關鍵詞：車床主軸 變頻器 機電
Key words: Machine tool spindle Inverter Mechatronics

1 引 言
數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)的(de)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)高(gao)低(di)及(ji)其(qi)在(zai)金(jin)屬(shu)切(qie)削(xue)加(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)產(chan)量(liang)和(he)總(zong)擁(yong)有(you)量(liang)的(de)百(bai)分(fen)比(bi)，是(shi)衡(heng)量(liang)一(yi)個(ge)國(guo)家(jia)國(guo)民(min)經(jing)濟(ji)發(fa)展(zhan)和(he)工(gong)業(ye)製(zhi)造(zao)整(zheng)體(ti)水(shui)平(ping)的(de)重(zhong)要(yao)標(biao)誌(zhi)之(zhi)一(yi)。數(shu)控(kong)車(che)床(chuang)是(shi)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)的(de)主(zhu)要(yao)品(pin)種(zhong)之(zhi)一(yi)
，它(ta)在(zai)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)中(zhong)占(zhan)有(you)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)位(wei)置(zhi)，幾(ji)十(shi)年(nian)來(lai)一(yi)直(zhi)受(shou)到(dao)世(shi)界(jie)各(ge)國(guo)的(de)普(pu)遍(bian)重(zhong)視(shi)，並(bing)得(de)到(dao)了(le)迅(xun)速(su)的(de)發(fa)展(zhan)。主(zhu)軸(zhou)是(shi)車(che)床(chuang)構(gou)成(cheng)中(zhong)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)部(bu)分(fen)，對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)加(jia)工(gong)效(xiao)率(lv)，擴(kuo)大(da)加(jia)工(gong)材(cai)料(liao)範(fan)圍(wei)

，提(ti)升(sheng)加(jia)工(gong)質(zhi)量(liang)有(you)著(zhe)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。經(jing)濟(ji)型(xing)數(shu)控(kong)車(che)床(chuang)大(da)多(duo)數(shu)是(shi)不(bu)能(neng)自(zi)動(dong)變(bian)速(su)的(de)，需(xu)要(yao)變(bian)速(su)時(shi)，隻(zhi)能(neng)把(ba)機(ji)床(chuang)停(ting)止(zhi)，然(ran)後(hou)手(shou)動(dong)變(bian)速(su)。而(er)全(quan)功(gong)能(neng)數(shu)控(kong)車(che)床(chuang)的(de)主(zhu)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)大(da)多(duo)采(cai)用(yong)無(wu)級(ji)變(bian)速(su)。目(mu)前(qian)，無(wu)級(ji)變(bian)速(su)係(xi)統(tong)主(zhu)要(yao)有(you)變(bian)頻(pin)主(zhu)軸(zhou)係(xi)統(tong)和(he)伺(si)服(fu)主(zhu)軸(zhou)係(xi)統(tong)兩(liang)種(zhong)
，一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)或(huo)交(jiao)流(liu)主(zhu)軸(zhou)電(dian)機(ji)。通(tong)過(guo)帶(dai)傳(chuan)動(dong)帶(dai)動(dong)主(zhu)軸(zhou)旋(xuan)轉(zhuan)，或(huo)通(tong)過(guo)帶(dai)傳(chuan)動(dong)和(he)主(zhu)軸(zhou)箱(xiang)內(nei)的(de)減(jian)速(su)齒(chi)輪(lun)(以獲得更大的轉矩)帶dai動dong主zhu軸zhou旋xuan轉zhuan。由you於yu主zhu軸zhou電dian機ji調tiao速su範fan圍wei廣guang，又you可ke無wu級ji調tiao速su
，使shi主zhu軸zhou箱xiang的de結jie構gou大da為wei簡jian化hua。由you於yu變bian頻pin器qi的de高gao性xing價jia比bi
，所suo以yi變bian頻pin器qi在zai車che床chuang上shang使shi用yong非fei常chang普pu遍bian。台tai達daM係列變頻器以其獨特的性能和優越的性價比

