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雕刻機(jī)專(zhuān)用變頻器方案

一、摘要

目前，數(shù)控雕刻機(jī)逐漸成為各行業(yè)生產(chǎn)的必備專(zhuān)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。 

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。

二、雕刻機(jī)的組成及工作原理 

當(dāng)今主流數(shù)控雕刻機(jī)是由計(jì)算機(jī)、雕刻機(jī)控制器、雕刻機(jī)主體三部分組成，其工作原理是通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)配置的專(zhuān)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)，控制雕刻機(jī)主體上X、Y、Z三軸的雕刻走刀定位。同時(shí)，控制器啟動(dòng)變頻器，帶動(dòng)主軸電機(jī)的雕刻頭高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)固定于主機(jī)工作臺(tái)上的加工材料進(jìn)行切削、鉆銑，即可雕刻出在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的各種平面或立體的浮雕圖形及文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化作業(yè)，按照不同的加工材質(zhì)和工藝要求，可以搭配不同的專(zhuān)用配置刀具。 

雕刻機(jī)原理圖示 

三、數(shù)控雕刻機(jī)的主軸控制系統(tǒng) 

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。 

數(shù)控雕刻機(jī)要求主軸系統(tǒng)采用無(wú)級(jí)變速，目前多采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步交流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主軸電機(jī)多采用兩極高速無(wú)刷水冷電機(jī)，噪音小、切割力度大。運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在0～24000r/min，對(duì)應(yīng)的變頻器運(yùn)行頻率為0～400Hz。為了提高加工效率，大型的雕刻機(jī)會(huì)裝有多個(gè)主軸機(jī)頭，一臺(tái)變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)主軸電機(jī)工作。 

瑋肯變頻器以其獨(dú)特超強(qiáng)的性能和優(yōu)越的性?xún)r(jià)比，滿(mǎn)足了主軸要求調(diào)速范圍廣、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度高、過(guò)載能力強(qiáng)、低速力矩大、加減速時(shí)間短等方面的性能特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)雕刻機(jī)市場(chǎng)占有相當(dāng)大市場(chǎng)份額。 

其中WK9600系列小功率迷你無(wú)感矢量型變頻器，其體積小巧、高性?xún)r(jià)比，多應(yīng)用于主軸功率低于3.7KW的雕刻機(jī)系統(tǒng)?，|肯WK9600系列高頻型變頻器則適合大功率主軸，其功率大、切削時(shí)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于5.5KW、及5.5KW以上的雕刻機(jī)和雕銑機(jī)系統(tǒng)。 

四、主軸系統(tǒng)的電氣接線(xiàn)圖及變頻器參數(shù)設(shè)置 

雕刻機(jī)供電系統(tǒng)有單相220V和三相380V。大多數(shù)機(jī)型采用單相220V供電。電氣接線(xiàn)方式根據(jù)頻率源給定方式的不同，分為以下兩種： 

1、主軸頻率來(lái)源為模擬量給定的方式 

變頻器的頻率源采用的是數(shù)控系統(tǒng)輸出的0~10V模擬信號(hào)，對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率為0~650Hz。此方式可以對(duì)主軸實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，根據(jù)不同的雕刻對(duì)象或者雕刻工藝，實(shí)時(shí)改變主軸切削轉(zhuǎn)速。廣泛應(yīng)用于要求雕刻工藝較高、較精細(xì)的中高端雕刻機(jī)。 

AI1/ACOM接受控制器輸出的0~10V模擬量信號(hào)，此電壓值與變頻器里參數(shù)設(shè)置的調(diào)速頻率范圍對(duì)應(yīng)成正比。X5/DCOM為變頻器正轉(zhuǎn)信號(hào)，當(dāng)控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)信號(hào)，則控制器上的輸出繼電器動(dòng)作，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)吸合，提供信號(hào)給變頻器。變頻器選擇三相輸入，則連接在R、S、T端子上即可。TA/TB/TC為變頻器繼電器輸出，通常選擇變頻器故障報(bào)警輸出，接入雕刻機(jī)控制器或者外部故障指示回路。 

