易驅變頻器在數控機床主軸上的應用
Applications of Inverter in Main Shaft of CNC Machine
摘要：本文介紹了易驅變頻器在數控機床上的應用，討論了數控機床的控制系統和功能要求及易驅ED3000系列變頻器的在數控機床上的優越性能。
關鍵詞：EASY DRIVE變頻器 數控機床
Abstract: In this paper, applications of EASY DRIVE inverter in main shaft of CNC machines are introduced. The control system and function requirements for CNC Machine, and the advanced performance of ED3000 series inverters applied to the CNC machine are discussed.
Key words: EASY DRIVER Inverter; CNC Machines
1. 引言
數字控制機床，簡稱數控機床（NC ， Numerical Control）,是三十年來綜合應用集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產品，在機械制造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優點。本文主要介紹易驅ED3000系列變頻器在數控機床上的優越性。
2. 數控機床簡介
數控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產量和總擁有量的百分比，是衡量一個國家國民經濟發展和工業制造整體水平的重要標志之一。數控車床是數控機床的主要品種之一，它在數控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視，并得到了迅速的發展。主軸是車床構成中一個重要的部分，對于提高加工效率，擴大加工材料范圍，提升加工質量都有著很重要的作用。經濟型數控車床大多數是不能自動變速的，需要變速時，只能把機床停止，然后手動變速。而全功能數控車床的主傳動系統大多采用無級變速。無級變速系統主要有伺服主軸系統和直流主軸系統兩種，一般采用直流或交流主軸電機。通過皮帶傳動帶動主軸旋轉，或通過皮帶傳動和主軸箱內的減速齒輪(以獲得更大的轉矩)帶動主軸旋轉。由于主軸電機調速范圍廣，又可無級調速，使得主軸箱的結構大為簡化。
3、數控車床的主要參數及對變頻器功能需求
主要的參數和性能指標：
1）3.0kW數控車床
電動機參數：額定功率：3.0kW，額定頻率：50Hz, 額定電壓：380V，額定電流：7.8A，額定轉速：970r/min
機械傳動比：1：1.5
加工材料：45#鋼
實際測試性能指標：主軸轉速：200r/min（變頻器運行頻率15Hz左右）的進刀性能及速度
2）5.5kW數控車床
電動機參數：額定功率：5.5kW，額定頻率：50Hz, 額定電壓：380V，額定電流：13A，額定轉速：1400r/min
機械傳動比：1：1.5
加工材料：45#鋼
實際測試性能指標：主軸轉速：200r/min（變頻器運行頻率9～10Hz）和 主軸轉速：450r/min（變頻器運行頻率22Hz左右）的進刀性能及速度
4、ED3000系列變頻器
ED3000系列變頻器采用先進磁通控制技術，電機在低速時轉矩大，速度精度高，價格合理，功能齊全，具有瞬停電處理及速度跟蹤再啟動功能，確保系統實現連續運行機制，以保證電機運轉在最高效率狀態，因此，采用ED3000高性能變頻器代替主軸交流伺服系統，是機床行業最佳的選擇。如下圖所示：
1）、ED3000變頻器特點的介紹
? 體積小，屬于迷你型產品，占用控制柜空間較小；
? 控制方式為正弦波SPWM，控制性能較以前的VF控制方式有很大性能上的改善，特別是在低速轉矩上滿足機床主軸的需求，5HZ時起動轉矩能夠達到100%以上；
? 載波頻率范圍0～16KHz，減小電機的電磁噪音；
? 提供標準的0～10V模擬量接口，能夠與大多數數控系統接口兼容，通用性強；
? 過負載能力強，150%以上額定輸出電流超過一分鐘；
? 提供多功能的輸出端子信號，例如異常信號，運轉中信號，速度到達信號，故障指示， 滿足系統對于主軸速度狀態的監控；
? 自動轉矩補償，滿足機床主軸在低速情況下的加工需求；
2）、調試環境以及接線、調試方法
客戶選配電機為3.0KW/50Hz/380V，選用變頻器型號為AMB-ED3000-3R7-T3B，制動電阻400瓦/150歐姆。
變頻器AI1/GND端子提供與數控系統速度模擬量，AI1接數控系統模擬量接口正信號，GND接負信號，信號為0～10V模擬電壓信號，控制主軸轉速。FWD/REV/COM為變頻器的正轉/反轉信號端子，通常由數控系統發出正轉信號或者反轉信號，來驅動中間繼電器，中間繼電器的常開接點接入變頻器FWD/ REV/ COM，從而控制變頻器的正反轉。參數設置如下：
1) F005和F006為加速時間和減速時間，根據客戶的要求，F001=5S，F002=1S；
2) F030和F031按照電機銘牌設置，F010=9A，F031=1；
3) F012上限操作頻率選擇，對應于模擬信號10V輸入時變頻器的輸出頻率，由于是在0～2000rpm范圍內調速，將機械減速比這算進去以后，此參數需要設置66。7Hz；
4) F002參數為運轉信號和頻率來源設定，設置為外部端子信號控制（3）；
3）、調試結果
主軸電機采用ED3000高性能變頻器驅動，滿足加工要求，延長刀具的使用壽命。由于采用的領先的磁通算法，即使在低轉速（低頻）運行下也能平穩輸出100%的轉矩，以滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統的滾動軸承主軸結構，并且此主軸結構簡單、緊湊、可以實現真正的無級調速。此主軸的轉速由外部模擬量信號來控制輸出頻率，在不同的加工工藝（如；粗加工、精加工等）需要不同的轉速，此時可由數控系統輸出不同的模擬量電壓信號給變頻器，實現不同的轉速，同時啟停信號也由數控系統控制，提高自動化程度！
5、結束語
數控機床主軸一般交流伺服系統、進口品牌矢量控制變頻器以及變頻專用電機，購置費用很高；
易驅ED3000系列變頻器以其獨特的性能和優越的性價比，在數控機床的應用上迅速崛起，為機床
行業的客戶降低約一倍的成本費用，而且可靠性高,為客戶創造更多的效益。
參考文獻：1、易驅變頻器ED3000系列使用說明書 深圳市易驅變頻技術有限公司
2、數控機床使用說明書