，在數控機床的應用方麵迅速崛起，已經成為目前市場上一支強大的生力軍。

2 台達M係列變頻器性能簡介
M係列變頻器能滿足數控機床對主傳動係統無級變速的需求
，其主要特點是：體積小
，屬於“迷你”型產品

，占用控製櫃空間較小；控製方式為正弦波SPWM（提供速度反饋矢量控製），控製性能較VF控製方式有很大改善，特別是在低速轉矩上滿足機床主軸的需求，5HZ時起動轉矩能夠達到150%以上；載波頻率範圍0-15kHz，噪音小；提供標準的0-10V模擬量接口（輸入阻抗47Kohm，輸出阻抗250Kohm），能夠與大多數數控係統接口兼容，通用性強
；過負載能力強，150%以上額定輸出電流超過一分鍾；提供多功能的輸出端子信號
，例如零速信號，運轉中信號，速度到達信號，故障指示，滿足係統對於主軸速度狀態的監控
；自動轉矩補償，滿足機床主軸在低速情況下的加工需求；提供三組異常紀錄
，供維修人員從側麵了解機床主軸實際的運行狀況；電機參數自動整定功能，在線識別電機參數，保證係統的穩定性和精確性。

3 車床主軸控製係統
3．1 車床主軸控製係統原理
控製係統接線圖如圖1所示。選配電機為3.0KW/50Hz/380V，選用變頻器型號為VFD037M43，製動電阻400W/150ohm。

圖1 控製係統接線圖

變頻器AVI/GND端子給數控係統提供速度模擬量，AVI接數控係統模擬量接口正信號，GND接負信號
，信號為0-10V模擬電壓信號
，控製主軸轉速。M0/M1/GND為變頻器的正轉/反轉信號端子

，通常由數控係統發出正轉信號FWD或者反轉REV來驅動中間繼電器，中間繼電器的常開接點接入變頻器M0/GND或者M1/GND，從而控製車床主軸的正反轉。

3．2 控製係統參數調試
在參數調整過程中
，應當注意：P00參數

，選擇主頻率輸入
，設置為模擬信號0-10V輸入（1）
；P01參數，運轉信號，設置為外部端子信號控製（2）
；P03，最高操作頻率選擇，對應於模擬信號10V輸入時變頻器的輸出頻率，由於在0-3500rpm範圍內調速，考慮機械減速比

，該此參數可設置為184HZ
；P04和P05按照電機銘牌設置，P04=50Hz
，P05=380V；P10和P11為加速時間和減速時間，根據客戶的要求
，P10=5S
，P11=5S；P105為控製方式的選擇，選擇矢量控製

，P105=1。
特別需要注意的是，由於矢量控製需要提供電機參數（阻抗），變頻器提供電機參數自整定功能P103，選擇P103=2，tongguomianbanyunxingjian，bianpinqihuizidongyunxing。zidongyunxingguochengzhong
，chulejisuanchudianjicanshuyiwai，hainenggoujiancechukongzaidianliu

，zhejigecanshukeshishiliangkongzhibiaoxianchujiaogaodexingneng

，qizhegeguochenghuichixushijimiaozhongshijian。

4 測試與運行
係統實際測試結果如表1和表2所示
，

從表1和表2可以看出在恒轉矩輸出的頻率段（0-50Hz），矢量控製的空載電流幾乎隻有VF控製的一半，負載時電流也比VF小一些
；而且負載切削時，VF控kong製zhi在zai初chu期qi有you很hen明ming顯xian的de速su度du下xia降jiang，而er且qie空kong載zai速su度du和he負fu載zai速su度du有you比bi較jiao大da的de差cha值zhi。而er相xiang對dui於yu矢shi量liang控kong製zhi，主zhu軸zhou轉zhuan速su初chu期qi雖sui然ran也ye會hui有you下xia降jiang，但dan是shi下xia降jiang值zhi較jiao小xiao，並bing且qie速su度du會hui很hen快kuai回hui升sheng
，最zui終zhong空kong載zai速su度du和he負fu載zai速su度du相xiang差cha不bu是shi很hen明ming顯xian。經jing過guo上shang麵mian的de調tiao試shi
，與yuVF控(kong)製(zhi)比(bi)較(jiao)

，性(xing)能(neng)有(you)了(le)很(hen)大(da)的(de)改(gai)善(shan)，無(wu)論(lun)從(cong)空(kong)載(zai)電(dian)流(liu)，低(di)速(su)力(li)矩(ju)，還(hai)是(shi)速(su)度(du)的(de)變(bian)化(hua)，效(xiao)果(guo)都(dou)是(shi)非(fei)常(chang)明(ming)顯(xian)的(de)，完(wan)全(quan)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)數(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)的(de)需(xu)求(qiu)。投(tou)入(ru)運(yun)行(xing)後(hou)，使(shi)用(yong)效(xiao)果(guo)令(ling)人(ren)滿(man)意(yi)，說(shuo)明(ming)台(tai)達(da)M係列變頻器在車床主軸控製係統中的應用是成功的。