论文部分内容阅读
摘要：数控机床主轴属于整体数控机床中非常主要的部分，具有刀具安装作用、工件的安装作用，同时还能带动两者旋转，并且旋转过程中的精确度、转速效率等直接影响加工精度、表面粗糙度。下文在数控机床主轴控制的工作中应该重视变频器的运用，根据变频器的应用特点、状况、需求等，科学设置参数信息，严格控制每项应用模式，不断发挥变频器的作用价值。
关键词：变频器;数控机床主轴;应用
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2021）15-0081-02
0 引言
数控机床主轴上应用变频器，不仅能够增强主轴控制效果，还能保证调控的准确度，因此，数控机床主轴的控制工作领域中应重点关注变频器的使用，保证参数的合理性、连接的科学度，不断提升变频器的应用有效性、可靠性，发挥不同技术的价值和作用。
1 变频器分析
对于变频器来讲，指的就是将变频、微电子等技术相互整合而成的控制器，实际运行的过程中可以通过对电机设备的电源工作频率进行改变的方式，有效实现交流电动机的控制目的。变频器运行的过程中，电路具有较为完善的功能，涉及到的是整流类型、制动类型、逆变类型、检测类型的不同单元，使用内部的GBT断开处理，准确调整电源的电压与频率，并且还能起到电路的保护作用。
1.1 运行原理
变频器在运行的过程中，原理就是将交流电机当做基础部分，在转速加快的情况下，电动机的电压会发生一定的改变，形成电机速度的调节作用，目前已经广泛应用在三相交流控制电机领域中，可以有效调整运作的速度，增强运行的效果。系统在运行过程中可转变传统的数控机床主轴控制形式，不再局限于之前的运行模式，而是利用变频器合理调控数控机床各个组成部分，尤其是刀具部分、其他的零部件部分，促使数控机床整体的良好运行、稳定性使用。
1.2 组成部分分析
从变频器的组成部分层面而言，涉及到主电路、控制电路，按照电路结构特点又可将其分成交流-交流的形式、交流-直流-交流的形式，具体表现为：
1.2.1 交流-交流的形式
此类变频器在应用的过程中，将之前具有固定性频率的交流电源，转换成为无论是电压还是频率都能够持续性可变的交流电源，由于在运行整个环节、整体流程不存在中间部分，所以又被称作是直接式变频器，具有转换率高的特点，但是，不适合进行连续性的调节处理，适合应用在容量很高、拖动速度较低的设备调节操作中。
1.2.2 交流-直流-交流的形式
这种形式的变频器，在应用期间通过整流器设备，先使得交流转变成为直流，之后通过整流器设备，将直流转变成为电压、频率都能够调节的交流，和交流-交流的形式相比，中间存在直流的部分，因此又被称作是间接式变频器，是目前我国通用性的设备，被广泛运用到各个领域中，应用的优势、功能很多，价值也很高[1]。
2 变频器在数控机床主轴上的应用建议
2.1 优化性的运用
一般情况下，数控主轴上应用变频器，进行主轴驱动系统的控制，很容易在系统处于低速运行的状态下发生输出转矩过低的问题，最终引发爬行的现象，不利于整体主轴的良好控制。因此，在使用变频器的过程中应遵循优化性的运用原则，创建变频主轴机床，有机整合变速箱机械调速的模式、变频器电气调速的模式，拓宽主轴的调速范围，使其在低速运转的状态下依然可以保证输出转矩在较高的形态，避免对主轴电机设备运行期间的切削功率造成影响。对于变速箱之内各个档位的齿轮，可以通过PMC控制的形式，达到自动化切换档位的目的，与此同时，通过变频器完善电气系统的无极调速功能，借助分段无极调速的方式有效控制每个机械档位[2]。
2.2 完善变频器应用的控制模式
数控机床主轴上应用变频器，应确保控制模式的完善性，首先，在机床主轴运作的过程中，如果加工程序存在“换挡数控程序”的有关指令，采用指令译码的形式，将译码信息传输到PMC处理，之后执行主轴的换挡调速操作，借助PMC输出信号，对外部执行元件进行控制，例如：按照PMC输出的信号，系统可自动化选择不同的换挡控制模式，可通过液压拔叉离合设备对齿轮拨动实现换挡目的，或是借助控制电磁离合器的形式达到自动化换挡的目标。其次，完成换挡操作之后，传感器将所有的数据信息、换挡就位信号传输到PMC系统中，按照各个档位的信号特点针对性的进行CNC控制地址的编码处理，结合指令的速度信息、档位信息、数控参数信息、档速信息等，准确将控制电压计算出来，传输到变频器设备，使得变频器能够高效化的控制数控机床主轴速度[3]。
