驱动变频控制一、前言数控机床是传统机床向智能化方向发展的结果，其操作简单、精度高、效率高等特点，使得其在现代制造业中大有用处。
数控机床中的主轴驱动控制是其中的一个重要环节，其精度和可靠性对整个机床的操作效果有着至关重要的作用。
本篇文档将主要介绍数控机床主轴驱动变频控制相关知识。
二、数控机床主轴驱动变频控制的原理数控机床的主轴驱动控制系统主要是由相关电气元件组成的变频器控制系统。
变频器就是将市电通过整流、滤波、逆变后输出一定的频率、电压并控制电机转速的电子装置。
在数控机床的主轴驱动系统中，变频器通过对电机控制进行电压和频率的调整，来实现主轴的旋转，进而控制其转速和输出功率。
变频器输出的频率、电压均可调整，因此可以通过控制变频器的输出，来实现对主轴的速度调节。
电气控制系统通过实时监测机床运行状态、主轴运行状态、机床速度、主轴转速等信息，根据预先设定的运转条件，通过控制变频器输出的电压、频率实现对机床的工作状态并实现对主轴的速度调节。
三、数控机床主轴驱动变频控制的优点与传统机床的主轴驱动方式相比，数控机床主轴驱动变频控制有诸多优点，主要体现在以下几个方面：1.可调性强：通过对变频器的控制，可以实现精确的主轴转速调节，可以满足不同需求的工件加工。
2.精度高：由于采用了电气控制系统，可以实现主轴转速的精确控制，进而实现加工精度的提高。
3.效率高：数控机床主轴驱动变频控制由于能够实现电气控制，减少了机械传动过程中的机械损耗，因此其效率远高于传统机床主轴驱动方式。
4.运转平稳：变频器可以调节输出电压和频率，可以进一步实现对主轴转速的控制，从而实现机床运转的平稳。
四、数控机床主轴驱动变频控制的应用数控机床主轴驱动变频控制技术的应用相当广泛，可以应用于各种数控机床类型，包括数控车床、数控加工中心、数控铣床等。
特别是在高速、高精度、高效率的加工应用中，其优势更加明显。
五、数控机床主轴驱动变频控制的维护和保养为了确保数控机床主轴驱动变频控制系统的长期稳定运行，必须进行日常的维护和保养。
通用变频器在数控机床主轴控制的应用
通用变频器在数控机床主轴控制的应用作者：金光云来源：《中国新技术新产品》2013年第09期摘要：论文中介绍了通用变频器的技术特点，并以一台三坐标数控机床为例，介绍了在数控机床主轴控制时使用通用的变频技术进行驱动，所采用的具体电路设计、PLC程序及各类相关数据的匹配关系。
关键词：主轴控制；通用变频器；PLC程序中图分类号：TG65 文献标识码：A1 控制原理任何一台数控机床的主轴控制，都是机床控制的重要组成部分，使用变频器控制的机床其基本工作原理并没有改变，只是减少了数控系统对主轴工作性能的调整，更具体的细微处的主轴运转精度由变频器自身来完成，变频器更具备相对的独立性和通用性。
在以变频器为主的主轴控制系统中，需要由控制系统输出的启动与停止信号、转速信号、报警信号等，再根据变频器内部的参数设定控制主轴的旋转。
2 性能对比随着生产技术的日益发展，对机械加工设备的要求也越来越高。
有些数控机床的控制形式已限制了机床的加工性能，V2-2000B机床是一台三坐标龙门数控铣床，由法国FOREST公司生产，其主轴采用变频机组形式进行控制，只提供了1000～6000RPM中的五个固定档位的主轴转速，限制了加工时对主轴转速的选择范围。
这种主轴的控制方式，决定了主轴的启动与停止硬性较大，对机床的硬件有很大的损伤，使一些元件使用寿命变短，导致机床故障频繁发生。
这种数控机床主轴控制形式已明显落后，因此，采用变频技术控制主轴进行生产加工，可以满足现在的加工需求，并能解决旧式控制方式的缺点。
3 工作内容3.1 选择主轴变频模块数控机床的主轴运转规律是：额定转速以下为恒转矩运行，额定转速以上为恒功率运行。
因此配备的变频器规格应遵循公式：In≥K·ImIn为变频器额定电流，Im为电机额定电流，K为电流系数一般为1.05～1.15。
另外根据变频器选型的理论计算，再考虑到其过载能力，一般的恒转矩负载应用时按电机功率放大一倍。
数控机床的切削速度调节方法
数控机床的切削速度调节方法数控机床作为现代制造业中不可或缺的设备之一，其在加工过程中的切削速度调节对于工件的加工精度、表面质量以及刀具寿命具有重要影响。
为了实现高效、精确和稳定的加工过程，数控机床通过多种方法对切削速度进行调节。
1. 基于调速器的切削速度调节方法调速器是一种常见的切削速度调节设备，通过改变主轴电机的转速来实现切削速度的调节。
