变频器在数控机床中的应用

摘 要 ：本文介绍了在数控机床主轴调速中采用日立变频器的配置、联接及其机械特性和主要特点。
英文摘 要 ：This paper introduces the configuration, connection, mechanic characteristic and leading features of Hitachi Inverter for CNC machine tool.
关键词： 变频器     数控机床     无速度传感器     矢量控制      

1    引言

      在机械制造业中，用普通机床加工复杂的零部件或具有较高精确度的批量产品时，需要熟练的技术工人手工操作来完成，这种效率低下的传统加工方式已无法满足现代制造业的需求。随着计算机技术的飞速发展，先进的加工中心和数控机床应运而生，逐渐成为主流的工具机床。日立公司生产的SJ系列无速度传感器矢量型变频器以其独特的性能和优越的性价比，在加工中心和数控机床上的应用迅速崛起，现以华中世纪星HNC-21数控系统为例，对日立变频器的配置、系统联接、机械性能等实际应用研究介绍如下。

2    数控机床的变频器配置

      在机床的调速系统中，传统复杂的齿轮箱式分级调速方式，在数控机床中得到极大的改进，采用更为先进的变频无级调速方式。对于1.5kW三相交流电动机，选配日立无速度传感器矢量控制SJ100系列和日立工程型无速度传感器矢量控制SJ300系列022HFE变频器，能获得高达200%的高启动转矩，实现在线和离线电机参数自动识别，低速时转速波动大幅度减小，保证了系统的稳定性和精确度。与华中数控世纪星HNC-21组成的数控系统，采用内置式PLC，总线I/O结构，由Y[28]和Y[29]带符号位双字节数字量D/A转换，形成变频主轴的频率命令，采用MDI编程设定，使调试和参数匹配更易于实现。

3    数控机床的变频器联接

      日立变频器与华中世纪星HNC-21数控系统的联接如附图所示。

附图 日立变频器与华中世纪星数控系统的联接图 

      日立变频器提供了控制变频器频率输出值的模拟输入端口。模拟输入端子组包括位于控制连接器上的[L]、[OI]、[O]和[H]等端子，其中[O]用于输入电压，[OI]用于输入电流。所有的模拟输入信号必须使用模拟地[L]。

      日立变频器与华中世纪星HNC-21数控系统联接时，需要使用[O]和[L]端子作为变频器的频率命令的输入信号。对于变频器的逻辑控制连接，根据数控机床的工艺要求，采用独立的逻辑输入端子1和端子2作为变频主轴的正转、反转和停止信号，[P24]端子为逻辑输入提供+24V直流电源，最大电流为300mA。实际使用中，注意[P24]端子禁止与[L]端子短路。

      日立变频器与华中世纪星HNC-21数控系统联接后，检查其正确性，同时对变频器的基本参数和扩展参数进行设置并核查。其中频率命令参数A01设置为01，选择端子控制；运行命令参数A02设置为01，亦选择端子控制。加速曲线F02设置为3s，减速曲线F03设置为3s。基频参数A03设置为50Hz，最大频率参数A04设置为200Hz，完成日立变频器与华中世纪星数控系统的联接和相关设置后，进入系统联机测试。

4    数控机床的机械性能

      日立变频器用于数控机床主轴调速系统，在联机过程中经过空载试运行和加载试验，满足数控机床的控制要求，测试数据如表1和表2所示。

表1      在空载情况下启动电机测定变频器的相关值

表2      加上额定负载时所测的相关值

      经联机测试数据显示，日立无速度传感器矢量控制变频器具有良好的调速性能，且性价比高，满足数控机床的机械特性要求。在2004年初由教育部职业教育与成人教育司、中国工业机械联合会和国防科工委联合召开的“关于开展中等职业学校数控技术应用专业领域培训”会议上，以及由教育部高等教育司召开的“关于举办高等职业院校数控技术应用专业领域实施制造业和现代服务业技术型紧缺人才培养培训工程”会议上得到了广泛的推广应用。

5    结束语

      日立变频器在数控机床的应用实践中，显示了良好的低速转矩特性，与CNC的匹配具有良好的线性度，编程灵活方便，应用前景广阔。