1 引言

    數字控制機床簡稱數控機床，數控機床的技術水平高低及其在金屬切削加工機床產量和總擁有量的百分比，是衡量一個國家國民經濟發展和工業制造整體水平的重要標志之一。

    主軸是車床構成中一個重要的部分，對于提高加工效率，擴大加工材料范圍，提升加工質量有著重要的作用。目前，無級變速系統主要有變頻主軸系統和伺服主軸系統兩種，一般采用直流或交流主軸電機。由于主軸電機調速范圍廣，又可無級調速，使主軸箱的結構大為簡化。由于變頻器的高性價比，所以變頻器在車床上使用非常普遍。微能WIN-V63系列變頻器以其獨特的性能和優越的性價比，在數控機床的應用方面迅速崛起。

2數控機床對變頻技術要求

    近幾年來，變頻器在數控機床上得到了廣泛的應用，其中對變頻器技術要求如下：

2.1：快速加減速

    通常數控機床的加減速時間要求比較短，一般在1~2S左右，需要外接制動電阻

2.2：頻率指令和運行指令

    一般數控機床控制運行命令來自端子給定，頻率給定指令來自模擬量，要求變頻器具有較高的模擬量線性度。

2.3：動態響應速度快，穩態精度高

    選用矢量控制型變頻器，一般動態響應速度較快，同時能夠根據負載自動調整速度。

2.4：低頻力矩大

    要求1~2HZ能夠達到150%額定轉矩以上。

3深圳微能WIN-V63矢量控制變頻器介紹

    WIN-V63系列矢量控制通用變頻器是深圳市微能科技有限公司研制的新一代矢量控制變頻器，低速轉矩能力強，控制精度高，超靜音運行控制。內置過程PI、簡易PLC、擺頻運行、16段多段速運行，靈活的輸入輸出端子，多種頻率給定設計等功能模塊，把通用需求和行業用戶的個性化需求有機地結合起來，提供了高集成的一體化解決方案。先進的設計保證了很高的電網和環境適應能力，可靠性高，先進的設計理念使操作變得簡單方便。

    WIN-V63系列變頻器能滿足數控機床對主傳動系統無級變速的需求，其主要特點是：體積小，屬于“迷你”型產品，占用控制柜空間較小；特別是在低速轉矩上滿足機床主軸的需求，0.5HZ時起動轉矩能夠達到180%以上；載波頻率范圍1-16kHz，有效的減小了主軸系統的嘯叫音；提供兩路標準的0-10V模擬量接口（AI1電壓0-10V，AI2電壓/電流可選0-10V/0-20mA DC），能夠與大多數數控系統接口兼容，通用性強；過負載能力強，150%以上額定輸出電流超過2分鐘；提供多功能的輸出端子信號，例如零速信號，運轉中信號，速度到達信號，故障指示，滿足系統對于主軸速度狀態的監控；自動轉矩補償，滿足機床主軸在低速情況下的加工需求；標配RS485通訊接口，MODBUS通訊協議，附有專用PC機調試軟件；靜止和旋轉兩種電機參數自動整定功能，在線識別電機參數，保證系統的穩定性和精確性。具有瞬停不停功能，有效的避免了電壓波動帶來的干擾。

4 V63矢量控制變頻器在機床主軸上的應用

4.1）微能變頻器選型

    針對機床電主軸的應用特點，采用微能科技研發生產的WIN-V63系列變頻器，用變頻器的功率基本上是2.2KW、3.7KW、5.5KW、7.5KW、11KW、15KW、18.5KW。機床電主軸應用，加減速都要求快速，一定要使用能耗制動功能，WIN-V63系列45KW及其以下功率都內置制動單元，無需再外配制動單元，制動電阻可以按照下面選取。

4.2）變頻器配線

變頻器配線如下圖所示：

    其中X1,X2分別設定為端子急停輸入、外部故障復位命令， FWD，REV外接控制器命令端子，AI1作為頻率給定通道。可編程繼電器常作為故障繼電器輸出給控制器。

4.3）WIN-V63變頻器調試

1）根據電機銘牌，設置正確的電機參數到V63變頻器的P3組,

    卸掉電機負載，按變頻器JOG鍵點動運行，確認電機旋轉方向后立即停機，如方向相反，則重新交換U、V和W三相中任意兩相的接線，設置P3.05=2，按RUN鍵進行電機參數自整定，整定結束后獲得的電機參數自動存儲到P3.06~P3.11中。

4.4）設置參數

WIN-V63變頻器主要參數設定如下：

4.5）調試效果

    本次應用的機床系統采用法納克數控系統，變頻器控制參數參照上表，在機床空載（不加工零件時），在額定轉速下1500轉條件下，實際轉速波動在1499~1500轉，在30轉轉速條件下，實際轉速波動28~31轉。在機床加工零件時（實際轉矩相當于60%電機額定轉矩），切削動態瞬間轉速跌落，經過矢量控制速度環條件下，轉速迅速恢復到給定轉速附近，在額定轉速下，穩態轉速在1498~1501轉，在30轉設定轉速條件下，穩態轉速在29~32轉。速度環參數選為默認參數，適當提高速度環參數，可以保證在切削瞬間轉速跌落更小。

4.6)調試技巧

1：由于數控機床對于減速要求很快，所以需要將過壓失速功能關閉，同時需要合理設置制動電壓點。

2：數控機床在停機時刻上一般維持上次模擬量給定，當給出運行命令時，模擬量才變化，所以變頻器參數模擬量濾波參數不能大，否則會產生滯后作用。

3： 由于加減速時間短，加減速過程電流較大，所以需要將過流失速功能關閉，否則加減速時速度曲線不能按照給定曲線運行。

5：結語

       WIN-V63矢量控制變頻器已經成功應用在數控機床驅動控制領域，其優越的性能（低頻轉矩大，調速范圍寬，穩態精度高，加減速快，操作靈活方便，功能保護全）以及高可靠性得到了充分的驗證，完全滿足數控機床主軸控制。

作者簡介：

第一作者：張敏

寶雞機床集團組合機床廠   副廠長  中級技術職稱（工程師）

第二作者：程倩

寶雞機床集團組合機床廠，電氣技術員

1994年 畢業于西安地質學院應用電子技術專業

第三作者：鄭偉

深圳市微能科技有限公司 研究開發部工程師，中級技術職稱

2005年  畢業于西安交通大學工業電氣自動化專業

2003年至今  從事變頻器研究開發工作