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三菱變頻器應用于數控機床

目前，三菱變頻器的眾多優越性能，已經廣泛運用于各大機床行業，我公司應用配備三菱變頻器系列的數控機床以后，大大減少了變速傳動齒輪的對數，降低噪音，提高主軸精度，有較強的適應各類產品及各種不同材質加工時所需主軸速度配給的特性。并且可以方便實現數控，且其成本大大低于同類由直流調速組成的數控系統。
以下主要講述了三菱變頻器在數控機床中的應用，三菱變頻器因其性能優越被廣泛地應用在現代工業領域中，特別是它的矢量控制、直接轉矩控制等，為數控機床的控制提供了傳動的最佳解決方案，從而提高了數控機床的整機性能。
1  引言
隨著電力電子技術的發展，變頻器的無級調速，軟啟動，恒轉矩輸出極大的滿足了機械加工設備對恒速度，恒轉矩的要求。數控機床無級變速系統主要有變頻主軸系統和伺服主軸系統兩種，一般采用直流或交流主軸電機。通過傳動帶帶動主軸旋轉，或通過傳動帶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。目前由于變頻器的高性價比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。機床設備對電控系統的要求是:調速范圍寬(要求在100:1以上);速度控制精度高(在整個調速范圍，起制動及運行過程要求運行穩定);定位準確(當下件快速進給后定位時間短、定位行程小，從而可提高加工效率)。
2  三菱變頻器的具體特性和參數設置
變頻調速器在機床行業應用必須有兩個重要考慮:選用無速度傳感器矢量控制的產品，二是要設計在超速運轉以提高低速轉矩。
(1)選用三菱系列高性能變頻器，通過菜單參數的精心配置和頗費心思的選取，能夠使電控系統用簡練的設計來實現靈活多樣，復雜而巧妙的控制。三菱變頻器編程方式靈活，用于數控機床電控系統，具有以下獨特的優點:
l起動、停止平穩，無級調速，調速范圍大;
l工作可靠，能長期連續穩定運行;
l操作簡單方便，維護量小;
l輸出特性能滿足數控機床電機的要求。
(2)采用先進的磁通矢量控制。由于采用了精簡指令集計算機RISC微處理芯片，使之具有全新的在線自動調整功能，使電機在不影響啟動速度的情況下迅速得到調整，從而在不安裝編碼器反饋PLG板低速運行時，達到高精度運行和高轉矩輸出。
(3)具有多段速度選擇功能:三菱變頻器外部端子調速可分為模擬量調速和多段速調速。模擬量調速可用電壓DC 0-10V或電流DC 4-20mA，進行無級調速。而多段速則采用外部輸入端子SD、STF、STR、RL、RM、RH，進行三段速調速。它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/減速時間選擇RT、漏型公共輸入端SD等端子，SD是輸入公共端，STF是啟動正轉信號，STR是啟動反轉信號。通過參數設置可以把變頻器為低速運行，中速運行，高速運行。可以通過PLC的輸出點直接控制輸入端子的ON/OFF狀態來實現變頻器速度的上升、下降和精確停車。每檔速度的大小可由變頻器功能預置來設定,也可以通過模擬量調速，三菱變頻器的多段速調速比模擬量調速有較高優先級。我公司數控車床用0～10V DC模擬電壓作為給定量，進行開環調速。
(4) 運用了三菱首創“柔性脈寬調制”(Soft-PWM)開關方式，實現更低噪音運行，并能減少對外射頻干擾，有利于鄰近的PLC、旋轉編碼器的可靠運行。
(5)調速范圍:1:120(0.5Hz-60Hz運行時)，采用自動調整后，可以在不同品牌的電機上實現高精度運行。11kW以下的規格型號內置制動單元，外配制動電阻即可實行直流制動(能耗制動)，實現快速停車。
(6)主要調試參數
參數號PR     設定值     用途
Pr-0     6%     電機轉矩調整
Pr-1     100.00Hz     上限頻率
Pr-2     0Hz     下限頻率
Pr-7     2.0~3.0S     加速時間
Pr-8     2.0~3.0S     減速時間
Pr-10     3Hz     直流制動頻率
Pr-11     0.5S     直流制動時間
Pr-14     0     適用負荷選擇
Pr-17     0     MRS動作選擇
Pr-79     0     操作模式選擇
Pr-903     50     頻率設定電壓增益
電機參數根據不同數控機床的電機銘牌輸入，進行完整調諧。矢量參數為出廠默認值即可。
3  系統設計的注意事項
(1)低速時的散熱情況:因電動機為自冷風扇方式散熱冷卻，低速時散熱條件變差，而負載轉矩較大，電動機溫度會增加，因此最低轉速的設定以電動機表面溫差不超過容許值為依據。
(2)變頻調速時因變頻器輸出含有高次諧波，會在電動機中產生電磁噪音，因此輸出端要安裝零相雜訊濾波器，可降低輔射干擾及感應雜訊。     
(3) 變頻器的重要參數設定項目如最高頻率，失速等主要參數必須鎖定。嚴防無關人員修改后發生事故。
(4)在機床行業的應用中,起動時的抖動問題是一項重要的性能指標，所以我們必須通過良好的參數設定，防止機床抖動問題發生。
4  結束語
在現代化人機接口系統中,三菱系列變頻器還可以通過PU通訊接口和計算機及多臺變頻器進行連接，實施數控機床聯網，極大方便了數控機床網絡化的發展。通過實踐證明，無論從空載電流，低速力矩，還是速度的變化，三菱變頻器的使用效果都是非常明顯的，完全能夠滿足數控機床的需求。