2.3 重点设置系统参数
数控机床主轴上应用，变频器要想确保性能有所提升，就应准确选取与设定控制面板参数信息，使其在较为复杂的电控系统中，灵活性控制，一般情况下，数控机床主轴上使用变频器，能够确保启动与停止操作的稳定性，实现无极调速的目的，拓宽调速的范围和广度，使得主轴在运行期间实现长时间稳定性的运行目的，操作较为便利，后续维护工作较少，输出的所有数据信息都能符合性能标准需求，但是如果不能准确设置参数，将会影响主轴的运行控制效果，因此，在使用变频器的过程中，应重点关注参数的科学化设置。首先从速度层面来讲，应使用多段速度参数设置方式，按照模拟量与分段类型的调速方式，将模拟量调速的参数设置为0-10伏电压、4-20毫安电流，为无极调速的操作提供便利，而分段调速方面设置成为中高低三档调速的参数，这样不仅能够实现速度调整的分段性，还能为模拟量调速操作提供一定的支持。最后，在参数设置的工作中应结合运行功能，保证电动机额定电流电压容量所有参数的合理性，尽可能结合铭牌的内容设定数据值。除此之外，在应用状态显示板的过程中，也需要确保参数在整体环节中不可以出现更改的现象，必须严格根据之前设定的参数信息操作，如果在操作的过程中，需要更改参数信息，就要在模拟输出信号的允许范围之内调整利用开关量的调节，达到最终良好的参数调整优化目的[4]。 2.4 重点进行调速系统连接
数控机床主轴上应用变频器，应确保调速系统的高质量、有效性连接处理，避免因为不合理的连接发生问题，使得变频器能够准确运用。
①做好和控制系统之间的连接处理。连接的过程中可通过NCN发出模拟信号，使得变频器在接收信号之后明确控制速度，之后利用PMC所输出的数字信号实现正反转的控制目的，或者是利用伺服放大器输出势能信号，之后利用D/A转换器设备将其转变成为模拟信号，最终达到控制的目标。值得注意的是，使用变频器设备，不仅需考虑到数控机床主轴上的CNC系统、伺服系统，相互之间组建成为自动化的控制系统，还能将变频器与系统之间构建成为独立性的控制器部分，创建独特性的单机驱动部分。但是，如果数控机床主轴上面所使用的三相異步机设备中不存在集成编码器，在主轴需要进行螺纹加工或是定向处理的情况下，就应额外设置编码器，以免影响控制系统的运作。
②和主电源电路之间的准确连接处理。一般情况下，数控机床主轴上的电动机设备，功率相对较高，很容易出现感性负载对电网功率因数产生影响的问题，在此情况下，为避免发生问题，应在变频器电源电路中设置电抗器设备。考虑到变频器设备会对主轴周围区域的部件形成电磁干扰，所以，在电源进线上面需设置滤波器设备，降低噪声干扰问题发生率。与此同时，安装电气部件的环节中，应结合CNC控制板、信号电缆等弱电部件的情况，将其和变频器设备之间的距离控制在最高的范围内，预防相互干扰。为有效杜绝变频器对主轴系统稳定性造成的干扰性影响，可在变频器上设置防护罩的部分，分开处理电机电缆系统、信号电缆系统，采用独立性走线的形式，尽可能缩短电气柜长度，使用屏蔽电缆材料，避免干扰因素对变频器设备的稳定运作造成威胁[5]。
③准确连接其中的控制信号。虽然目前市场领域中变频器的型号与规格很多，但是命令信号的来源都有着一定的相同性，主要涉及到面板控制来源、旋转电位器来源固定档位开关量控制来源、上位机指令来源等，和控制信号存在直接的联系，因此，在主轴上使用变频器，应重视其和控制信号之间的连接，保障所有控制信号的高质量、合理性设置，以此增强变频器的应用有效性。控制信号连接的环节中，要求专业性的技术人员明确变频器在其中的应用情况，结合所选用的变频器型号、规格等，针对性的设置与控制信号相互连接的系统，保证每项工作都能顺利开展，各类系统都能良好运行，从根本层面上增强控制信号的管控水平。
2.5 主轴故障中的应用措施
