牛卜巧

摘要：數(shù)控機(jī)床主軸屬于整體數(shù)控機(jī)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(shí)還能帶動(dòng)兩者旋轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的精確度、轉(zhuǎn)速效率等直接影響加工精度、表面粗糙度。下文在數(shù)控機(jī)床主軸控制的工作中應(yīng)該重視變頻器的運(yùn)用，根據(jù)變頻器的應(yīng)用特點(diǎn)、狀況、需求等，科學(xué)設(shè)置參數(shù)信息，嚴(yán)格控制每項(xiàng)應(yīng)用模式，不斷發(fā)揮變頻器的作用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：變頻器;數(shù)控機(jī)床主軸;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）15-0081-02

0? 引言

數(shù)控機(jī)床主軸上應(yīng)用變頻器，不僅能夠增強(qiáng)主軸控制效果，還能保證調(diào)控的準(zhǔn)確度，因此，數(shù)控機(jī)床主軸的控制工作領(lǐng)域中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注變頻器的使用，保證參數(shù)的合理性、連接的科學(xué)度，不斷提升變頻器的應(yīng)用有效性、可靠性，發(fā)揮不同技術(shù)的價(jià)值和作用。

1? 變頻器分析

對(duì)于變頻器來(lái)講，指的就是將變頻、微電子等技術(shù)相互整合而成的控制器，實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中可以通過(guò)對(duì)電機(jī)設(shè)備的電源工作頻率進(jìn)行改變的方式，有效實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的控制目的。變頻器運(yùn)行的過(guò)程中，電路具有較為完善的功能，涉及到的是整流類型、制動(dòng)類型、逆變類型、檢測(cè)類型的不同單元，使用內(nèi)部的GBT斷開(kāi)處理，準(zhǔn)確調(diào)整電源的電壓與頻率，并且還能起到電路的保護(hù)作用。

1.1 運(yùn)行原理

變頻器在運(yùn)行的過(guò)程中，原理就是將交流電機(jī)當(dāng)做基礎(chǔ)部分，在轉(zhuǎn)速加快的情況下，電動(dòng)機(jī)的電壓會(huì)發(fā)生一定的改變，形成電機(jī)速度的調(diào)節(jié)作用，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在三相交流控制電機(jī)領(lǐng)域中，可以有效調(diào)整運(yùn)作的速度，增強(qiáng)運(yùn)行的效果。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床主軸控制形式，不再局限于之前的運(yùn)行模式，而是利用變頻器合理調(diào)控?cái)?shù)控機(jī)床各個(gè)組成部分，尤其是刀具部分、其他的零部件部分，促使數(shù)控機(jī)床整體的良好運(yùn)行、穩(wěn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(xiàn)為：

1.2.1 交流-交流的形式

此類變頻器在應(yīng)用的過(guò)程中，將之前具有固定性頻率的交流電源，轉(zhuǎn)換成為無(wú)論是電壓還是頻率都能夠持續(xù)性可變的交流電源，由于在運(yùn)行整個(gè)環(huán)節(jié)、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(zhuǎn)換率高的特點(diǎn)，但是，不適合進(jìn)行連續(xù)性的調(diào)節(jié)處理，適合應(yīng)用在容量很高、拖動(dòng)速度較低的設(shè)備調(diào)節(jié)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(yīng)用期間通過(guò)整流器設(shè)備，先使得交流轉(zhuǎn)變成為直流，之后通過(guò)整流器設(shè)備，將直流轉(zhuǎn)變成為電壓、頻率都能夠調(diào)節(jié)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(guó)通用性的設(shè)備，被廣泛運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域中，應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)、功能很多，價(jià)值也很高[1]。

