变频器在普通机床改造中的应用

1.前言

机床行业是国际公认的基础装备制造业，是战略性产业，是国民经济的脊柱产业。但随着制造业市场需求的变化、产品升级需求的释放、"振兴规划"和"重大专项"政策的出台，产品结构在不断优化，机床行业将出现结构性复苏机会。目前中国机床产业仅仅在规模方面具有相对比较优势，与机床制造强国相比，在结构、水平、研发和服务能力等方面都还存在明显的差距。机床市场的独特结构加快了变化速度，普通、低档数控机床需求大幅度萎缩，大重型和高档数控机床仍保持稳定。同时也带动了机床行业上的自动化产品的需求增大。变频器、伺服、编码器等自动化产品在机床行业中应用了很多年。由于变频器的高性价比，所以变频器在经济型数控机床和普通机床的数控化改造中使用非常普遍。随着新技术的不断引进，传统的普通机床业在面临的淘汰和技术革新的境地，采用新技术，降低成本，提高产品稳定性是机床生产的关键。下面就以机床拖动方面采用变频调速得改造来阐述变频器在机床行业改造方面的研究和应用。

2.机床改造的现状

传统机床变频器的技术改造，经过近几年的实践运行，整个机床的电气控制系统得到了最大程度的优化：系统操作更简单、方便；通过转矩补偿、防止失速和再启动等功能，实现不跳闸运行，使生产的产品质量稳定、效率提高；具有较高的稳速精度和快速动态响应，能满足高性能场合的传动控制要求；最重要就是帮助客户大幅度降低了维护成本。变频器技术越来越深入的应用，让我们看到其巨大的节能潜能和良好的效益。国内在近几年也涌现出了一大批领先的工业自动化解决方案供应商，为纺织、机床、印刷包装、食品医疗、煤矿等行业中提供先进、适用的解决方案应用已经相当广泛，得到了国内用户的认可。通过对机床进行变频器技术的改造为广大生产厂商带来到技术上的突破的同时也创造出了相应的价值。

3.改造机床的传动特点

通常的情况下老旧机床的拖动系统是由电机来带动齿轮箱进行传动和调速的，这种系统具有以下特点：

1）　负载具有恒功率的性质，在机床的　齿轮箱变速时，其转矩的变化与转速的变化始终成反比。若忽略了齿轮箱的损耗，这样在全功率的范围内机床负载都始终处在恒功率的特点。

2）转速按照档次来进行调速，通常机床的调速箱有8档转速：75、120、200、300、800、1200、1500，2000r/min。速度固定需要哪个速度就调整到相应的档位。

3）调速的控制方式主要由手柄组合的8个位置来进行控制，主要控制四个离合器的分与合，得到齿轮的8种组合，从而得到8档转速。低速时的过载能力强　低速时，拖动系统经齿轮箱降速后的额定转矩将远大于负载的最大工作转矩，有很强的过载能力。

4）变频器具有集成高精度转子磁场定向矢量控制算法，具有250％瞬时转矩控制能力，并且通用型变频器能够兼容多品牌模式PLC运行功能，特别适合机床制造设备应用。其内部具有丰富的扩展选件：编码器接口板、I/O扩展板、可参数复制的操作面板等，适合未来机床的进一步更新和改进。

4.变频器在机床改造中的具体应方案

以笔者曾经工作过的（某某机械加工厂）为例，该厂主要应用的是经济型简易数控机床，由于这种机床的调速电磁离合器的损坏率十分的频繁，经工作人员对变频调速系统具有的优点进行论证，最终决定改用变频器实现机床的变频调速。具体情况如下：

在利用变频器技术改造该系统中，变频器采用外部端子控制，数控系统所发出的是支流　0V到10V的电压信号通过变频器的相关固定功能的端子送入到变频器，从而实现数字量来设定电机转速再通过模拟量变频输出的对电机进行控制。电机转速的快慢主要由变频控制系统输出的电压值信号的大小来控制。数控机床电机的正转和反转运行主要由外围操作通过变频器的FWD，REV7与DCM端子来实现控制。机床的各种保护信号通过变频器的常开、常闭触点来进行控制，能够实现系统的过流过压，设备的过载，以及过热、负压、缺相等故障的保护。在实际的机床改造中，在正常工况下经过工作人员的反复试验，利用变频器改造的机床完全符合设计的要求，并且取得了令人满意的运行效果。

5.应用变频器进行改造的优势

1）变频器的速度调节范围十分的广泛，一般的通用型变频器都能够实现0到400HZ范围内的变频调速，所以在对机床进行变频改造的时候应该选择符合机床情况的品牌型号。

2）由于机床要求具有较硬的机械特性。这一点非常符合变频器+普通电机（或变频电机）传动具有机械特性硬的特点。通常情况下，变频器一般在低频工作下都具有提供150%负载转矩的能力。

3）在机床工作的过程中，当机床需要在低速运行时，其需要具有强大过载能力。应用变频器进行改造能够提供150%的过载保护（60S），这一点可以充分的满足机床设备的要求。

4）在对机床进行变频调速的改造以后，能够简化机床齿轮变速箱等原来比较复杂的机械拖动组织，使系统的自动化程度大幅提高，操作也变得简单和人性化，并且由于变频器的集成度较高也使得系统的维修更加的方便。

5）目前市面上的变频器大多具有电压直流零到十伏，以及电流模拟输入接口，这一点能够与机床的数控系统的控制信号有较好的兼容性，系统控制信号也十分的匹配。

6.总结

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大。作为数控机床的执行机构，电机伺服系统经历了从步进到直流，进而到交流的发展历程。而数控机床中的伺服系统中变频器的应用也获得了越来越广泛的推广，变频器的种类和型号繁多，适用面非常的广泛，可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等高精加工机床的发展，具有网络接口的全数字变频系统等将成为数控机床行业的关注的热点。

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