標準機械加工所使用的外圓磨床,砂輪電動機均按傳統(tǒng)啟動電路運行。電動機啟動后按照額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),由于電網(wǎng)電壓有一定的波動,砂輪和工件的磨擦負載不斷的變化,都會影響電動機的轉(zhuǎn)速誤差,標準砂輪電動機起動電路一般只有一種加工速度,難以適應(yīng)不同工件大小的要求不同的加工相對線速度,以致于所加工工件的加工精密度很難保證。因此從提高加工質(zhì)量和加工效率,節(jié)約能源等方面考慮,將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于外圓磨床中,可以收到滿意的效果。
機械加工行業(yè)外圓磨床所加工的產(chǎn)品種類繁多,工件大小尺寸不同,要求加工精度各異。相對的要求砂輪轉(zhuǎn)速于主軸的線速度不同,單純的調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速來滿足工件的加工線速度很難調(diào)整到理想狀態(tài)。又由于軸桿類在加工過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力彎曲,在磨削過程中會產(chǎn)生砂輪進給的力矩不同,這樣就帶來砂輪輸出轉(zhuǎn)速/力矩不同的變化,相應(yīng)的會產(chǎn)生振刀紋/燒糊紋等,磨削精度很難保證,由此造成生產(chǎn)效率低,精品率低等。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)的越來越普及,在機械加工行業(yè)變頻器的應(yīng)用收到很好的效果。變頻器的無級調(diào)速,軟啟動,恒轉(zhuǎn)矩輸出極大的滿足了機械加工設(shè)備對恒速度/恒轉(zhuǎn)矩的要求。
外圓磨床加工的負載特性
根據(jù)不同的軸桿類直徑的大小,主砂輪電動機的轉(zhuǎn)速等于砂輪輸出的轉(zhuǎn)速。磨削力的大小取決于砂輪電動機的輸出轉(zhuǎn)矩。在驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)的主軸電動機的高速段,相對于砂輪輸出轉(zhuǎn)速不變,所加工的工件直徑小,磨削進給少;加工大直徑,長軸類工件時,工件旋轉(zhuǎn)的電動機在低速段,砂輪進給量大,砂輪磨削力也在變大,電動機很難在恒轉(zhuǎn)矩/恒速度下運行。速度的變化就產(chǎn)生了如振刀紋/燒糊紋/加工精度等的變化。變頻調(diào)速電動機的無級調(diào)速,恒轉(zhuǎn)矩輸出恰能彌補上述缺陷。
變頻器的選擇
根據(jù)系統(tǒng)運行的特點,考慮滿足機械加工外圓磨床的使用要求和設(shè)備投資費用等角度考慮,選用帶自動轉(zhuǎn)矩提升功能的通用型V/F變頻器。以東元Speecon—7200MA系列為例,根據(jù)砂輪電動機的功率不同選用18.5KW/15KW的變頻器,以15KW為例,額定電壓三相380V,輸出電流32A,頻率控制0.5—400HZ,速度控制0.1%,過負載能力150%/60S。具有自動轉(zhuǎn)矩提升功能,柔性PWM控制,可實現(xiàn)更低噪音運行,多于10段的轉(zhuǎn)速控制。
系統(tǒng)的啟動與調(diào)速
外圓磨床的主砂輪電動機起動電路多采用星—三角轉(zhuǎn)換起動電路。用變頻器取代原有電路,利用原有接觸器的常開觸點控制變頻器的運行,考慮砂輪啟動的慣性,變頻器軟啟動時間設(shè)定為10S,停止剎車時間設(shè)定為15S,根據(jù)不同類型的砂輪啟動力矩可在50%--80%之間調(diào)節(jié)設(shè)定。系統(tǒng)速度通過外接可調(diào)電位器調(diào)節(jié)頻率,根據(jù)工件直徑不同的適應(yīng)速度調(diào)整,因受電動機高速時的機械強度/噪音/振動等因素的限制,電動機zui高頻率設(shè)定為60HZ;因低速時電動機散熱效果差,考慮工件旋轉(zhuǎn)的變速因素和實際zui大加工工件尺寸,zui低頻率設(shè)定為35HZ,基準頻設(shè)定為50HZ。由前面的負載特性分析可知,高速段為恒功率性質(zhì),低速段為恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì),且低轉(zhuǎn)速時負載要求轉(zhuǎn)矩大,過載能力強。對電動機基準頻以上,為保證電動機不過壓,采用恒壓變頻調(diào)速。由電動機理論可知,當電壓不變,頻率增大時,電動機每極下的磁通隨著頻率的增大而減小;當電動機電流為額定電流時,zui大允許輸出轉(zhuǎn)矩減小,容許輸出功率不變,屬恒功率調(diào)速,適用于恒功率負載。基頻以下,為保證電動機每極下磁通不變,采用V/F=常數(shù)的變壓變頻調(diào)速,當電動機的電流為額定電流時,電動機容許輸出轉(zhuǎn)矩不變,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,適用于恒轉(zhuǎn)矩負載。但當速度較低時因電動機內(nèi)阻不可忽略,若仍保持V/F為常數(shù),則電動機轉(zhuǎn)矩將減小,無法滿足低速時負載要求的轉(zhuǎn)矩大,過載能力強的性能,因此采用變頻器的轉(zhuǎn)矩自動補償功能,選擇補償后的V/F曲線加以修正。