2? 變頻器在數(shù)控機(jī)床主軸上的應(yīng)用建議

2.1 優(yōu)化性的運(yùn)用

一般情況下，數(shù)控主軸上應(yīng)用變頻器，進(jìn)行主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，很容易在系統(tǒng)處于低速運(yùn)行的狀態(tài)下發(fā)生輸出轉(zhuǎn)矩過(guò)低的問(wèn)題，最終引發(fā)爬行的現(xiàn)象，不利于整體主軸的良好控制。因此，在使用變頻器的過(guò)程中應(yīng)遵循優(yōu)化性的運(yùn)用原則，創(chuàng)建變頻主軸機(jī)床，有機(jī)整合變速箱機(jī)械調(diào)速的模式、變頻器電氣調(diào)速的模式，拓寬主軸的調(diào)速范圍，使其在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下依然可以保證輸出轉(zhuǎn)矩在較高的形態(tài)，避免對(duì)主軸電機(jī)設(shè)備運(yùn)行期間的切削功率造成影響。對(duì)于變速箱之內(nèi)各個(gè)檔位的齒輪，可以通過(guò)PMC控制的形式，達(dá)到自動(dòng)化切換檔位的目的，與此同時(shí)，通過(guò)變頻器完善電氣系統(tǒng)的無(wú)極調(diào)速功能，借助分段無(wú)極調(diào)速的方式有效控制每個(gè)機(jī)械檔位[2]。

2.2 完善變頻器應(yīng)用的控制模式

數(shù)控機(jī)床主軸上應(yīng)用變頻器，應(yīng)確?？刂颇Ｊ降耐晟菩?，首先，在機(jī)床主軸運(yùn)作的過(guò)程中，如果加工程序存在“換擋數(shù)控程序”的有關(guān)指令，采用指令譯碼的形式，將譯碼信息傳輸?shù)絇MC處理，之后執(zhí)行主軸的換擋調(diào)速操作，借助PMC輸出信號(hào)，對(duì)外部執(zhí)行元件進(jìn)行控制，例如：按照PMC輸出的信號(hào)，系統(tǒng)可自動(dòng)化選擇不同的換擋控制模式，可通過(guò)液壓拔叉離合設(shè)備對(duì)齒輪撥動(dòng)實(shí)現(xiàn)換擋目的，或是借助控制電磁離合器的形式達(dá)到自動(dòng)化換擋的目標(biāo)。其次，完成換擋操作之后，傳感器將所有的數(shù)據(jù)信息、換擋就位信號(hào)傳輸?shù)絇MC系統(tǒng)中，按照各個(gè)檔位的信號(hào)特點(diǎn)針對(duì)性的進(jìn)行CNC控制地址的編碼處理，結(jié)合指令的速度信息、檔位信息、數(shù)控參數(shù)信息、檔速信息等，準(zhǔn)確將控制電壓計(jì)算出來(lái)，傳輸?shù)阶冾l器設(shè)備，使得變頻器能夠高效化的控制數(shù)控機(jī)床主軸速度[3]。

2.3 重點(diǎn)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)

數(shù)控機(jī)床主軸上應(yīng)用，變頻器要想確保性能有所提升，就應(yīng)準(zhǔn)確選取與設(shè)定控制面板參數(shù)信息，使其在較為復(fù)雜的電控系統(tǒng)中，靈活性控制，一般情況下，數(shù)控機(jī)床主軸上使用變頻器，能夠確保啟動(dòng)與停止操作的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速的目的，拓寬調(diào)速的范圍和廣度，使得主軸在運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性的運(yùn)行目的，操作較為便利，后續(xù)維護(hù)工作較少，輸出的所有數(shù)據(jù)信息都能符合性能標(biāo)準(zhǔn)需求，但是如果不能準(zhǔn)確設(shè)置參數(shù)，將會(huì)影響主軸的運(yùn)行控制效果，因此，在使用變頻器的過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注參數(shù)的科學(xué)化設(shè)置。首先從速度層面來(lái)講，應(yīng)使用多段速度參數(shù)設(shè)置方式，按照模擬量與分段類型的調(diào)速方式，將模擬量調(diào)速的參數(shù)設(shè)置為0-10伏電壓、4-20毫安電流，為無(wú)極調(diào)速的操作提供便利，而分段調(diào)速方面設(shè)置成為中高低三檔調(diào)速的參數(shù)，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)速度調(diào)整的分段性，還能為模擬量調(diào)速操作提供一定的支持。最后，在參數(shù)設(shè)置的工作中應(yīng)結(jié)合運(yùn)行功能，保證電動(dòng)機(jī)額定電流電壓容量所有參數(shù)的合理性，盡可能結(jié)合銘牌的內(nèi)容設(shè)定數(shù)據(jù)值。除此之外，在應(yīng)用狀態(tài)顯示板的過(guò)程中，也需要確保參數(shù)在整體環(huán)節(jié)中不可以出現(xiàn)更改的現(xiàn)象，必須嚴(yán)格根據(jù)之前設(shè)定的參數(shù)信息操作，如果在操作的過(guò)程中，需要更改參數(shù)信息，就要在模擬輸出信號(hào)的允許范圍之內(nèi)調(diào)整利用開(kāi)關(guān)量的調(diào)節(jié)，達(dá)到最終良好的參數(shù)調(diào)整優(yōu)化目的[4]。

