【導讀】System···············································································································1. 析··········································6

　　

【正文】 FZ = CFz axFzp fyFz VnFz FY = CFy axFyp fyFy VnFy FX = CFx axFx fyFx VnFz ??nFx p fyFx V ??nF 7 式中 : FZ— 切削力 。 FY— 徑向力 。 FX— 進給力 。 V— 切削速度 ， V = π nd /( 1 000 60) 。 n— 工件轉(zhuǎn)速 。 d— 工件直徑 。 f— 進給量 。 車削時 ， FZ比 FY， FX大得多 ，而且 FY， FX方向上的運 動速度又很小 ， 因此 ， FY， FX所消耗的功率很小 ( 僅為 1% ～ 2%) ， 故可忽略不計 。 適用于車床的切削力的計算公式如下 : FZ = 9． 81CFz axFzP ( 3) 根據(jù)數(shù)控車床實驗系統(tǒng)的運行條件 ， 取 : CFz = 40， xFz = 1． 0， yFz = 0． 75，apmax = 6 mm， fmax = 0． 2 mm/r， n = 2 500 mm/min， d = 30 mm。 則切削功率 Pm = Fz V 10 － 3 = 704． 13 3． 93 10 － 3 = 2． 765 kW。本研究取機床的傳動效率 η m = 0． 75， 則數(shù)控機床主軸電機功率 PE≥ Pm /η m = 3． 687 kW。 變頻器供電下的異步電機運行條件發(fā)生了根本的變化 ［ 7］， 電機運行時 ，隨著變頻器的調(diào)調(diào)壓控制 ， 機械特性曲線可以任意平移 ， 這使異步電機在性能上大大改善 。 所以 ， 數(shù)控車床實驗系統(tǒng)變頻電機的選擇 ， 還應考慮 : ① 電機與車床主軸功率特性匹配問題 。 ② 變頻電機與普通電機機座號盡量相同 。 ③ 強力切削和加工材料的不均勻性 ， 主電機功率應有一定的儲備 ［ 89］ 。 該實驗系統(tǒng)選用新鄉(xiāng)市特種電機制造有限 公司的 YVP 系列 4 級變頻電機 ， 額定功為 5． 5 kW， 額定轉(zhuǎn)矩 30 N m， 額定電流為 12 A， 可與同類變頻裝置配套 ，互換性 、 通用強 ， 其功率 、 底腳安裝尺寸和中心高等對應指標與 Y 系列異步電機完全一致 ， 與實驗系統(tǒng)環(huán) 境要求相符 。 主要技術指標為電壓 : 三相 380 V/50 Hz。 變頻調(diào)速范圍 : 5 Hz ～ 100 Hz 無級調(diào)速 。 低速時轉(zhuǎn)矩平滑 ， 無爬行現(xiàn)象 。 能通過變頻裝置的電壓提升 ，保證電動機在 5 Hz 時輸出額定轉(zhuǎn)矩而不致使電機因發(fā)熱而燒毀 。 3 變頻器類型的選擇 在數(shù)控車床實驗系統(tǒng)中 ， 主軸調(diào)速變頻 器的選型應注意 : ① 變頻器是實現(xiàn)恒壓控制還是恒流控制 。 ② 變頻器的負載性能曲線 。 ③ 變頻器與負載的匹配問題 ，變頻器的額定電壓 、 電流應與負載的額定電壓 、 電流相符 ， 對于特殊的負載則需要參考電機性能參數(shù) ， 以最大電流確定變頻器電流和過載能力 ， 在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時還應注意轉(zhuǎn)矩匹配 。 ④ 考慮到高次諧波會導致輸出電流增大 ， 變頻器驅(qū)動電機 ， 特別是電抗小的高速電機 ， 其容量應略大于普通電機的選型 。 ⑤ 電纜 、 電機對地耦合電容的存在 ， 也會引起電流增大 ， 變頻器的容量應適當提高 。 ⑥采用 PWM 控制逆變器 ， 整流器不可控的變頻器 ， 功率因數(shù)相對較低 、 網(wǎng)側(cè)諧波污染嚴重 、 無法實現(xiàn)能量的再生利用 ， 在要求較高的場合 ， 整流和逆變過程都采用PWM 控制的雙 PWM 變頻器 ［ 10］ 。 在數(shù)控車床實驗系統(tǒng)中 ， 選擇變頻器時 ， 變頻器的額定電流是一個關鍵量 。對于采用 4 極以上電動機或者多電動機并聯(lián)時 ， 必須以總電流不超過變頻器的額定電流為原則 。 數(shù)控機床屬于連續(xù)運轉(zhuǎn) ， 連續(xù)運轉(zhuǎn)時所需的變頻器額定容量和額定電流應滿足下式 : ??????????????????????( 4)??式中 : PM— 負載所要求的電動機的軸輸出功率 。 η — 電動機的效率 ( 通常約0． 85) 。 cos — 電動機的功率因數(shù) ( 通常約 0． 75) 。 UM— 電動機電壓 ， V。 IMPCN≥ kPMη cos ( kVA) PCN≥ k 3UMIM 10 － 3 ( kVA) ICN≥ kIM( A) 8 — 電動機電流 ， A。 k— 電流波形的修正系數(shù) ( PWM 方式取 1． 05 ～ 1． 0) 。 PCN— 變頻器的額定容量 ， kVA。 ICN— 變頻器的額 定電流 ， A。 