東力科創(chuàng)CT100變頻器在數(shù)控雕刻機(jī)上的應(yīng)用

 

引言

 

目前，雕刻機(jī)逐漸成為各行業(yè)生產(chǎn)的必備專業(yè)工具，隨著CNC數(shù)控技術(shù)配合高性能的變頻控制器和伺服驅(qū)動設(shè)備在各生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用，數(shù)控雕刻機(jī)日益成為當(dāng)今雕刻行業(yè)的主流配置。數(shù)控雕刻機(jī)床的主傳動系統(tǒng)大多采用無極變速。無機(jī)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，由于變頻器的高性價比，所以變頻器在機(jī)床上使用非常普遍。主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部件，其性能對數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。變頻器作為主軸系統(tǒng)中的心臟，更是不可或缺的關(guān)鍵部件。本文介紹東力科創(chuàng)CT100系列變頻器在數(shù)控雕刻機(jī)主軸拖動系統(tǒng)上的應(yīng)用。

 

數(shù)控雕刻機(jī)電控原理介紹

 

數(shù)控雕刻機(jī)電控系統(tǒng)組成

 

數(shù)控雕刻機(jī)電控系統(tǒng)主要由CNC數(shù)控系統(tǒng)、主軸定位系統(tǒng)、主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部分組成。各部分功能如下：

 

CNC數(shù)控系統(tǒng)：通過計算機(jī)內(nèi)配置的專用雕刻軟件進(jìn)行圖樣設(shè)計和排版，經(jīng)由計算機(jī)把設(shè)計與排版的信息傳送至雕刻機(jī)控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的脈沖信號，定位系統(tǒng)通過接受脈沖信號完成定位的方式完成設(shè)計和排版圖樣模型。

 

伺服定位系統(tǒng)：三維空間內(nèi)使用彼此相互垂直的三軸即可完成三軸定位，因此三套伺服定位系統(tǒng)分別接受來自CNC數(shù)控系統(tǒng)的脈沖信號，進(jìn)行X、Y、Z三軸的雕刻走刀定位，即可完成三維空間內(nèi)的任意圖樣模型。

 

主軸加工系統(tǒng)：伺服定位系統(tǒng)完成了圖樣模型定樣，在對應(yīng)的定樣位置需要完成相應(yīng)的雕刻工作才能完成CNC數(shù)控系統(tǒng)排版的雕刻物品。因此要求主軸高速旋轉(zhuǎn)已完成雕刻工作。不同的雕刻材質(zhì)、差異化的雕刻精度同時要求旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)要有靈活的調(diào)速功能。

 

雕刻機(jī)主軸加工系統(tǒng)對變頻器的控制要求

 

系統(tǒng)對變頻器的性能要求

 

（1）調(diào)速范圍寬，運行轉(zhuǎn)速一般在0~24000r/min。

 

（2）全速度范圍內(nèi)速度波動小；

 

（3）低速力矩大，可以保證低轉(zhuǎn)速切削；

 

（4）加減速的時間盡量短。

 

系統(tǒng)對變頻器的功能要求

 

（1）控制方式選擇為V/F控制以適應(yīng)調(diào)速范圍寬弱磁性能好驅(qū)動穩(wěn)定性佳的控制要求

 

（2）端子控制啟停，實現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停和正反轉(zhuǎn)切換；

 

（3）模擬量設(shè)定運行頻率，可接受0～10VDC電壓輸出；

 

（4）調(diào)速范圍在0~24000r/min，換算變頻器的運行頻率為0～400Hz（二級高速電機(jī)）；

 

（5）加速和減速時間短，一般在3~5s，因運行的轉(zhuǎn)速比較高，所以需要帶制動單元的變頻器；

 

（6）需要故障輸出信號以保證主軸故障時系統(tǒng)及時作出保護(hù)；需要故障復(fù)位信號以保證故障解除時可遠(yuǎn)程復(fù)位再啟動。

 

東力科創(chuàng)CT100變頻解決方案

 

控制方案

 

 

方案說明

 