2.4 重點(diǎn)進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)連接

數(shù)控機(jī)床主軸上應(yīng)用變頻器，應(yīng)確保調(diào)速系統(tǒng)的高質(zhì)量、有效性連接處理，避免因?yàn)椴缓侠淼倪B接發(fā)生問(wèn)題，使得變頻器能夠準(zhǔn)確運(yùn)用。

①做好和控制系統(tǒng)之間的連接處理。連接的過(guò)程中可通過(guò)NCN發(fā)出模擬信號(hào)，使得變頻器在接收信號(hào)之后明確控制速度，之后利用PMC所輸出的數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的控制目的，或者是利用伺服放大器輸出勢(shì)能信號(hào)，之后利用D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)備將其轉(zhuǎn)變成為模擬信號(hào)，最終達(dá)到控制的目標(biāo)。值得注意的是，使用變頻器設(shè)備，不僅需考慮到數(shù)控機(jī)床主軸上的CNC系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)，相互之間組建成為自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，還能將變頻器與系統(tǒng)之間構(gòu)建成為獨(dú)立性的控制器部分，創(chuàng)建獨(dú)特性的單機(jī)驅(qū)動(dòng)部分。但是，如果數(shù)控機(jī)床主軸上面所使用的三相異步機(jī)設(shè)備中不存在集成編碼器，在主軸需要進(jìn)行螺紋加工或是定向處理的情況下，就應(yīng)額外設(shè)置編碼器，以免影響控制系統(tǒng)的運(yùn)作。

②和主電源電路之間的準(zhǔn)確連接處理。一般情況下，數(shù)控機(jī)床主軸上的電動(dòng)機(jī)設(shè)備，功率相對(duì)較高，很容易出現(xiàn)感性負(fù)載對(duì)電網(wǎng)功率因數(shù)產(chǎn)生影響的問(wèn)題，在此情況下，為避免發(fā)生問(wèn)題，應(yīng)在變頻器電源電路中設(shè)置電抗器設(shè)備?？紤]到變頻器設(shè)備會(huì)對(duì)主軸周圍區(qū)域的部件形成電磁干擾，所以，在電源進(jìn)線上面需設(shè)置濾波器設(shè)備，降低噪聲干擾問(wèn)題發(fā)生率。與此同時(shí)，安裝電氣部件的環(huán)節(jié)中，應(yīng)結(jié)合CNC控制板、信號(hào)電纜等弱電部件的情況，將其和變頻器設(shè)備之間的距離控制在最高的范圍內(nèi)，預(yù)防相互干擾。為有效杜絕變頻器對(duì)主軸系統(tǒng)穩(wěn)定性造成的干擾性影響，可在變頻器上設(shè)置防護(hù)罩的部分，分開(kāi)處理電機(jī)電纜系統(tǒng)、信號(hào)電纜系統(tǒng)，采用獨(dú)立性走線的形式，盡可能縮短電氣柜長(zhǎng)度，使用屏蔽電纜材料，避免干擾因素對(duì)變頻器設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)作造成威脅[5]。

