變頻器在數控機床主軸上的應用分析

牛卜巧

摘要：數控機床主軸屬于整體數控機床中非常主要的部分，具有刀具安裝作用、工件的安裝作用，同時還能帶動兩者旋轉，并且旋轉過程中的精確度、轉速效率等直接影響加工精度、表面粗糙度。下文在數控機床主軸控制的工作中應該重視變頻器的運用，根據變頻器的應用特點、狀況、需求等，科學設置參數信息，嚴格控制每項應用模式，不斷發揮變頻器的作用價值。

關鍵詞：變頻器;數控機床主軸;應用

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0081-02

0? 引言

數控機床主軸上應用變頻器，不僅能夠增強主軸控制效果，還能保證調控的準確度，因此，數控機床主軸的控制工作領域中應重點關注變頻器的使用，保證參數的合理性、連接的科學度，不斷提升變頻器的應用有效性、可靠性，發揮不同技術的價值和作用。

1? 變頻器分析

對于變頻器來講，指的就是將變頻、微電子等技術相互整合而成的控制器，實際運行的過程中可以通過對電機設備的電源工作頻率進行改變的方式，有效實現交流電動機的控制目的。變頻器運行的過程中，電路具有較為完善的功能，涉及到的是整流類型、制動類型、逆變類型、檢測類型的不同單元，使用內部的GBT斷開處理，準確調整電源的電壓與頻率，并且還能起到電路的保護作用。

1.1 運行原理

變頻器在運行的過程中，原理就是將交流電機當做基礎部分，在轉速加快的情況下，電動機的電壓會發生一定的改變，形成電機速度的調節作用，目前已經廣泛應用在三相交流控制電機領域中，可以有效調整運作的速度，增強運行的效果。系統在運行過程中可轉變傳統的數控機床主軸控制形式，不再局限于之前的運行模式，而是利用變頻器合理調控數控機床各個組成部分，尤其是刀具部分、其他的零部件部分，促使數控機床整體的良好運行、穩定性使用。

1.2 組成部分分析

從變頻器的組成部分層面而言，涉及到主電路、控制電路，按照電路結構特點又可將其分成交流-交流的形式、交流-直流-交流的形式，具體表現為：

1.2.1 交流-交流的形式

此類變頻器在應用的過程中，將之前具有固定性頻率的交流電源，轉換成為無論是電壓還是頻率都能夠持續性可變的交流電源，由于在運行整個環節、整體流程不存在中間部分，所以又被稱作是直接式變頻器，具有轉換率高的特點，但是，不適合進行連續性的調節處理，適合應用在容量很高、拖動速度較低的設備調節操作中。

1.2.2 交流-直流-交流的形式

這種形式的變頻器，在應用期間通過整流器設備，先使得交流轉變成為直流，之后通過整流器設備，將直流轉變成為電壓、頻率都能夠調節的交流，和交流-交流的形式相比，中間存在直流的部分，因此又被稱作是間接式變頻器，是目前我國通用性的設備，被廣泛運用到各個領域中，應用的優勢、功能很多，價值也很高[1]。

2? 變頻器在數控機床主軸上的應用建議

2.1 優化性的運用

一般情況下，數控主軸上應用變頻器，進行主軸驅動系統的控制，很容易在系統處于低速運行的狀態下發生輸出轉矩過低的問題，最終引發爬行的現象，不利于整體主軸的良好控制。因此，在使用變頻器的過程中應遵循優化性的運用原則，創建變頻主軸機床，有機整合變速箱機械調速的模式、變頻器電氣調速的模式，拓寬主軸的調速范圍，使其在低速運轉的狀態下依然可以保證輸出轉矩在較高的形態，避免對主軸電機設備運行期間的切削功率造成影響。對于變速箱之內各個檔位的齒輪，可以通過PMC控制的形式，達到自動化切換檔位的目的，與此同時，通過變頻器完善電氣系統的無極調速功能，借助分段無極調速的方式有效控制每個機械檔位[2]。