数控机床主轴上应用变频器进行控制，还需重点关注主轴故障处理的效果，协调变频器和其他控制装置之间的关系，使得不同装置能够在变频器的控制下达到良好的变速协调目的，在主轴系统运作的过程中，通过变频器设备及时发现与诊断故障问题，及时性的做出处理，首先，在主轴系统发生故障现象之后，通过变频器面板将故障数据信息显示出来，显示故障信息之后，维修人员全面检查主轴系统的运行情况，判断是否为电源故障控制系统故障，其他类型的故障问题，及时性的维修处理，保证主轴的安全稳定运行。其次，变频器应用的过程中还需综合性的分析与研究是否存在主轴的参数设置问题、惯量设置问题等，便于准确性，合理性的维护主轴的运作安全性[6]。主轴故障处理的工作中，应重点使用先进的变频器技术，创建相应的故障，分析故障，研究和故障诊断相关的独立性系统，可以在主轴运行的过程中，自动化的诊断故障问题和实际情况，准确性并且及时性的掌握故障隐患现象，便于合理处理和控制，维护主轴的运行安全性。另外还需安排专业性的工作人员在现场取动态性的监测分析主轴的情况，一旦发现有故障隐患，风险问题就要及时性的作出处理，确保所有系统的安全运行。
3 结语
综上所述，数控机床主轴上合理运用变频器设备，具有重要意义，不仅可以增强主轴的控制效果，还能改善系统运行水平，因此，在数控机床主轴控制的过程中，应重视变频器的运用，合理选择变频器的类型，准确设置其中的参数信息，重点将变频器和各个系统相互连接，增强连接效果，发挥变频器在防控主轴故障问题中的重要价值。
参考文献：
[1]吴玉琴.DL230变频器在CNC机床上的典型应用分析[J].无锡职业技术学院学报，2017，16（4）：36-38.
[2]崔红利，吴玉舫.电气化设计在数控机床参数调试与日常维修中的应用[J].制造业自动化，2020，42（11）：152-156.
[3]周丽蓉.数控机床能耗建模与面向能量的加工参数优化[D].山东：山东大学，2018.
[4]冉松江.FanucOi-MF系统数控铣床开启模拟主轴的方法研究[J].IT经理世界，2020，23（9）：19-20，23.
[5]刘培基.机床固有能效要素获取方法及其应用研究[D].重庆：重庆大学，2019.
[6]朱俊.HASSVF-3D立式加工中心的数控系统置换改造研究[D].江苏：江苏大学，2017.
关键词：变频器;数控机床主轴;应用
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2021）15-0081-02
0 引言
数控机床主轴上应用变频器，不仅能够增强主轴控制效果，还能保证调控的准确度，因此，数控机床主轴的控制工作领域中应重点关注变频器的使用，保证参数的合理性、连接的科学度，不断提升变频器的应用有效性、可靠性，发挥不同技术的价值和作用。
1 变频器分析
对于变频器来讲，指的就是将变频、微电子等技术相互整合而成的控制器，实际运行的过程中可以通过对电机设备的电源工作频率进行改变的方式，有效实现交流电动机的控制目的。变频器运行的过程中，电路具有较为完善的功能，涉及到的是整流类型、制动类型、逆变类型、检测类型的不同单元，使用内部的GBT断开处理，准确调整电源的电压与频率，并且还能起到电路的保护作用。
1.1 运行原理
变频器在运行的过程中，原理就是将交流电机当做基础部分，在转速加快的情况下，电动机的电压会发生一定的改变，形成电机速度的调节作用，目前已经广泛应用在三相交流控制电机领域中，可以有效调整运作的速度，增强运行的效果。系统在运行过程中可转变传统的数控机床主轴控制形式，不再局限于之前的运行模式，而是利用变频器合理调控数控机床各个组成部分，尤其是刀具部分、其他的零部件部分，促使数控机床整体的良好运行、稳定性使用。
1.2 组成部分分析
从变频器的组成部分层面而言，涉及到主电路、控制电路，按照电路结构特点又可将其分成交流-交流的形式、交流-直流-交流的形式，具体表现为：
1.2.1 交流-交流的形式
此类变频器在应用的过程中，将之前具有固定性频率的交流电源，转换成为无论是电压还是频率都能够持续性可变的交流电源，由于在运行整个环节、整体流程不存在中间部分，所以又被称作是直接式变频器，具有转换率高的特点，但是，不适合进行连续性的调节处理，适合应用在容量很高、拖动速度较低的设备调节操作中。