五、變頻器主要功能參數(shù)設(shè)置如下： 

1、主軸頻率來(lái)源為多段速給定的方式 

用戶(hù)按照雕刻機(jī)的加工工藝要求，事先在變頻器參數(shù)里設(shè)定好主軸的多個(gè)運(yùn)行頻率，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)需要不同主軸頻率時(shí)，由雕刻控制器輸出的多路數(shù)字量信號(hào)，按照事先設(shè)定組合方式所對(duì)應(yīng)的變頻器設(shè)定運(yùn)行頻率，能快速的響應(yīng)用戶(hù)編寫(xiě)的雕刻程序中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的要求，使雕刻達(dá)到最好效果。此方式運(yùn)行的主軸非無(wú)級(jí)調(diào)速，只能運(yùn)行固定的幾個(gè)頻率，一般用于雕刻工藝要求較低的場(chǎng)合和較低端的雕刻機(jī)。 

X5/DCOM為變頻器的正轉(zhuǎn)信號(hào)，雕刻機(jī)控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)信號(hào)啟動(dòng)主軸電機(jī)。X1/X2/X3/DCOM為多段速選擇的數(shù)字量信號(hào)。連接到雕刻機(jī)控制器的無(wú)源輸出觸點(diǎn)，變頻器根據(jù)X1、X2、X3的不同組合信號(hào)選擇設(shè)定的頻率運(yùn)行。 

在客戶(hù)要求減速時(shí)間較短的場(chǎng)合，可根據(jù)需要選配接制動(dòng)電阻，接入主回路端子的P+/PB之間。制動(dòng)電阻功率可參考說(shuō)明書(shū)附錄部分的機(jī)器功率等級(jí)選擇相匹配的型號(hào)。 

2、雕刻機(jī)的性能需求

※全速度范圍內(nèi)速度波動(dòng)小。

※低速力矩大，可以保證低轉(zhuǎn)速切削。

※加減速的時(shí)間盡量短。

     最低的切削轉(zhuǎn)速可以在500r/min以下?，|肯變頻器可以做多段VF曲線(xiàn)，可以很好的控制高低速的不同轉(zhuǎn)矩提升，因此能很好的滿(mǎn)足高速雕刻機(jī)上的要求。具體的調(diào)試參數(shù)(針對(duì)額定頻率400Hz，額定電壓380V，額定轉(zhuǎn)速24000)：

P0-01    2：V/F控制

P0-02    1：端子命令通道

P0-03    2：AI1

P0-10    最大頻率：400.00Hz

P0-12    上限頻率：400.00Hz

P0-17    加速時(shí)間：20～30s

P0-18    減速時(shí)間：20～30s

P1組（電機(jī)參數(shù)），根據(jù)高速電機(jī)銘牌輸入。

P3-00    1：多點(diǎn)V/F曲線(xiàn)

P3-02    提升截止頻率：400.0Hz

P3-03    V/F頻率點(diǎn)1     0.0Hz

P3-04    V/F電壓點(diǎn)1     2 .0~ 4.0%

P3-05    V/F頻率點(diǎn)2     100.0Hz

P3-06    V/F電壓點(diǎn)2     26.0~30.0%

P3-07    V/F頻率點(diǎn)3     300.0HZ

P3-08    V/F電壓點(diǎn)3     75.0~80.0%

根據(jù)實(shí)際情況可以對(duì)P3-03～P3-08進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證其在切削狀態(tài)下不過(guò)流。

六、雕刻機(jī)的分類(lèi)及應(yīng)用行業(yè) 

數(shù)控雕刻機(jī)按應(yīng)用可分為：木工雕刻機(jī)、石材雕刻機(jī)、廣告雕刻機(jī)、圓柱雕刻機(jī)、工藝雕刻機(jī)等。 

1、 木工雕刻機(jī)主要用于木器加工，使其更具美觀(guān)價(jià)值。 

2、 石材雕刻機(jī)可在石材、陶瓷、瓷磚上雕刻字畫(huà)。 

3、 廣告雕刻機(jī)廣泛用于雕刻各類(lèi)標(biāo)牌、有機(jī)玻璃、石門(mén)牌、三維告示牌、裝飾禮品等。 

4、圓柱雕刻機(jī)也稱(chēng)立體雕刻機(jī)，能在圓柱型物品的表面雕刻。 

5、工藝品雕刻機(jī)俗稱(chēng)玉石雕刻機(jī)。它的精度高，雕刻速度相對(duì)要慢，臺(tái)面尺寸也較小，適合做精細(xì)的工藝品雕刻。