數(shù)字控制機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床（NC ， Numerical Control），是三十年來綜合應(yīng)用集機(jī)械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在現(xiàn)代機(jī)床生產(chǎn)中，一般采用多電機(jī)拖動，主軸和各進(jìn)給系統(tǒng)分別由各自的電機(jī)來拖動。由于機(jī)床加工范圍較廣，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求機(jī)床執(zhí)行部件具有不同的運(yùn)動速度，因此機(jī)床的主運(yùn)動應(yīng)能進(jìn)行調(diào)速，主軸調(diào)速系統(tǒng)一般采用交流主軸系統(tǒng)，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的主軸的交流拖動，同樣能夠很好滿足需要。主驅(qū)動電機(jī)通過皮帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過皮帶傳動和主軸箱內(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。

·數(shù)控機(jī)床對應(yīng)用技術(shù)的要求

1、電機(jī)要求——通常要求用變頻電機(jī)，或者普通電機(jī)加風(fēng)扇以滿足電機(jī)在低頻的散熱要求、并且要求電機(jī)調(diào)速范圍廣。

2、變頻器的技術(shù)要求

1）要求低頻力矩大——-選用矢量變頻器，低頻時(shí)0.5能出來150%額定轉(zhuǎn)矩。2）轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)速度快，穩(wěn)速精度高選用TOPVERT G1矢量變頻器，能實(shí)現(xiàn)很好的動態(tài)響應(yīng)效果，依據(jù)負(fù)載的變化，通過輸出轉(zhuǎn)矩的變化很快做出響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度的穩(wěn)定。3）減速停車速度快————通常數(shù)控機(jī)床的加減速時(shí)間都是比較短的，加速時(shí)間靠變頻器的性能保證，減速時(shí)間則依靠外加制動電阻或制動單元。4）頻率指令和運(yùn)行指令——-數(shù)控機(jī)床上使用的變頻器其頻率指令和運(yùn)行指令都于CNC控制器，一般給定的的通道有兩種，一種是模擬量給定，另一種是多段速給定，或者兩者同時(shí)給定，以多段速優(yōu)先。模擬量給定以電壓型模擬量為主，也有電流型的。變頻器對這兩種類型的模擬量都可以采集。

3、抗干擾問題

變頻器在出廠的時(shí)候作了很好的抗干擾試驗(yàn)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，但變頻器同時(shí)也是一個(gè)干擾源，在使用中很難避免不對其它設(shè)備進(jìn)行干擾，在數(shù)控機(jī)床上最容易被干擾的設(shè)備是CNC控制器。一旦CNC控制器受干擾后，系統(tǒng)將不能正常工作。特別是變頻器的頻率指令和運(yùn)行指令也可能會受到干擾，干擾嚴(yán)重的會造成頻率指令不穩(wěn)定，變頻器誤動作等。解決此類問題的辦法是在變頻器的輸出線上加磁環(huán)以減少高頻輻射。一般進(jìn)口的CNC的抗干擾能力較強(qiáng)。

下面以TOPVERT-G1系列高性能矢量變頻器在沈陽某數(shù)控機(jī)床廠的應(yīng)用為例，講述數(shù)控機(jī)床的變頻調(diào)速控制技術(shù)。

·系統(tǒng)構(gòu)成

陽岡變頻器 TOPVERT G1-435P5 制動電阻100Ω/520W 5.5KW調(diào)速電機(jī) CNC數(shù)控系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)圖

·陽岡變頻器及數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)

主要的參數(shù)和性能指標(biāo)： 5.5kW數(shù)控車床，電動機(jī)參數(shù)：額定功率：5.5kW， 額定頻率：50Hz， 額定電壓：380V， 額定電流：11A，額定轉(zhuǎn)速：1440r/min 機(jī)械傳動比：1：1.5加工材料：45#鋼