调速器分为机械变速调节和电子变频调节两种类型。
（1）机械变速调节：机械变速调节主要通过传动装置实现。
常见的机械变速形式包括皮带传动、齿轮传动、液力传动等。
通过改变不同传动装置的传动比来实现切削速度的调节。
机械变速调节方法简单、成本相对较低，但调节范围有限。
（2）电子变频调节：电子变频调节是利用变频器改变主轴电机的频率，从而实现切削速度的调节。
通过改变电机转速来实现不同切削速度的需求，具有调节范围广、精度高的优点。
电子变频调节还可以实现恒功率切削，提高加工效率和精度。
2. 基于主轴调速的切削速度调节方法主轴调速是指通过改变主轴电机的转速来实现切削速度的调节。
数控机床通常配备有精密的主轴调速系统，能够根据加工需要进行调节。
（1）开环调速：开环调速是通过改变主轴电机转速的设定值来实现切削速度的调节。
根据切削条件和材料特性，人工设定主轴电机的转速，从而实现不同的切削速度要求。
开环调速方法简单、易于实现，但对操作人员的经验要求较高。
（2）闭环调速：闭环调速是在开环调速的基础上加入反馈控制，通过测量主轴电机的实际转速，并与设定值进行比较，从而控制主轴电机的输出转速。
闭环调速能够更准确地控制切削速度，提高加工精度，同时对操作人员的经验要求较低。
3. 基于进给速度调节的切削速度控制方法进给速度也是影响切削速度的重要因素，通过改变进给速度来实现切削速度的调节。
（1）手动调节进给速度：手动调节进给速度是操作人员根据加工需要，在数控机床的操作界面上手动设置进给速度。
这种方法适用于需要频繁调整进给速度的情况，但对操作人员的经验和感观要求较高。
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数控机床变频改造解决方案
一数控机床说明
数控机床的主运动是主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动，是电动机带动齿轮箱来传动和调速的。
在机械加工过程中，需要经常对主轴的旋转有不同的运行速度要求，操作人员通过手柄组合的多个位置来控制离合器的分与合，得到齿轮的多种组合，从而得到多档的转速，操作不方便，维修量也比较大，实践证明，调速用的电磁离合器损坏率较高。
原有机床的主轴传动的这一特点已经不能适应经济的快速发展对数控机床的需求，目前，数控机床配套使用变频器对主轴进行调速控制越来越普遍和实用。
二系统简介
整个电气系统由数控机床CNC、迈凯诺变频器、时间继电器、制动组件等组成。
接线图如下图所示：
（1）交流电源通过断路器连接至主电路的电源端子(R、S、T)。
变频器输出端子(U、V、W)按正确相序连接主轴电动机。
当运行命令和电动机的旋转方向不一致时，可在U、V、W三相中任意更改两相接线，或将控制电路端子FWD/REV调换一下。
（2）频率给定命令由CNC以0-10V(或-10V~10V)的形式给定，从变频器的AI1和GND 接入。
电机的转向和运行控制由变频器数字输入端口(DI)的状态决定。
（3）当数字端子D1与端子COM接通时，端子D1上为高电平，电机正转；当数字端子D2与端子COM接通时，端子D2上为高电平，电机反转；当数字端子D1和端子D2均不与端子COM接通时，端子D1和端子D2上均为低电平，电机停止。
端子D1与端子COM之间的接通或断开、端子D2与端子COM接通之间的接通或断开，由两对继电器触点控制，这两个继电器可由数控系统所发出的主轴正转和主轴反转指令控制。
同时，变频器的两路数字输出端口分别设置为：TIA和TIC（功能设置为：运行输出）；T2A和T2C（功能设置为：故障输出）。
三方案优势
(1)主轴变频调速的范围很宽，KE300开环矢量变频器能在0-300Hz范围内实现无级调速，
能充分满足主轴对调速范围的要求。
(2)数控机床配套使用变频器可以简化齿轮箱等原有复杂的机械传动机构，而且操作简单，
维修方便。
(3)变频器在低频下可以提供150％负载转矩的能力，符合机床主轴电机具有较硬机械特性
的要求，能够提供150％的过载保护(60s)，使机床在低速时具有强大过载能力。
(4)变频器具有的电压、电流模拟输入端口，数控机床的控制信号可以很好地与变频器配合
使用。
(5)大大提高机床的加工精度和生产效率，对于产品质量的提高、产量的增加、成本的降低、
自动化程度的提高和维修量的减少有着重要的作用。