2.2 完善變頻器應用的控制模式

數控機床主軸上應用變頻器，應確保控制模式的完善性，首先，在機床主軸運作的過程中，如果加工程序存在“換擋數控程序”的有關指令，采用指令譯碼的形式，將譯碼信息傳輸到PMC處理，之后執行主軸的換擋調速操作，借助PMC輸出信號，對外部執行元件進行控制，例如：按照PMC輸出的信號，系統可自動化選擇不同的換擋控制模式，可通過液壓拔叉離合設備對齒輪撥動實現換擋目的，或是借助控制電磁離合器的形式達到自動化換擋的目標。其次，完成換擋操作之后，傳感器將所有的數據信息、換擋就位信號傳輸到PMC系統中，按照各個檔位的信號特點針對性的進行CNC控制地址的編碼處理，結合指令的速度信息、檔位信息、數控參數信息、檔速信息等，準確將控制電壓計算出來，傳輸到變頻器設備，使得變頻器能夠高效化的控制數控機床主軸速度[3]。

2.3 重點設置系統參數

數控機床主軸上應用，變頻器要想確保性能有所提升，就應準確選取與設定控制面板參數信息，使其在較為復雜的電控系統中，靈活性控制，一般情況下，數控機床主軸上使用變頻器，能夠確保啟動與停止操作的穩定性，實現無極調速的目的，拓寬調速的范圍和廣度，使得主軸在運行期間實現長時間穩定性的運行目的，操作較為便利，后續維護工作較少，輸出的所有數據信息都能符合性能標準需求，但是如果不能準確設置參數，將會影響主軸的運行控制效果，因此，在使用變頻器的過程中，應重點關注參數的科學化設置。首先從速度層面來講，應使用多段速度參數設置方式，按照模擬量與分段類型的調速方式，將模擬量調速的參數設置為0-10伏電壓、4-20毫安電流，為無極調速的操作提供便利，而分段調速方面設置成為中高低三檔調速的參數，這樣不僅能夠實現速度調整的分段性，還能為模擬量調速操作提供一定的支持。最后，在參數設置的工作中應結合運行功能，保證電動機額定電流電壓容量所有參數的合理性，盡可能結合銘牌的內容設定數據值。除此之外，在應用狀態顯示板的過程中，也需要確保參數在整體環節中不可以出現更改的現象，必須嚴格根據之前設定的參數信息操作，如果在操作的過程中，需要更改參數信息，就要在模擬輸出信號的允許范圍之內調整利用開關量的調節，達到最終良好的參數調整優化目的[4]。

2.4 重點進行調速系統連接

數控機床主軸上應用變頻器，應確保調速系統的高質量、有效性連接處理，避免因為不合理的連接發生問題，使得變頻器能夠準確運用。

①做好和控制系統之間的連接處理。連接的過程中可通過NCN發出模擬信號，使得變頻器在接收信號之后明確控制速度，之后利用PMC所輸出的數字信號實現正反轉的控制目的，或者是利用伺服放大器輸出勢能信號，之后利用D/A轉換器設備將其轉變成為模擬信號，最終達到控制的目標。值得注意的是，使用變頻器設備，不僅需考慮到數控機床主軸上的CNC系統、伺服系統，相互之間組建成為自動化的控制系統，還能將變頻器與系統之間構建成為獨立性的控制器部分，創建獨特性的單機驅動部分。但是，如果數控機床主軸上面所使用的三相異步機設備中不存在集成編碼器，在主軸需要進行螺紋加工或是定向處理的情況下，就應額外設置編碼器，以免影響控制系統的運作。