③準(zhǔn)確連接其中的控制信號(hào)。雖然目前市場(chǎng)領(lǐng)域中變頻器的型號(hào)與規(guī)格很多，但是命令信號(hào)的來(lái)源都有著一定的相同性，主要涉及到面板控制來(lái)源、旋轉(zhuǎn)電位器來(lái)源固定檔位開(kāi)關(guān)量控制來(lái)源、上位機(jī)指令來(lái)源等，和控制信號(hào)存在直接的聯(lián)系，因此，在主軸上使用變頻器，應(yīng)重視其和控制信號(hào)之間的連接，保障所有控制信號(hào)的高質(zhì)量、合理性設(shè)置，以此增強(qiáng)變頻器的應(yīng)用有效性?？刂菩盘?hào)連接的環(huán)節(jié)中，要求專業(yè)性的技術(shù)人員明確變頻器在其中的應(yīng)用情況，結(jié)合所選用的變頻器型號(hào)、規(guī)格等，針對(duì)性的設(shè)置與控制信號(hào)相互連接的系統(tǒng)，保證每項(xiàng)工作都能順利開(kāi)展，各類系統(tǒng)都能良好運(yùn)行，從根本層面上增強(qiáng)控制信號(hào)的管控水平。

2.5 主軸故障中的應(yīng)用措施

數(shù)控機(jī)床主軸上應(yīng)用變頻器進(jìn)行控制，還需重點(diǎn)關(guān)注主軸故障處理的效果，協(xié)調(diào)變頻器和其他控制裝置之間的關(guān)系，使得不同裝置能夠在變頻器的控制下達(dá)到良好的變速協(xié)調(diào)目的，在主軸系統(tǒng)運(yùn)作的過(guò)程中，通過(guò)變頻器設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)與診斷故障問(wèn)題，及時(shí)性的做出處理，首先，在主軸系統(tǒng)發(fā)生故障現(xiàn)象之后，通過(guò)變頻器面板將故障數(shù)據(jù)信息顯示出來(lái)，顯示故障信息之后，維修人員全面檢查主軸系統(tǒng)的運(yùn)行情況，判斷是否為電源故障控制系統(tǒng)故障，其他類型的故障問(wèn)題，及時(shí)性的維修處理，保證主軸的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其次，變頻器應(yīng)用的過(guò)程中還需綜合性的分析與研究是否存在主軸的參數(shù)設(shè)置問(wèn)題、慣量設(shè)置問(wèn)題等，便于準(zhǔn)確性，合理性的維護(hù)主軸的運(yùn)作安全性[6]。主軸故障處理的工作中，應(yīng)重點(diǎn)使用先進(jìn)的變頻器技術(shù)，創(chuàng)建相應(yīng)的故障，分析故障，研究和故障診斷相關(guān)的獨(dú)立性系統(tǒng)，可以在主軸運(yùn)行的過(guò)程中，自動(dòng)化的診斷故障問(wèn)題和實(shí)際情況，準(zhǔn)確性并且及時(shí)性的掌握故障隱患現(xiàn)象，便于合理處理和控制，維護(hù)主軸的運(yùn)行安全性。另外還需安排專業(yè)性的工作人員在現(xiàn)場(chǎng)取動(dòng)態(tài)性的監(jiān)測(cè)分析主軸的情況，一旦發(fā)現(xiàn)有故障隱患，風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題就要及時(shí)性的作出處理，確保所有系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)控機(jī)床主軸上合理運(yùn)用變頻器設(shè)備，具有重要意義，不僅可以增強(qiáng)主軸的控制效果，還能改善系統(tǒng)運(yùn)行水平，因此，在數(shù)控機(jī)床主軸控制的過(guò)程中，應(yīng)重視變頻器的運(yùn)用，合理選擇變頻器的類型，準(zhǔn)確設(shè)置其中的參數(shù)信息，重點(diǎn)將變頻器和各個(gè)系統(tǒng)相互連接，增強(qiáng)連接效果，發(fā)揮變頻器在防控主軸故障問(wèn)題中的重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳玉琴.DL230變頻器在CNC機(jī)床上的典型應(yīng)用分析[J].無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，16（4）：36-38.

[2]崔紅利，吳玉舫.電氣化設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床參數(shù)調(diào)試與日常維修中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2020，42（11）：152-156.

[3]周麗蓉.數(shù)控機(jī)床能耗建模與面向能量的加工參數(shù)優(yōu)化[D].山東：山東大學(xué)，2018.

[4]冉松江.FanucOi-MF系統(tǒng)數(shù)控銑床開(kāi)啟模擬主軸的方法研究[J].IT經(jīng)理世界，2020，23（9）：19-20，23.

[5]劉培基.機(jī)床固有能效要素獲取方法及其應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2019.

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