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ZVF9V-G变频器在数控机床上的应用

  数字控制机床,简称数控机床(NC , Numerical Control),是三十年来综合应用集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品,在现代机床生产中,一般采用多电机拖动,主轴和各进给系统分别由各自的电机来拖动。由于机床加工范围较广,不同的工件,不同的工序,使用不同的刀具,要求机床执行部件具有不同的运动速度,因此机床的主运动应能进行调速,主轴调速系统一般采用交流主轴系统,随着变频调速技术的发展,数控机床的主轴的交流拖动,同样能够很好满足需要。主驱动电机通过皮带传动带动主轴旋转,或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广,又可无级调速,使得主轴箱的结构大为简化。 数控机床对应用技术的要求 1、电机要求 通常要求用变频电机,或者普通电机加风扇以满足电机在低频的散热要求、并且要求电机调速范围广。 2、变频器的技术要求 1)要求低频力矩大 选用矢量变频器,低频时(1~10Hz)能出来150%额定转矩。 2)转矩动态响应速度快,稳速精度高 选用矢量变频器,能实现很好的动态响应效果,依据负载的变化,通过输出转矩的变化很快做出响应,从而实现转轴速度的稳定。 3)减速停车速度快 通常数控机床的加减速时间都是比较短的,加速时间靠变频器的性能保证,减速时间则依靠外加制动电阻或制动单元。 4)进行电机参数自学习 选用矢量变频器后,要达到很好的控制性能通常都需要对电机进行参数自学习,其目的是获取准确的电机内部参数,以用于矢量控制计算。参数自学习所需要的电机铭牌参数有:电机额定功率、电机额定频率、电机额定转速、电机额定电压、电机额定电流。有的变频电机的铭牌上可能没标额定转速值,可以根据经验值估计一下额定转速。在进行参数自学习时,务必要在空载(电机轴上不接负载)的时候进行。只有在空载的时候才能保证自学习出来的电机参数的准确性。 如果现场条件没办法进行空载运行,可以考虑用变频器出厂的电机参数试运行。 5)频率指令和运行指令 数控机床上使用的变频器其频率指令和运行指令都来源于CNC控制器,一般给定的的通道有两种,一种是模拟量给定,另一种是多段速给定,或者两者同时给定,以多段速优先。模拟量给定以电压型模拟量为主,也有电流型的。变频器对这两种类型的模拟量都可以采集。 3、抗干扰问题 变频器在出厂的时候作了很好的抗干扰试验,具有很强的抗干扰能力,但变频器同时也是一个干扰源,在使用中很难避免不对其它设备进行干扰,在数控机床上最容易被干扰的设备是CNC控制器。一旦CNC控制器受干扰后,系统将不能正常工作。特别是变频器的频率指令和运行指令也可能会受到干扰,干扰严重的会造成频率指令不稳定,变频器误动作等。解决此类问题的办法是在变频器的输出线上加磁环以减少高频辐射。一般进口的CNC的抗干扰能力较强。 下面以ZVF9V-G系列高性能矢量变频器在台州某数控机床厂的应用为例,讲述数控机床的变频调速控制技术。

系统构成

变频器 ZVF9V-G0055T4MDR 制动电阻100Ω/520W 5.5KW调速电机 CNC数控系统

 

变频器及数控系统的参数 
主要的参数和性能指标: 
5.5kW数控车床,电动机参数:
额定功率:5.5kW,     额定频率:50Hz, 
额定电压:380V,      额定电流:11A,
额定转速:1440r/min   机械传动比:1:1.5
加工材料:45#钢
实际测试性能指标:(进刀性能及速度)
1、主轴转速:200r/min(变频器运行频率9~10Hz)

2、主轴转速:450r/min(变频器运行频率22Hz左右)

变频器接线原理图
参数设定:
F0.00=1(控制方式设定0开环矢量控制)
F0.01=4(AVI模拟)
F0.03=150.00Hz(运行频率)
F0.04=1(外部端子控制)
F0.06=150.00Hz(上限频率)
F0.14=8S(加速)
F0.15=4S(减速)
F4.00=14(外部故障输入)
F4.01=20(外部复位)
电机参数设定:
F1.00=380V
F1.01=11A
F1.02=1440rmp
F1.03=50Hz
F1.05=0.875
F1.06=0.875
ZVF9V-G系列变频器的特点
ZVF9V-G系列高性能矢量变频器采用先进磁通控制技术,电机在低速时转矩大,速度精度高,价格合理,功能齐全,具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能,确保系统实现连续运行机制,以保证电机运转在最高效率状态,因此,采用ZVF9V-G系列高性能矢量变频器代替主轴交流伺服系统,是机床行业最佳的选择。ZVF9V-G系列变频器具有以下特点
(1)采用先进的磁通控制算法,实现了真正的无速度传感器矢量控制,在控制性能上比传
统的V/F控制方式有很大的改善。
(2)起动转矩大,0.5Hz/150%(SVC),0Hz/180%(VC)
(3)载波频率范围0~16KHz;可根据温度和负载的特性自适应调整
(4)提供标准的0~10V模拟量接口,能够与大多数数控系统接口兼容,通用性强
(5)过负载能力强,150%额定输出电流一分钟;
(6)提供多功能的输出端子信号,例如故障输出信号,能够很好的满足系统对于主轴速度状态的监控;

调试结果
事实证明采用ZVF9V-G系列高性能矢量变频器完全能够满足机床主轴控制的要求。ZVF9V-G采用的领先的磁通算法,即使在低转速(低频)运行下也能平稳输出150%的转矩,以满足不同零件的加工需要,完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构,并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率,在不同的加工工艺(如;粗加工、精加工等)需要不同的转速,此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器,实现不同的转速,同时启停信号也由数控系统控制,提高了自动化程度、延长了刀具的使用寿命。
结束语
    数控机床主轴一般交流伺服系统、进口品牌矢量控制变频器以及变频专用电机,购置费用很高;ZVF9V-G系列变频器以其独特的性能(启动电流小、调速平滑、调速范围大、节能环保、运行稳定、精度高、低频转矩大、保护功能齐全、可靠性高、操作维护简便等)和优越的性价比,在数控机床的应用上迅速崛起。
参考文献

1.《实用数控技术丛书》 2.《ZVF9V操作手册》

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