1.2.2 交流-直流-交流的形式
这种形式的变频器，在应用期间通过整流器设备，先使得交流转变成为直流，之后通过整流器设备，将直流转变成为电压、频率都能够调节的交流，和交流-交流的形式相比，中间存在直流的部分，因此又被称作是间接式变频器，是目前我国通用性的设备，被广泛运用到各个领域中，应用的优势、功能很多，价值也很高[1]。
2 变频器在数控机床主轴上的应用建议
2.1 优化性的运用
一般情况下，数控主轴上应用变频器，进行主轴驱动系统的控制，很容易在系统处于低速运行的状态下发生输出转矩过低的问题，最终引发爬行的现象，不利于整体主轴的良好控制。因此，在使用变频器的过程中应遵循优化性的运用原则，创建变频主轴机床，有机整合变速箱机械调速的模式、变频器电气调速的模式，拓宽主轴的调速范围，使其在低速运转的状态下依然可以保证输出转矩在较高的形态，避免对主轴电机设备运行期间的切削功率造成影响。对于变速箱之内各个档位的齿轮，可以通过PMC控制的形式，达到自动化切换档位的目的，与此同时，通过变频器完善电气系统的无极调速功能，借助分段无极调速的方式有效控制每个机械档位[2]。
2.2 完善变频器应用的控制模式
数控机床主轴上应用变频器，应确保控制模式的完善性，首先，在机床主轴运作的过程中，如果加工程序存在“换挡数控程序”的有关指令，采用指令译码的形式，将译码信息传输到PMC处理，之后执行主轴的换挡调速操作，借助PMC输出信号，对外部执行元件进行控制，例如：按照PMC输出的信号，系统可自动化选择不同的换挡控制模式，可通过液压拔叉离合设备对齿轮拨动实现换挡目的，或是借助控制电磁离合器的形式达到自动化换挡的目标。其次，完成换挡操作之后，传感器将所有的数据信息、换挡就位信号传输到PMC系统中，按照各个档位的信号特点针对性的进行CNC控制地址的编码处理，结合指令的速度信息、档位信息、数控参数信息、档速信息等，准确将控制电压计算出来，传输到变频器设备，使得变频器能够高效化的控制数控机床主轴速度[3]。
2.3 重点设置系统参数
数控机床主轴上应用，变频器要想确保性能有所提升，就应准确选取与设定控制面板参数信息，使其在较为复杂的电控系统中，灵活性控制，一般情况下，数控机床主轴上使用变频器，能够确保启动与停止操作的稳定性，实现无极调速的目的，拓宽调速的范围和广度，使得主轴在运行期间实现长时间稳定性的运行目的，操作较为便利，后续维护工作较少，输出的所有数据信息都能符合性能标准需求，但是如果不能准确设置参数，将会影响主轴的运行控制效果，因此，在使用变频器的过程中，应重点关注参数的科学化设置。首先从速度层面来讲，应使用多段速度参数设置方式，按照模拟量与分段类型的调速方式，将模拟量调速的参数设置为0-10伏电压、4-20毫安电流，为无极调速的操作提供便利，而分段调速方面设置成为中高低三档调速的参数，这样不仅能够实现速度调整的分段性，还能为模拟量调速操作提供一定的支持。最后，在参数设置的工作中应结合运行功能，保证电动机额定电流电压容量所有参数的合理性，尽可能结合铭牌的内容设定数据值。除此之外，在应用状态显示板的过程中，也需要确保参数在整体环节中不可以出现更改的现象，必须严格根据之前设定的参数信息操作，如果在操作的过程中，需要更改参数信息，就要在模拟输出信号的允许范围之内调整利用开关量的调节，达到最终良好的参数调整优化目的[4]。 2.4 重点进行调速系统连接
数控机床主轴上应用变频器，应确保调速系统的高质量、有效性连接处理，避免因为不合理的连接发生问题，使得变频器能够准确运用。
①做好和控制系统之间的连接处理。连接的过程中可通过NCN发出模拟信号，使得变频器在接收信号之后明确控制速度，之后利用PMC所输出的数字信号实现正反转的控制目的，或者是利用伺服放大器输出势能信号，之后利用D/A转换器设备将其转变成为模拟信号，最终达到控制的目标。值得注意的是，使用变频器设备，不仅需考虑到数控机床主轴上的CNC系统、伺服系统，相互之间组建成为自动化的控制系统，还能将变频器与系统之间构建成为独立性的控制器部分，创建独特性的单机驱动部分。但是，如果数控机床主轴上面所使用的三相異步机设备中不存在集成编码器，在主轴需要进行螺纹加工或是定向处理的情况下，就应额外设置编码器，以免影响控制系统的运作。
