FA300系列变频器在数控机床上的应用

FA300系列变频器在数控机床上的应用

一、引言 
数控机床（NC ， Numerical Control）,是近四十年来综合应用集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，在现代机床生产中，一般采用多电机拖动，主轴和各进给系统分别由各自的电机来拖动。由于机床加工范围较广，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求机床执行部件具有不同的运动速度，因此机床的主运动应能进行调速，主轴调速系统一般采用交流主轴系统，随着变频调速技术的发展，数控机床的主轴的交流拖动，同样能够很好满足需要。主驱动电机通过皮带传动带动主轴旋转，或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。 
二、数控机床对应用技术的要求 
1、电机要求 
通常要求用变频电机，或者普通电机加风扇以满足电机在低频的散热要求、并且要求电机调速范围广。 
2、变频器的技术要求 
1）要求低频力矩大，低频时（1~10Hz）能出来150%额定 
2）转矩动态响应速度快，稳速精度高 
能实现很好的动态响应效果，依据负载的变化，通过输出转矩的变化很快做出响应，从而实现转轴速度的稳定。 
3）减速停车速度快 
通常数控机床的加减速时间都是比较短的，加速时间靠变频器的性能保证，减速时间则依靠外加制动电阻或制动单元。 
4）进行电机参数自学习 
要达到很好的控制性能通常都需要对电机进行参数自学习，其目的是获取准确的电机内部参数，以用于矢量控制计算。参数自学习所需要的电机铭牌参数有：电机额定功率、电机额定频率、电机额定转速、电机额定电压、电机额定电流。有的变频电机的铭牌上可能没标额定转速值，可以根据经验值估计一下额定转速。在进行参数自学习时，务必要在空载（电机轴上不接负载）的时候进行。只有在空载的时候才能保证自学习出来的电机参数的准确性。 
如果现场条件没办法空载运行，可以考虑用变频器出厂的电机参数试运行。 
5）频率指令和运行指令 
数控机床上使用的变频器其频率指令和运行指令都来源于CNC控制器，一般给定的的通道有两种，一种是模拟量给定，另一种是多段速给定，或者两者同时给定，以多段速优先。模拟量给定以电压型模拟量为主，也有电流型的。变频器对这两种类型的模拟量都可以采集。 
3、抗干扰问题 
变频器在出厂的时候作了很好的抗干扰试验，具有很强的抗干扰能力，但变频器同时也是一个干扰源，在使用中很难避免不对其它设备进行干扰，在数控机床上最容易被干扰的设备是CNC控制器。一旦CNC控制器受干扰后，系统将不能正常工作。特别是变频器的频率指令和运行指令也可能会受到干扰，干扰严重的会造成频率指令不稳定，变频器误动作等。解决此类问题的办法是在变频器的输出线上加磁环以减少高频辐射。

三、系统构成介绍 
变频器   ：FA300-5.5G-T4 

制动电阻 ：90Ω / 500W

调速电机 ：5.5KW

CNC数控系统

 
主要的参数和性能指标： 
5.5kW数控车床，电动机参数： 
额定功率：5.5kW，额定频率：50Hz, 
额定电压：380V，额定电流：11A， 
额定转速：1440r/min，机械传动比：1：1.5
加工材料：45#钢

四、FA300变频器在数控机床上应用步骤

1、变频器的接线参见标准接线图：如上图3

2、自学习：

先设置   P1-01电机额定功率     此值参照电机铭牌设置

P1-02电机额定电压     此值参照电机铭牌设置

P1-03电机额定电流     此值参照电机铭牌设置

P1-04电机额定频率     此值参照电机铭牌设置  

              P1-05电机额定转速     此值参照电机铭牌设置

改P1-37为2（自学习时电机为空载，如果电机不能与负载脱开，用静止自学习，改P1-37为1），ENTER确认，按RUN开始自学习自学习完成后，再修改以下参数

3、常规参数设置：

五、FA300系列变频器的特点 
FA300系列变频器采用先进磁通矢量控制技术，电机在低速时转矩大，速度精度高，价格合理，功能齐全 
（1）采用先进的磁通控制算法，在控制性能上比传统的V/F控制方式有很大的改善。 
（2）起动转矩大，1Hz/150%
（3）载波频率范围1～16KHz；可根据温度和负载的特性自适应调整 
（4）提供标准的0～10V或4-20mA模拟量接口，能够与所有数控系统接口兼容

（5）过负载能力强，150%额定输出电流一分钟； 
（6）提供多功能的输出端子信号，例如故障输出信号，运行中信号，速度到达等输出信号，   能够很好的满足系统对于主轴速度状态的监控；

六、结束语 

FA300系列高性能变频器完全能够满足机床主轴控制的要求。FA300系列变频器采用的先进的磁通算法，即使在低转速（低频）运行下也能平稳输出150%的转矩，以满足不同零件的加工需要，完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构，并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率，在不同的加工工艺（如；粗加工、精加工等）需要不同的转速，此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器，实现不同的转速，同时启停信号也由数控系统控制，提高了自动化程度、延长了刀具的使用寿命。