变频器在数控机床主轴上的应用分析

王春风 钱志勇 张利锋

摘要：双刀架数控车床用于加工堵头，也适用于盘类零件的批量生产。堵头进行外圆和内孔的加工，传统加工每次只能加工单面，需进行两次加装夹，效率低下，采用双刀架数控车床，一次装夹即可实现同时两面的同时加工，提高了加工效率，采用工业机器人进行上下料，减少人工，提高人员安全性，提高经济效益。本文对变频器在数控机床主轴上的应用进行分析，以供参考。

关键词：变频器;数控机床主轴;应用

引言

数控机床电气控制系统在具体的运用以及发展过程中，通过合理运用PLC技术，可以实现对传统控制系统在使用过程中各类限制的突破，提升实际的工作效果，降低传统工作模式的局限性带来的不利影响，使整个工作流程可以更加顺利的进行，整体提升数控机床电气系统的运行效率，为加工产品的精准性和质量提供有效的保障。与此同时能够使整个系统的运行效果更加稳定，快速达到预期的目标。

1数控机床的常见功能

在实际工作中，数控机床是通过分布在多个轴位上的伺服电机实现最终的定位功能，并且不同轴位之间在工作过程中存在良好的联动特点，能够同时进行运动也能够分开运动，从而能够使数控机床生产的效率得到相应的保障，提高数控机床机械生产的工作准确性和真实性。在数控机床的实际工作中，不同的轴在进行全面运动的同时，还可以通过使用光栅尺完成全闭环式的完整控制，进而保证工作台可以对整体进行定位，为了保证实际的定位和工作质量，需要合理使用外展模拟量I/O点形式来对高速变频器的工作状态进行控制以及保证不同位置的电机都可以实现启动和停止功能的优化，提升转速系统整体的同步控制效果。将主轴的转速保持在一定水平，能够帮助提高机械生产的工作效率，同时使冷却水泵得到合理的配置，通过对电机设备的冷却处理也能够更好地检测电机设备的温度，并且使温度的保护效果得到进一步的提高，实现预期的工作目的。在主轴运行环节通常需要进行机械手以及刀库的安装，这项工作的主要目的是为自动化以及手动化的工作方式提供保障，同时也是提升整体工作效率和产品质量的有效方式。在采取机械手换刀的方式后，可以实现对刀具各类信息的收集。在数控机床的实际工作中，需要对系统的刀具磨损情况以及断刀的情况进行了解，防止系统中出现刀具失效的问题而最终影响到整体的效果。同时，在对机械和设备进行换刀的过程中，需要保障加工生產的稳定性，控制不同机位的工作模式来完成相应的任务和要求。

2数控机床电气控制中PLC的实践应用

2.1应用形式分析

数控机床电气控制中PLC的应用主要包括外装PLC和集成式PLC两种模式。集成式PLC是PLC与NC的有效结合，两者虽然共同使用一个中心处理器，但是可以分开运行，在信号传输上均依靠总控制线完成，具有信息输送速度快的特点。两者有效结合对电气控制系统优化有一定帮助，且能够加快系统功能升级，确保电气控制系统实现稳步运行。外装PLC或者集成式PLC能够优化数控机床电气控制系统的功能，提升运行速度。在连接方式上，PLC主要分为独立式和内装式两种。独立式的连接方式要求PLC与CNC装置分离。PLC本身具有独立性特点，且具备较为齐全的功能，因此可以独立管理机床，对数控机床进行全面控制，其中单独应用PLC控制机床的情况较多[5]。而内装式PLC与独立式PLC的性质不同。内装式中PLC隶属于CNC，与CNC为一体，连接方式的针对性较强，能够有效提升数控机床控制性能，同时可以输出PLC与CNC之间的信息。相比于独立式PLC，在信号传输时，内装式PLC更具优势，不仅传输便捷，而且速度较快，同时在结构上具有一定的稳定性。连接方式不同，侧重点也会存在不同。因此，实际应用中应该选择一个更适合实际情况的连接方式，以确保数控机床能够稳步运行。

2.2变频器

为了确保数控机床的有效运行，主轴速度需要达到一定的要求。因此，工作人员需要管控好主轴设备，选择良好的变频器设备。运动控制器的每个通信端口均需要有串口进行连接。这要求变频器能够良好运行，从而更好地处理模拟量，全面提升变频器运作水平和运行质量。

3变频器在数控机床主轴上的应用建议

3.1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。

3.2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。

结束语

整个车床系统由工业机器人代替原有人工，因此本系统以工业机器人作为控制核心，工业机器人加装I/O拓展模块，钻床、数控车床的状态信号传给工业机器人的数字信号输入点，而工业机器人数字信号输出点控制钻床、数控车床启、停、及其开、关门等动作。机器人程序需按工作流程进行编写。工业机器人移动到车床（包括钻床和数控车床）附近安全位置时，需首先判定车床当前的状态，确认处于空闲时，即可向车床发出开门信号，待确认车床开门状态后，方可放置工件，但机器人运行至安全位置后，方可发出向车床发出关门及加工指令，加工完成取工件同理，保证正常加工流程，防止出现撞车。

参考文献：

[1]王洁园，赵国庆.数控机床变频器故障的诊断与维修[J].科技经济导刊，2020，28（30）：64+77.

[2]徐春霞，葛跃田，杜群，王晓兵，艾克木·尼牙孜.西门子变频器在数控机床主轴改造中的应用[J].自动化技术与应用，2018，35（08）：121-123.

[3]范芳洪.数控机床变频器故障维修[J].制造技术与机床，2017（05）：129-132.

[4]姜梅.数控机床电气控制与驱动系统故障树分析[D].电子科技大学，2017.

[5]孔露露.数控机床能耗建模与参数影响分析[D].大连理工大学，2017.