變頻器與異步電動機組成不同的調(diào)速系統(tǒng)時 ， 變頻器容量的計算方法也不同 。 上述適用于單臺變頻器為單臺電動機供電連續(xù)運行的情況 ， 三者是統(tǒng)一的 ，選擇變頻器容量時應同時滿足 3 個算式 。 在數(shù)控車床實驗系統(tǒng)中 ， 主軸調(diào)速系統(tǒng)變頻器是按照選定的電動機型號確定的 ， 電動機的額定電 流 IM為 12 A， 額定電壓 380 V， 額定功率為 5． 5 kW， 選擇的變頻器容量和額定電流應滿足下式 : ????????????????????????????????( 5) 對動態(tài)性能要求較高的數(shù)控車床實驗系統(tǒng) ， 原來多采用直流傳動方式 。 目前 ，矢量控制型變頻器已經(jīng)通用化 ， 對于要求高精度 、 快響應的數(shù)控車床的實驗系統(tǒng) ，采用矢量控制高性能型通用變頻器是一種很好的方案 ［ 11］， 而且中 、 小容量變頻器以電壓型變頻器為主 ， 此實驗系統(tǒng)選用三菱 FRA7403． 7KCHT 系列變頻器 。 其基本參數(shù) : 額定電流為 12． 6 A， 額定容量為 9 kVA， 允許電動機最大功率為 5． 5 kW， 額定過載電流為 150%， 額定輸出電壓為 3 相 380 V ～ 480 V， 電壓允許波動為 177。 5%， 需強制風冷 。 本研究選擇的變頻電機與變頻器配置合理 ， 且其調(diào)整性能和啟動轉(zhuǎn)矩均能滿足系統(tǒng)要求 。 4 數(shù)控車床實驗裝置 數(shù)控實驗裝置屬于小型實驗機床 ， 調(diào)速范圍不大 ，不需要換擋 。 主軸調(diào)速的實驗裝置接線圖如圖 1 所示 ，TA、 TB、 TC 端子接外部控制電路 ， PA、 PB 端子用來制動 ， SVC、 0V 端子用來改變頻率 ， COM、 SCW、 SCCW端子用控制電動機的 正反轉(zhuǎn) ， QF 是空氣開關 ， 有隔離電源 、 斷路 、 過電流 、 欠電壓等保護作用 。 數(shù)控車床實驗平臺示意圖如圖 2 所示 。 數(shù)控車床的實驗系統(tǒng)是利用實驗控制面板對工作臺進行控制 ， 在面板上能體現(xiàn)各部分的操作情況 。 出現(xiàn)的故障能在面板上體現(xiàn)出來 ， 使系統(tǒng)更加直觀 ， 便于數(shù)控車床的檢測 、 維修及故PCN≥ kPMη cos = 1． 05 5． 50． 85 0． 75 = 9． 0( kVA) PCN≥ k 3UMIM 10 － 3 = 8． 3( kVA) ICN≥ kIM = 1． 05 12 = 12． 6( A) 9 障排除等方面的學習 。 主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)設計是數(shù)控車床實驗系統(tǒng)的一個重要部分 ， 在數(shù)控車床實驗系統(tǒng)中 ， 主軸調(diào)速采用變頻電機與變頻器配合使用的變頻調(diào)速 ， 較電磁調(diào)速電機結(jié)構(gòu)更加簡單 ， 維修方便 ， 且效率高 、 節(jié)能效果顯著 。 調(diào)速平滑 ， 范圍廣 ， 能在 5 Hz ～ 100 Hz 范圍內(nèi)無級調(diào)速 。 起動電流小 ， 不用附加起動設備 ， 低頻起動時力矩對負載沖擊小 。 體積小 、 重量輕 、 安裝尺寸和 Y 系列相同 ， 特別適合在數(shù)控車床實驗系統(tǒng)中使用 。 5 結(jié)束語 變頻調(diào)速的應用范圍非常廣泛 ， 在 50 Hz 以下可作恒轉(zhuǎn)矩運行 ， 在 50 Hz 以上可作恒功率運行 ， 是一種理想的調(diào)速控制方式 。 用于數(shù)控車床主軸調(diào)速控制系統(tǒng)的變頻調(diào)速 ， 其因起動性能優(yōu)越 、 高效節(jié)能 、 調(diào)速范圍大 、 精度高 、 無級調(diào)速等優(yōu)點而得到廣泛的應用 ， 并逐步取代直流調(diào)速 。 交流變頻器和變頻電機組成的變頻調(diào)速系統(tǒng) ， 應用在數(shù)控車床的實驗系統(tǒng)中 ， 更便于檢測 、 維修以及故障排除等方面的學習 ， 具有很高的實用價值 。 參考文獻 ［ 1］ 丁金福 ， 虞付進 ． 變頻調(diào)速技術在數(shù)控車床中的應用 ［ J］ ． 新技術新工藝 ， 2020( 5) : 1315． ［ 2］ 周虹 ， 周文軍 ． 數(shù)控車床的主軸變頻調(diào)速實現(xiàn) ［ J］ ． 機床與液壓 ， 2020， 35( 1) : 6062． ［ 3］ 朱全印 ， 韓來吉 ， 付云強 ， 等 ． 數(shù)控機床主軸變頻調(diào)速控制系統(tǒng)原理及應用 ［ J］ ． 煤礦機械 ， 2020， 30( 9) : 194196． ［ 4］ 陳和權(quán) ． 變頻調(diào)速的基本方法 ［ J］ ． 工礦自動化 ， 2020( 2) : 122125． ［ 5］ 黃觀堯 ， 劉保河 ． 機械制造工藝基礎 ［ M］ ． 天津 : 天津大學出版社 ， 1999． ［ 6］ 扶蔚鵬 ， 黃守道 ． 變頻調(diào)速對三相感應電動機的影響 ［ J］ ． 防爆電機 ， 2020( 3) : 69．