一、引言
     目前，雕刻機(jī)逐漸成為各行業(yè)生產(chǎn)的必備專業(yè)工具，隨著CNC數(shù)控技術(shù)配合高性能的變頻控制器和伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備在各生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用，數(shù)控雕刻機(jī)日益成為當(dāng)今雕刻行業(yè)的主流配置。數(shù)控雕刻機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無(wú)極變速。無(wú)機(jī)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，由于變頻器的高性價(jià)比，所以變頻器在機(jī)床上使用非常普遍。主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部件，其性能對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。變頻器作為主軸系統(tǒng)中的心臟，更是不可或缺的關(guān)鍵部件。本文介紹雷諾爾RNB1000系列變頻器在數(shù)控雕刻機(jī)主軸拖動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用。

二、數(shù)控雕刻機(jī)電控原理介紹

2.1 數(shù)控雕刻機(jī)電控系統(tǒng)組成

數(shù)控雕刻機(jī)電控系統(tǒng)主要由CNC數(shù)控系統(tǒng)、主軸定位系統(tǒng)、主軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)三部分組成。各部分功能如下：

CNC數(shù)控系統(tǒng)：通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)配置的專用雕刻軟件進(jìn)行圖樣設(shè)計(jì)和排版，經(jīng)由計(jì)算機(jī)把設(shè)計(jì)與排版的信息傳送至雕刻機(jī)控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的脈沖信號(hào)，定位系統(tǒng)通過(guò)接受脈沖信號(hào)完成定位的方式完成設(shè)計(jì)和排版圖樣模型。

伺服定位系統(tǒng)：三維空間內(nèi)使用彼此相互垂直的三軸即可完成三軸定位，因此三套伺服定位系統(tǒng)分別接受來(lái)自CNC數(shù)控系統(tǒng)的脈沖信號(hào)，進(jìn)行X、Y、Z三軸的雕刻走刀定位，即可完成三維空間內(nèi)的任意圖樣模型。

主軸加工系統(tǒng)：伺服定位系統(tǒng)完成了圖樣模型定樣，在對(duì)應(yīng)的定樣位置需要完成相應(yīng)的雕刻工作才能完成CNC數(shù)控系統(tǒng)排版的雕刻物品。因此要求主軸高速旋轉(zhuǎn)已完成雕刻工作。不同的雕刻材質(zhì)、差異化的雕刻精度同時(shí)要求旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)要有靈活的調(diào)速功能。

2.2  數(shù)控雕刻機(jī)電控樣圖

三、雕刻機(jī)主軸加工系統(tǒng)對(duì)變頻器的控制要求

3.1 系統(tǒng)對(duì)變頻器的性能要求

     （1）調(diào)速范圍寬，運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在0~24000r/min。

（2）全速度范圍內(nèi)速度波動(dòng)??；

（3）低速力矩大，可以保證低轉(zhuǎn)速切削；

（4）加減速的時(shí)間盡量短。

 3.2 系統(tǒng)對(duì)變頻器的功能要求

（1）控制方式選擇為V/F控制以適應(yīng)調(diào)速范圍寬弱磁性能好驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性佳的控制要求；

（2）端子控制啟停，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停和正反轉(zhuǎn)切換；

（3）模擬量設(shè)定運(yùn)行頻率，可接受0～10VDC電壓輸出；

（4）調(diào)速范圍在0~24000r/min，換算變頻器的運(yùn)行頻率為0～400Hz（二級(jí)高速電機(jī)）；

（5）加速和減速時(shí)間短，一般在3~5s，因運(yùn)行的轉(zhuǎn)速比較高，所以需要帶制動(dòng)單元的變頻器；
（6）需要故障輸出信號(hào)以保證主軸故障時(shí)系統(tǒng)及時(shí)作出保護(hù)；需要故障復(fù)位信號(hào)以保證故障解除時(shí)可遠(yuǎn)程復(fù)位再啟動(dòng)。

