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变频器在机床方面的应用

机床变频器控制
在机床主轴上采用变频器可实现无级变速,从而使磨具或刀具以最小的磨损产生最高的粗糙度和加工精度。机床工作台由变频器取代液压传动,可缩短传动响应时间,变频器的调速范围宽、控制精度高,而且具有很多自动功能,可有效提高机床的加工效率。
1.自动车床
 自动车床主要用于高速加工滚珠丝杠等精密部件,由通常的凸轮控制改变为复合数控车床后,有效的提高了生产效率。成为具有稳定精密加工与良好性能的机械,人们将利用变频器与数控装置结合起来,缩短了自动车床的加工周期。
自动车床对变频器的要求有以下几个方面;不经过停止状态直接由正转状态变为反转状态;变频器的输出频率为120Hz以上;具有急剧减速的再生制动装置,同时具有制动功能,减速结束时不采用机械闸即可完全停车;低速时速度变化率小,运行平滑。
  利用变频器控制后,缩短了加工周期,提高了生产率、速度再现性好、产品质量稳定,可将带制动器的电动机更换为通用电动机而不需要维护。制动电阻的大小由减速 频率决定,应该根据最繁重运行时的参数进行选择。由于温度高,应适当考虑安装位置,注意电动机的低频振动。如果在低速时要求充分大的转矩,则可使用通风型 专用电动机;由于速度可调范围大,故需要考虑机械部件的匹配,以防止发生谐振。


2.数控车床
  数控车床的主轴如果采用齿轮变速,其速度最多只有30段可供选择,难以进行精密恒定线速度控制,且需要按时定期维修离合器。直流型主轴虽然可以无级调速,但 必须维护换向器,其最高转速亦受到限制。数控车床的主轴若采用变频器控制即可消除这些限制,可对普通电动机直接变速传动,因此可以去掉离合器,实现主轴的 无级调速。


3.立式车床
  立式车床主要用于内、外径及重量大的工件,其加工件重量大,故主轴电动机的容量大,传动调速部件的齿轮、离合器等机械部分的尺寸也很大,可利用变频器进行控 制。对于大外径工件,由外向内连续切削时,可采用变频器控制可实现恒线速切削;提高效率,由于立式车床一般不需要突然加、减速,因此,可选用通用变频器而 不用专用变频器。主轴传动采用中容量变频器,刀架进给采用小容量变频器。


4.单臂龙门刨床
  国产单臂龙门刨床的走刀系统一般采用超越离合器,分为“快速”、“空”、“自动”三挡,刀架的选择由换挡实现。“快速”挡用于调整刀架的位置,“自动”挡用 于正常的刨削,在工作台前进换后退时电机反转,做走刀准备;在工作台后退换前进时电机正转刀架移动,移动的距离有调整超越离合器的行程确定,在雕刻度盘上 指示。由于该机构比较复杂,在使用一段时间后经常出现不走刀或走刀距离不一致的情况,影响加工质量。走刀系统主电机采用开关磁阻电机,采用PLC控制新电 气柜,同时用变频器改造走刀系统。需要较频繁的启、制动,可适当放大容量。

  对变频器及PLC的参数进行适当调整,考虑到变频器在低速时出力较小,将变频器 的输出功率下限定在3Hz,将低速时输出转矩适当提高,另外,虽然变频器的最高输出频率能达200Hz,但对于电机来说,超过50Hz(最高不超过 60Hz)后输出转矩会下降,可能带不动负载.变频器及PLC的设定参数为;最高输出功率50Hz;最低输出频率3Hz;点动频率(快速走刀)50Hz; 速度上升、下降时间各位0.3s,PLC内设电机运行时间0.7s。

  将走刀速度的机械换挡分别放在高、低档上,测得每次走刀的距离为;低速当 0.25~4.5mm(对应3~50Hz);高速挡0.9~15mm(对应3~50Hz),重复误差小于10%,满足机械加工要求。
(1) 干扰问题。由于变频器是高频电力电子设备,当其运行时(特别是低速时)会产生较大的干扰。现场发现与变频器输出线穿同一个蛇皮管的24V信号线受干扰严 重,变频器一启动,原来的常开信号在PLC侧检测出来常闭,使动作错误,后将这一触点信号改为常闭,使其形成回路,解决了该问题,抗干扰更彻底的解决办法 是对变频器加隔离变压器或输入,输出电抗器。
(2)变频器启、制动问题。正常工作时,走刀电机每分钟需启、制动5~10次,较为频繁,而且启动时间也较短,电流冲击大,如果选用性能较差的变频器驱动,很可能会引起变频器及电机的过热和损坏。
(3)接触器切换问题。该变频器可分别控制垂直和右侧刀架电机,必须注意只能在电机停止时切换,否则可能引起变频器损坏,在PLC程序序里做必要的互锁。利用PLC与变频器相结合来改造刨床走刀系统,可简化其结构、降低故障率方便操作,具有较高的使用价值。


5.螺纹磨床
螺纹磨床的电气控制部分大多采用继电器的顺序控制,机床采用交磁扩大机、直流电动机与测速发电机的闭环调速系统,但产品质量差、检修难度也大.为此,可采用变频器进行改造,实现无级调速,使其性能良好、维护方便.


6.剃齿机
整形机一般由电动机驱动整形器,对工件进行精密的研磨,它根据工件的材料,大小及加工要求等条件改变整形器速度,采用变频器控制可提高其性能。剃齿机是整形机的一种,剃齿器与作为工件的齿轮啮合,根据正转及反转方向不断切换旋转,从而将齿轮部的两面打磨光滑。
使 用变频器控制剃齿机具有一次下优点;由于是无触点正反转进行,故不需要维修;正、反转换方向的冲击电流小,可采用较小容量的电源设备;可进行60Hz 以上的高速运行,扩大了加工件的适用范围,提高了机械能力;与机械式变频器相比,缩短了变速时的作业时间,故可大幅度提高作业效率。
由 于需要反复进行正、反转运行,而且要求尽可能缩短加工周期,因此应用时需注意两个问题;一是变频器的制动能力,通用变频器内装的制动电路并不是连续额定工 作的,故应注意其是否工作在允许范围内;二是确定最短加、减速时间,为缩短加工周期,应尽可能减小与机器研磨无关的加、减速时间,通过计算出加、减速时间 来确定变频器及电动机的容量。



信息来源:abc.chossoni.com


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