3G3RX变频器在数控车床主轴中的应用--毕业论文.doc

题 目： 变频器在车床主轴中的应用 系 (部)： 机电工程系 专业名称： 机电一体化 姓 名： 准考证号： 班级名称： 指导老师： 提交时间：  摘 要 本文介绍了采用车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式，并阐述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。并通过使用3G3RX无速度传感器的变频器后，得出以下显著优点：大幅度降低维护费用，甚至是免维护的；可实现高效率的切割和较高的加工精度;实现低速和高速情况下强劲的力矩输出。主轴驱动系统控制数控车床主轴的旋转运动，为车床主轴提供驱动功率以及所需的切削力。目前在数控车床中，主轴驱动常使用交流电动机，直流电动机已逐渐被淘汰，由于受永磁体的限制，交流同步电动机功率做得很大时，电动机成本太高。因此目前在数控机床的主轴驱动中，均采用笼型异步电动机。为了获得良好的主轴特性，设计中采用矢量变频控制的交流主轴电动机，矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，后者具有更高的速度控制精度，在车床中无速度传感器的矢量变频器已符合控制要求，目 录 一、前言 1 1.1调速范围要宽 1 1.2低速时大转矩输出 1 1.3速度和功率不断提高 1 二、车床主轴变频的系统结构与运行模式 1 2.1主轴变频器的控制原理 1 2.2车床主轴变频控制的方式 2 2.3主轴变频控制的系统构成 4 三、3G3RX变频器的主轴应用 4 3.1主轴变频器的基本选型 4 3.2无速度传感器的矢量变频器 5 3.3主轴变频控制中的电机参数调整 6 四、?变频器控制方式? 6 4.1 ?U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式?电压空间矢量（SVPWM）控制方式?矢量控制（VC）方式?直接转矩控制（DTC）方式? 　　由异步电机理论可知，主轴电机的转速公式为： 　　n=60f/p×（1-s）｛其中 P—电动机的极对数，s—转差率，f-供电电源的频率，n-电动机的转速｝ 　　从上式可看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，而对于变频器而言，其频率的调节范围是很宽的，可在0～400Hz（甚至更高频率）之间任意调节，因此主轴电机转速即可以在较宽的范围内调节。 　　当然，转速提高后，还应考虑到对其轴承及绕组的影响，防止电机过分磨损及过热，一般可以通过设定最高频率来进行限定。 2.2车床主轴变频控制的方式 　　图2所示为变频器在车床的应用，其中变频器与装置的联系通常包括：（1）装置到变频器的正反转信号;（2）装置到变频器的速度或频率信号;（3）变频器到装置的故障等状态信号。因此所有关于对变频器的操作和反馈均可在面板进行编程和显示。 图2 变频器在车床上的应用 　　图3是华中HNC-21与主轴变频器的具体接线图，HNC-21通过XS9主轴接口中的模拟量输出可控制主轴转速，当主轴模拟量的输出范围为-10V～+10V，用于双极性速度指令输入主轴驱动单元或变频器，这时采用使能信号控制主轴的启、停。当主轴模拟量的输出范围为0～+10V，用于单极性速度指令输入的主轴驱动单元或变频器，这时采用主轴正转、主轴反转信号控制主轴的正、反转。模拟电压的值由用户PLC 程序送到相应接口的数字量决定。 图3 装置与主轴变频器的接线图 2.3主轴变频控制的系统构成 不使用变频器进行变速传动的车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀，而使用变频器后，机床可按指令信号进刀，这样一来就提高了效率。如果被加工件呈图4（1）所示形状，则由图中看出，对应于工件的AB段，主轴速度维持在1000RPM，对应于BC段，电机拖动主轴成恒线速度移动，但转速却是联系变化的，从而实现高精度切削。 图4 主轴变频器系统构成示意 在本系统中，速度信号的传递是通过装置HNC-21到变频器的模拟给定通道（电压或电流），通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置，装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置，以满足车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。 三、3G3RX变频器的主轴应用 3.1主轴变频器的基本选型 目前较为简单的一类变频器是V/F控制（简称标量控制），它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节，常见的有线性V/F控制（用于恒转矩）和平方V/F控制（用于风机水泵变转矩）。 标量控制的弱点在于低频转矩不够（需要转矩提升）、速度稳定性不好（调速范围1：10），