数控雕刻机编程教材(你知道变频调速技术是如何在如今的数控雕刻机上应用的吗？)

Posted 2023-05-27

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数控雕刻机编程教材(你知道变频调速技术是如何在如今的数控雕刻机上应用的吗？)

一、前言

由于雕刻机相关技术日渐成熟，而且作为一种能够加工雕刻多种材料的机械设备，在各行业的生产流程中也有着广泛应用途径。而且随着CNC数控技术配合变频控制器与伺服驱动设备的使用，如今的数控雕刻机逐渐成为了雕刻行业的主流配置。

数控雕刻机床的主传动系统，大多都采用了无极变速。无机变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，这里由于变频器（以下简称VFD）的高性价比，因此、VFD在机床上应用是十分常见的一种方案。主轴系统是数控雕刻机的重要组成部件，其性能对数控雕刻机整机的性能有着至关重要的影响。VFD作为主轴系统中的心脏，更是不可或缺的关键部件。以下内容主要针对杭州三科的SKI600系列的雕刻机专用型VFD在数控雕刻机主轴拖动系统上的应用进行介绍。

二、数控雕刻机电控原理介绍

1、数控雕刻机电控系统组成

数控雕刻机电控系统主要由CNC数控系统、主轴定位系统、主轴旋转系统三部分组成。各部分功能如下：

CNC数控系统：通过计算机内配置的专用雕刻软件进行图样设计和排版，经由计算机把设计与排版的信息传送至雕刻机控制器中，再由控制器把这些信息转化成能驱动步进电机或伺服电机的脉冲信号，定位系统通过接受脉冲信号完成定位的方式完成设计和排版图样模型。

伺服定位系统：三维空间内使用彼此相互垂直的三轴即可完成三轴定位，因此三套伺服定位系统分别接受来自CNC数控系统的脉冲信号，进行X、Y、Z三轴的雕刻走刀定位，即可完成三维空间内的任意图样模型。

主轴加工系统：伺服定位系统完成了图样模型定样，在对应的定样位置需要完成相应的雕刻工作才能完成CNC数控系统排版的雕刻物品。因此要求主轴高速旋转已完成雕刻工作。不同的雕刻材质、差异化的雕刻精度同时要求旋转系统要有灵活的调速功能。

2、数控雕刻机电控样图

三、雕刻机主轴加工系统对VFD的控制要求

1、该系统对VFD的性能需求

（1）调速范围宽，运行转速一般在0~24000r/min。

（2）全速度范围内速度波动小；

（3）低速力矩大，可以保证低转速切削；

（4）加减速的时间尽量短。

2、系统对VFD的功能需求

（1）端子控制启停，实现远程启停和正反转切换；

（2）控制方式选择为V/F控制以适应调速范围宽弱磁性能好驱动稳定性佳的控制要求；

（3）模拟量设定运行频率，可接受0～10VDC电压输出；

（4）调速范围在0~24000r/min，换算VFD的运行频率为0～400Hz（二级高速电机）；

（5）需要故障输出信号以保证主轴故障时系统及时作出保护；需要故障复位信号以保证故障解除时可远程复位再启动。

（6）加速和减速时间短，一般在3~5s，因运行的转速比较高，所以需要带制动单元的VFD;

四、SKI610的变频改造方案

1、控制方案

2、方案说明

这里SKI610的启停方式为端子启停，即通过CNC数控系统数字量输入端子给SKI610命令实现主轴电机的正反转启停及正反转切换。考虑到系统紧急故障时可能需要快速刹车以避免机械损坏，通过DI3为端子实现急停功能。因此，SKI610的故障信号可以通过可编程继电器端子输出，当SKI610故障时系统接收故障信号以避免误动作导致的机械损害。故障清除后可通过复位端子解除故障锁定。系统调速方式为数控系统数模转换，SKI610接收数控系统给出的0~10V电压信号做频率信号给定，自动调整雕刻速度。

由于数控雕刻机需要急起急停，此过程会产生较大的能量回馈，因此需要加装制动电阻。SKI610在45kw以下内置制动单元，制动电阻可直接接入。

3、具体工况

4、SKI610的技术说明

SKI610以DSP控制系统为平台，采用L1无PG矢量控制技术，配合多种保护方式，可应用于异步电机，提供优异的驱动性能。产品在风道设计，硬件配置，软件功能方面都极大地提升了客户易用性及环境适应性。

功能技术特点：

（1）精确地参数自学习功能：能够精确旋转或静止的电机参数自学习，调试方便，操作简单，提供更高的控制精度和响应速度

（2）VFD的矢量化的V/F控制功能：自动定子压降补偿和转差补偿，保证VF控制模式下也可有优异的低频大转矩和转矩动态响应

（3）软件的限流限压功能：良好的电压、电流限制，有效进行关键控制参数限幅以降低故障风险

（4）SKI610具备多种制动模式：提供多种制动方式，保证系统停机稳准快

（5）对恶劣环境的适应性强：较高的整机过温点，独立的风道设计，加厚三防漆处理，更适合在机床行业金属粉末多，油污重的场合

（6）转速追踪再起动功能：实现对旋转中的电机的无冲击平滑起动

（7）自动电压调整功能：当电网电压变化时，能自动保持输出电压恒

（8）全面的故障保护：过流、过压、欠压、过温、缺相、过载等保护功能

五、结束语

虽然数控雕刻机的主轴驱动部分单从外表来看较为简单，但在实际控制中，却会因为高频转速高、低频出力大、使用环境恶劣等各项因素影响，十分考验一台雕刻机变频器的性能和稳定性。而SKI610则因为其稳定的性能与丰富的功能，在多个企业中的数控雕刻机上得到了非常好的应用，获得众多客户的一致好评。