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工程案例

511系列数控专机在数控车床上的应用



摘要: 数控车床又称为CNC(Computer numerical control)车床,即计算机数字控制车床,是这三十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,在机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点。目前国内使用量最大,是覆盖面最广的一种数控机床,约占数控机床总数的25%。它是数控机床的主要品种之一,在数控机床中占有非常重要的位置,几十年来一直受到世界各国的普遍重视,并得到了迅速的发展。

数控车床主要用于加工轴类和回转体零件,能自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工,适合于加工形状复杂、精度要求高的轴类或盘类零件。

本文以某公司数控车床主轴电机采用中驱ZQ511系列数控专机变频器控制为例,详细讲述数控车床的结构、工艺特性以及ZQ511变频器应用在数控车床上的优越性。

   一、数控车床简介 

1.数控车床是一种由程序控制的自动化机床。经济型数控车床大多数是不能自动变速的,需要变速时,只能把机床停止,然后手动变速。而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。无级变速系统主要有伺服主轴系统和直流主轴系统两种,一般采用直流或交流主轴电机。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。

2.数控车床主要由主机、数控装置、驱动装置以及辅助装置等几大部分组成。

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1).主机,它是数控车床的主体,包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。

2).数控装置,它是数控车床的核心,包括硬件(印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等)以及相应的软件,用于输入数字化的零件程序,并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。

3).驱动装置,它是数控车床执行机构的驱动部件,包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。

4).辅助装置,是指数控车床的一些必要的配套部件,用以保证数控机床的运行,如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。

 

    一、现场工况
   1、主轴电机参数

   1).3.0kW数控车床
  电动机参数:
   额定功率:3.0kW;
   额定频率:50Hz; 
   额定电压:380V;
   额定电流:7.8A;
   额定转速:1400r/min;
   机械传动比:1:1.5;
   加工材料:45#钢;
   实际测试性能指标:
   主轴转速:200r/min(变频器运行频率15Hz左右)的进刀性能及速度。

   2).7.5kW数控车床
   电动机参数:额定功率:7.5kW;
   额定频率:50Hz;
   额定电压:380V;
   额定电流:15.6A;
   额定转速:1400r/min;
   机械传动比:1:1.5;
   加工材料:45#钢;
   实际测试性能指标:
   主轴转速
:450r/min(变频器运行频率22Hz左右)的进刀性能及速度。

   3).11kW数控车床

   电动机参数:额定功率:11kW;
   额定频率:50Hz;
   额定电压:380V;
   额定电流:22A;
   额定转速:1400r/min;
   机械传动比:1:1.5;
   加工材料:45#钢;
   实际测试性能指标:
   主轴转速
:450r/min(变频器运行频率22Hz左右)的进刀性能及速度。

   2、实景图片:

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三、工艺要求及变频器配置

数控车床主轴电机需要变频器在起停时要快且平稳,电机无尖叫声,无明显抖动。转矩响应要快,稳速精度要高;抗干扰能力强,同时维修要方便。电机最大转速要求达到3000r/min,现场速度脉冲编码器安装在车床主轴上面,车床主轴和主轴电机之间通过异步皮带连接,且皮带输入输出带轮直径比值为1:1。由于是异步皮带,当主轴电机转速较高时,车床主轴和主轴电机之间会存在速度滑差;同时,车床主轴要求实现定位控制,当一个工件加工好后,车床主轴要回到初始位置,此时,将加工好的工件取下,重新装上一个待加工工件。
    针对上述工艺要求,我司特选用高性能闭环矢量主轴定位专用变频器ZQ511型,功率等级为
4KW,型号为ZQ511-SKJC-004G3B

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    四、调试过程及实际效果
    1、现场接线示意图

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2、 调试过程及使用效果 
  1).电机参数自学习
   记录电机铭牌参数,然后设置参数P1.00~P1.05。设置P0.00=1,用矢量运行模式,并设置参数P1.37=2(异步电机完整调谐),同时给运行命令,电机会先静止然后再旋转到2/3的额定转速,自学习完成后,自动停机,键盘显示:闪烁的频率,自动将学习得到的参数保存在P1组电机参数P1.06~P1.10中。
  2.试运行电机
  设置P0.01=0SVC矢量控制运行模式,电机自学习后,同时设置运行指令通道及频率给定源。调整加减速时间等参数使之在整个范围内运行平稳。
  3.端子功能设定
   参考说明书P4P5组输入输出端子功能进行端子功能的设定。
   车床主轴加工工件时,转速要求设定为1000r/min,采用矢量运行模式,转速波动小,稳速精度高。电机无异常噪音,无明显抖动。当一个工件加工完成后,切换到定位模式,主轴可以精准地回到最始位置。ZQ511数控专用变频器在数控车床上的应用,完全可以满足客户需求。

   3、变频器典型参数设置

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   五、结论

   此次机床配套商根据客户需求,共生产了6套同型号的数控车床,目前已投入到生产运行当中,并运转良好。        

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下载:511系列数控专机在数控车床上的应用.pdf