東力科創(chuàng)變頻器的啟停方式為端子啟停，即通過CNC數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字量輸入端子給變頻器DI1/DI2命令實現(xiàn)主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)啟停及正反轉(zhuǎn)切換。考慮到系統(tǒng)緊急故障時可能需要快速剎車以避免機(jī)械損壞，通過DI3為端子實現(xiàn)急停功能。變頻器故障信號通過可編程繼電器端子輸出，在變頻器故障時系統(tǒng)接收故障信號以避免誤動作導(dǎo)致的機(jī)械損害。故障清除后可通過復(fù)位端子解除故障鎖定。系統(tǒng)調(diào)速方式為數(shù)控系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換，變頻器接收數(shù)控系統(tǒng)給出的0~10V電壓信號做頻率信號給定，自動調(diào)整雕刻速度。

 

由于數(shù)控雕刻機(jī)需要急起急停，此過程會產(chǎn)生較大的能量回饋，因此需要加裝制動電阻。CT100系列變頻器45kw以下內(nèi)置制動單元，制動電阻可直接接入。

 

具體工況

電機(jī)	額定電壓	額定電流	額定轉(zhuǎn)速	額定頻率	額定功率
主軸電機(jī)	380V	12.3A	24000rpm	400HZ	5.5KW

 

CT100系列變頻器技術(shù)說明

功能碼	設(shè)定值	功能描述	備注
F00.00	0	控制模式選擇	VF控制模式
F00.01	1	起?？刂颇Ｊ?/td>	端子起停模式
F00.02	2	頻率給定模式	模擬量AI1給定頻率
F00.06	400	***大頻率	----
F00.07	400	運行頻率的上限	----
F00.14	5S	加速時間	可適當(dāng)調(diào)整
F00.15	5S	減速時間	可適當(dāng)調(diào)整
F01.02	----	額定功率	一定要按照電機(jī)銘牌進(jìn)行設(shè)置以保證自學(xué)習(xí)出來的參數(shù)正確。
F01.03	----	額定頻率	----
F01.04	----	額定轉(zhuǎn)速	----
F01.05	----	額定電壓	----
F01.06	----	額定電流	----
F06.01	1	正轉(zhuǎn)啟動	----
F06.02	2	反轉(zhuǎn)啟動	----
F06.03	6	緊急停車	----
F06.04	7	故障復(fù)位	----
F07.03	2	故障輸出	----

 

深圳市東力科創(chuàng)技術(shù)有限公司CT100變頻器以DSP控制系統(tǒng)為平臺，采用國內(nèi)技術(shù)***的無PG矢量控制技術(shù)，并配合多種保護(hù)方式，可應(yīng)用于異步電機(jī)，提供優(yōu)異的驅(qū)動性能。產(chǎn)品在風(fēng)道設(shè)計，硬件配置，軟件功能方面都極大的提升了客戶易用性及環(huán)境適應(yīng)性。

 

技術(shù)特點

 

◆ 準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)：準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)或靜止的電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)，調(diào)試方便，操作簡單，提供更高的控制精度和響應(yīng)速度

 

◆ 矢量化的V/F控制：自動定子壓降補(bǔ)償和轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，保證VF控制模式下也可有優(yōu)異的低頻大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)

 

◆ 軟件限流限壓功能：良好的電壓、電流限制，有效進(jìn)行關(guān)鍵控制參數(shù)限幅以降低變頻器的故障風(fēng)險

 

◆ 多種制動模式：提供多種制動方式，保證系統(tǒng)停機(jī)穩(wěn)準(zhǔn)快

 

◆ 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：較高的整機(jī)過溫點，獨立的風(fēng)道設(shè)計，加厚三防漆處理，更適合在機(jī)床行業(yè)金屬粉末多，油污重的場合

 

◆ 轉(zhuǎn)速追蹤再起動功能：實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)的無沖擊平滑起動

 

◆ 自動電壓調(diào)整功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時，能自動保持輸出電壓恒

 

◆ 全面的故障保護(hù)：過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護(hù)功能

 

結(jié)束語

 

數(shù)控雕刻機(jī)主軸驅(qū)動部分看似簡單，實際控制卻因高頻轉(zhuǎn)速高、低頻出力大、使用環(huán)境惡劣等要求對變頻器的性能和穩(wěn)定性有著嚴(yán)苛的考驗。CT100系列變頻器是深圳市東力科創(chuàng)技術(shù)有限公司新開發(fā)的高性能開環(huán)矢量變頻器，起卓越的性能和豐富的功能使其在數(shù)控雕刻機(jī)上得到了非常好的應(yīng)用。