②和主电源电路之间的准确连接处理。一般情况下，数控机床主轴上的电动机设备，功率相对较高，很容易出现感性负载对电网功率因数产生影响的问题，在此情况下，为避免发生问题，应在变频器电源电路中设置电抗器设备。考虑到变频器设备会对主轴周围区域的部件形成电磁干扰，所以，在电源进线上面需设置滤波器设备，降低噪声干扰问题发生率。与此同时，安装电气部件的环节中，应结合CNC控制板、信号电缆等弱电部件的情况，将其和变频器设备之间的距离控制在最高的范围内，预防相互干扰。为有效杜绝变频器对主轴系统稳定性造成的干扰性影响，可在变频器上设置防护罩的部分，分开处理电机电缆系统、信号电缆系统，采用独立性走线的形式，尽可能缩短电气柜长度，使用屏蔽电缆材料，避免干扰因素对变频器设备的稳定运作造成威胁[5]。
③准确连接其中的控制信号。虽然目前市场领域中变频器的型号与规格很多，但是命令信号的来源都有着一定的相同性，主要涉及到面板控制来源、旋转电位器来源固定档位开关量控制来源、上位机指令来源等，和控制信号存在直接的联系，因此，在主轴上使用变频器，应重视其和控制信号之间的连接，保障所有控制信号的高质量、合理性设置，以此增强变频器的应用有效性。控制信号连接的环节中，要求专业性的技术人员明确变频器在其中的应用情况，结合所选用的变频器型号、规格等，针对性的设置与控制信号相互连接的系统，保证每项工作都能顺利开展，各类系统都能良好运行，从根本层面上增强控制信号的管控水平。
2.5 主轴故障中的应用措施
数控机床主轴上应用变频器进行控制，还需重点关注主轴故障处理的效果，协调变频器和其他控制装置之间的关系，使得不同装置能够在变频器的控制下达到良好的变速协调目的，在主轴系统运作的过程中，通过变频器设备及时发现与诊断故障问题，及时性的做出处理，首先，在主轴系统发生故障现象之后，通过变频器面板将故障数据信息显示出来，显示故障信息之后，维修人员全面检查主轴系统的运行情况，判断是否为电源故障控制系统故障，其他类型的故障问题，及时性的维修处理，保证主轴的安全稳定运行。其次，变频器应用的过程中还需综合性的分析与研究是否存在主轴的参数设置问题、惯量设置问题等，便于准确性，合理性的维护主轴的运作安全性[6]。主轴故障处理的工作中，应重点使用先进的变频器技术，创建相应的故障，分析故障，研究和故障诊断相关的独立性系统，可以在主轴运行的过程中，自动化的诊断故障问题和实际情况，准确性并且及时性的掌握故障隐患现象，便于合理处理和控制，维护主轴的运行安全性。另外还需安排专业性的工作人员在现场取动态性的监测分析主轴的情况，一旦发现有故障隐患，风险问题就要及时性的作出处理，确保所有系统的安全运行。
3 结语
综上所述，数控机床主轴上合理运用变频器设备，具有重要意义，不仅可以增强主轴的控制效果，还能改善系统运行水平，因此，在数控机床主轴控制的过程中，应重视变频器的运用，合理选择变频器的类型，准确设置其中的参数信息，重点将变频器和各个系统相互连接，增强连接效果，发挥变频器在防控主轴故障问题中的重要价值。
参考文献：
[1]吴玉琴.DL230变频器在CNC机床上的典型应用分析[J].无锡职业技术学院学报，2017，16（4）：36-38.
[2]崔红利，吴玉舫.电气化设计在数控机床参数调试与日常维修中的应用[J].制造业自动化，2020，42（11）：152-156.
[3]周丽蓉.数控机床能耗建模与面向能量的加工参数优化[D].山东：山东大学，2018.
[4]冉松江.FanucOi-MF系统数控铣床开启模拟主轴的方法研究[J].IT经理世界，2020，23（9）：19-20，23.
[5]刘培基.机床固有能效要素获取方法及其应用研究[D].重庆：重庆大学，2019.
[6]朱俊.HASSVF-3D立式加工中心的数控系统置换改造研究[D].江苏：江苏大学，2017.