實(shí)際測試性能指標(biāo)：（進(jìn)刀性能及速度）

1、主軸轉(zhuǎn)速：200r/min（變頻器運(yùn)行頻率9～10Hz）

2、主軸轉(zhuǎn)速：450r/min（變頻器運(yùn)行頻率22Hz左右）

變頻器接線原理圖

參數(shù)設(shè)定：

Pr0-18=2頻率指令Pr0-18=3運(yùn)行指令Pr3-02=1（AC1頻率輸入）Pr1-00=150.00Hz （最大頻率）

Pr1-01=150.00HzPr1-11=8S（加速）Pr1-12=4S（減速） Pr2-01=14（MI1外部故障輸入） Pr1-11=5（MI2故障復(fù)位）Pr3-01=0.10（0.10S 類比濾波時(shí)間） Pr2-21=2（M01輸出 頻率達(dá)到）Pr2-19=11（R1A輸出 故障輸出）

Pr2-20=1 （R2A輸出 變頻器運(yùn)行中）

電機(jī)參數(shù)設(shè)定：Pr1-01=50.00HzPr1-02=380VPr5-00=11.0APr5-03=4Pr5-05=1

·TOPTVERT-G1系列變頻器的特點(diǎn)

TOPTVERT-G1系列高性能矢量變頻器采用先進(jìn)磁通控制技術(shù)，電機(jī)在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，速度精度高，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(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行機(jī)制，以保證電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在最高效率狀態(tài)，因此，采用TOPTVERT-G1系列高性能矢量變頻器代替主軸交流伺服系統(tǒng)，是機(jī)床行業(yè)最佳的選擇。TOPTVERT-G1系列變頻器具有以下特點(diǎn)。

（1）采用先進(jìn)的磁通控制算法，實(shí)現(xiàn)了真正的無速度傳感器矢量控制，在控制性能上比傳統(tǒng)的V/F控制方式有很大的改善。

（2）起動轉(zhuǎn)矩大，0.5Hz/150%（SVC），0Hz/180%（VC）。

（3）載波頻率范圍0～20KHz；可根據(jù)溫度和負(fù)載的特性自適應(yīng)調(diào)整。

（4）提供標(biāo)準(zhǔn)的0～10V/0～20ma 模擬量接口，能夠與大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)接口兼容，通用性強(qiáng)。

（5）過負(fù)載能力強(qiáng)，150%額定輸出電流一分鐘。

（6）提供多功能的輸出端子信號，例如故障輸出信號，運(yùn)行中信號，速度到達(dá)等輸出信號，能夠很好的滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控。

·調(diào)試結(jié)果

事實(shí)證明采用TOPTVERT-G1系列高性能矢量變頻器完全能夠滿足機(jī)床主軸控制的要求。TOPTVERT-G1采用的領(lǐng)先的磁通算法，即使在低轉(zhuǎn)速（低頻）運(yùn)行下也能平穩(wěn)輸出150%的轉(zhuǎn)矩，以滿足不同零件的加工需要，完全可以取代傳統(tǒng)的滾動軸承主軸結(jié)構(gòu)，并且此主軸結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、可以實(shí)現(xiàn)真正的無級調(diào)速。此主軸的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，此時(shí)可由數(shù)控系統(tǒng)輸出不同的模擬量電壓信號給變頻器，實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速，同時(shí)啟停信號也由數(shù)控系統(tǒng)控制，提高了自動化程度、延長了刀具的使用壽命。

·結(jié)束語

數(shù)控機(jī)床主軸一般交流伺服系統(tǒng)、進(jìn)口品牌矢量控制變頻器以及變頻專用電機(jī)，購置費(fèi)用很高；TOPTVERT-G1系列變頻器以其獨(dú)特的性能（啟動電流小、調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、低頻轉(zhuǎn)矩大、保護(hù)功能齊全、可靠性高、操作維護(hù)簡便等）和優(yōu)越的性價(jià)比，在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上迅速崛起。