四、雷諾爾RNB1000變頻解決方案

4.1 控制方案

4.2 方案說(shuō)明

變頻器的啟停方式為端子啟停，即通過(guò)CNC數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字量輸入端子給變頻器DI1/DI2命令實(shí)現(xiàn)主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)啟停及正反轉(zhuǎn)切換。考慮到系統(tǒng)緊急故障時(shí)可能需要快速剎車以避免機(jī)械損壞，通過(guò)DI3為端子實(shí)現(xiàn)急停功能。變頻器故障信號(hào)通過(guò)可編程繼電器端子輸出，在變頻器故障時(shí)系統(tǒng)接收故障信號(hào)以避免誤動(dòng)作導(dǎo)致的機(jī)械損害。故障清除后可通過(guò)復(fù)位端子解除故障鎖定。系統(tǒng)調(diào)速方式為數(shù)控系統(tǒng)數(shù)模轉(zhuǎn)換，變頻器接收數(shù)控系統(tǒng)給出的0~10V電壓信號(hào)做頻率信號(hào)給定，自動(dòng)調(diào)整雕刻速度。

由于數(shù)控雕刻機(jī)需要急起急停，此過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大的能量回饋，因此需要加裝制動(dòng)電阻。RNB1000系列變頻器45kw以下內(nèi)置制動(dòng)單元，制動(dòng)電阻可直接接入。

4.3 具體工況

4.4RNB1000系列變頻器技術(shù)說(shuō)明

上海雷諾爾科技股份有限公司RNB1000變頻器以DSP控制系統(tǒng)為平臺(tái)，采用國(guó)內(nèi)技術(shù)先進(jìn)的無(wú)PG矢量控制技術(shù)，并配合多種保護(hù)方式，可應(yīng)用于異步電機(jī)，提供優(yōu)異的驅(qū)動(dòng)性能。產(chǎn)品在風(fēng)道設(shè)計(jì)，硬件配置，軟件功能方面都極大的提升了客戶易用性及環(huán)境適應(yīng)性。

技術(shù)特點(diǎn)：

◆準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)：準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)或靜止的電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)，調(diào)試方便，操作簡(jiǎn)單，提供更高的控制精度和響應(yīng)速度
◆矢量化的V/F控制：自動(dòng)定子壓降補(bǔ)償和轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，保證VF控制模式下也可有優(yōu)異的低頻大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)
◆軟件限流限壓功能：良好的電壓、電流限制，有效進(jìn)行關(guān)鍵控制參數(shù)限幅以降低變頻器的故障風(fēng)險(xiǎn)

     ◆多種制動(dòng)模式：提供多種制動(dòng)方式，保證系統(tǒng)停機(jī)穩(wěn)準(zhǔn)快

     ◆環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：較高的整機(jī)過(guò)溫點(diǎn)，獨(dú)立的風(fēng)道設(shè)計(jì)，加厚三防漆處理，更適合在機(jī)床行業(yè)金屬粉末多，油污重的場(chǎng)合

     ◆轉(zhuǎn)速追蹤再起動(dòng)功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)中的電機(jī)的無(wú)沖擊平滑起動(dòng)
◆自動(dòng)電壓調(diào)整功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，能自動(dòng)保持輸出電壓恒

◆全面的故障保護(hù)：過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、缺相、過(guò)載等保護(hù)功能

五、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控雕刻機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)部分看似簡(jiǎn)單，實(shí)際控制卻因高頻轉(zhuǎn)速高、低頻出力大、使用環(huán)境惡劣等要求對(duì)變頻器的性能和穩(wěn)定性有著嚴(yán)苛的考驗(yàn)。RNB1000系列變頻器是上海雷諾爾科技股份有限公司新開(kāi)發(fā)的高性能開(kāi)環(huán)矢量變頻器，其卓越的性能和豐富的功能使其在數(shù)控雕刻機(jī)上得到了非常好的應(yīng)用。

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