②和主電源電路之間的準確連接處理。一般情況下，數控機床主軸上的電動機設備，功率相對較高，很容易出現感性負載對電網功率因數產生影響的問題，在此情況下，為避免發生問題，應在變頻器電源電路中設置電抗器設備。考慮到變頻器設備會對主軸周圍區域的部件形成電磁干擾，所以，在電源進線上面需設置濾波器設備，降低噪聲干擾問題發生率。與此同時，安裝電氣部件的環節中，應結合CNC控制板、信號電纜等弱電部件的情況，將其和變頻器設備之間的距離控制在最高的范圍內，預防相互干擾。為有效杜絕變頻器對主軸系統穩定性造成的干擾性影響，可在變頻器上設置防護罩的部分，分開處理電機電纜系統、信號電纜系統，采用獨立性走線的形式，盡可能縮短電氣柜長度，使用屏蔽電纜材料，避免干擾因素對變頻器設備的穩定運作造成威脅[5]。

③準確連接其中的控制信號。雖然目前市場領域中變頻器的型號與規格很多，但是命令信號的來源都有著一定的相同性，主要涉及到面板控制來源、旋轉電位器來源固定檔位開關量控制來源、上位機指令來源等，和控制信號存在直接的聯系，因此，在主軸上使用變頻器，應重視其和控制信號之間的連接，保障所有控制信號的高質量、合理性設置，以此增強變頻器的應用有效性。控制信號連接的環節中，要求專業性的技術人員明確變頻器在其中的應用情況，結合所選用的變頻器型號、規格等，針對性的設置與控制信號相互連接的系統，保證每項工作都能順利開展，各類系統都能良好運行，從根本層面上增強控制信號的管控水平。

2.5 主軸故障中的應用措施

數控機床主軸上應用變頻器進行控制，還需重點關注主軸故障處理的效果，協調變頻器和其他控制裝置之間的關系，使得不同裝置能夠在變頻器的控制下達到良好的變速協調目的，在主軸系統運作的過程中，通過變頻器設備及時發現與診斷故障問題，及時性的做出處理，首先，在主軸系統發生故障現象之后，通過變頻器面板將故障數據信息顯示出來，顯示故障信息之后，維修人員全面檢查主軸系統的運行情況，判斷是否為電源故障控制系統故障，其他類型的故障問題，及時性的維修處理，保證主軸的安全穩定運行。其次，變頻器應用的過程中還需綜合性的分析與研究是否存在主軸的參數設置問題、慣量設置問題等，便于準確性，合理性的維護主軸的運作安全性[6]。主軸故障處理的工作中，應重點使用先進的變頻器技術，創建相應的故障，分析故障，研究和故障診斷相關的獨立性系統，可以在主軸運行的過程中，自動化的診斷故障問題和實際情況，準確性并且及時性的掌握故障隱患現象，便于合理處理和控制，維護主軸的運行安全性。另外還需安排專業性的工作人員在現場取動態性的監測分析主軸的情況，一旦發現有故障隱患，風險問題就要及時性的作出處理，確保所有系統的安全運行。

3? 結語

綜上所述，數控機床主軸上合理運用變頻器設備，具有重要意義，不僅可以增強主軸的控制效果，還能改善系統運行水平，因此，在數控機床主軸控制的過程中，應重視變頻器的運用，合理選擇變頻器的類型，準確設置其中的參數信息，重點將變頻器和各個系統相互連接，增強連接效果，發揮變頻器在防控主軸故障問題中的重要價值。

參考文獻：

[1]吳玉琴.DL230變頻器在CNC機床上的典型應用分析[J].無錫職業技術學院學報，2017，16（4）：36-38.

[2]崔紅利，吳玉舫.電氣化設計在數控機床參數調試與日常維修中的應用[J].制造業自動化，2020，42（11）：152-156.

[3]周麗蓉.數控機床能耗建模與面向能量的加工參數優化[D].山東：山東大學，2018.

[4]冉松江.FanucOi-MF系統數控銑床開啟模擬主軸的方法研究[J].IT經理世界，2020，23（9）：19-20，23.

[5]劉培基.機床固有能效要素獲取方法及其應用研究[D].重慶：重慶大學，2019.

[6]朱俊.HASSVF-3D立式加工中心的數控系統置換改造研究[D].江蘇：江蘇大學，2017.