引言  

数字控制机床，简称数控机床（NC ， Numerical Control）,是三十年来综合应用集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，在现代机床生产中，一般采用多电机拖动，主轴和各进给系统分别由各自的电机来拖动。由于机床加工范围较广，不同的工件，不同的工序，使用不同的刀具，要求机床执行部件具有不同的运动速度，因此机床的主运动应能进行调速，主轴调速系统一般采用交流主轴系统，随着变频调速技术的发展，数控机床的主轴的交流拖动，同样能够很好满足需要。主驱动电机通过皮带传动带动主轴旋转，或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮（以获得更大的转矩）带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。

一、数控机床对应用技术的要求：

1、电机要求

     通常要求用变频电机，或者普通电机加风扇以满足电机在低频的散热要求、并且要求电机调速范围广。

2、变频器的技术要求

1）要求低频力矩大

     选用矢量变频器，低频时（1～10Hz）能输出150%额定转矩。

2）转矩动态响应速度快，稳速精度高

     选用矢量变频器，能实现很好的动态响应效果，依据负载的变化，通过输出转矩的变化很快做出响应，从而实现转轴速度的稳定。

3）减速停车速度快

    通常数控机床的加减速时间都是比较短的，加速时间靠变频器的性能保证，减速时间则依靠外加制动电阻或制动单元。

4）进行电机参数自学习

     选用矢量变频器后，要达到很好的控制性能通常都需要对电机进行参数自学习，其目的是获取准确的电机内部参数，以用于矢量控制计算。参数自学习所需要的电机铭牌参数有：电机额定功率、电机额定频率、电机额定转速、电机额定电压、电机额定电流。有的变频电机的铭牌上可能没标额定转速值，可以根据经验值估计一下额定转速。在进行参数自学习时，务必要在空载（电机轴上不接负载）的时候进行。只有在空载的时候才能保证自学习出来的电机参数的准确性。

如果现场条件没办法进行空载运行，可以考虑用变频器出厂的电机参数试运行。

5）频率指令和运行指令

数控机床上使用的变频器其频率指令和运行指令都来源于CNC控制器，一般给定的的通道有两种，一种是模拟量给定，另一种是多段速给定，或者两者同时给定，以多段速优先。模拟量给定以电压型模拟量为主，也有电流型的。变频器对这两种类型的模拟量都可以采集。

3、抗干扰问题

变频器在出厂的时候作了很好的抗干扰试验，具有很强的抗干扰能力，但变频器同时也是一个干扰源，在使用中很难避免不对其它设备进行干扰，在数控机床上最容易被干扰的设备是CNC控制器。一旦CNC控制器受干扰后，系统将不能正常工作。特别是变频器的频率指令和运行指令也可能会受到干扰，干扰严重的会造成频率指令不稳定，变频器误动作等。解决此类问题的办法是在变频器的输出线上加磁环以减少高频辐射。一般进口的CNC的抗干扰能力较强。

下面以KC510系列高性能矢量变频器在沈阳某数控机床厂的应用为例，讲述数控机床的变频调速控制技术。

二、系统构成：

KC510变频器，制动电阻（100Ω/520W ），调速电机，CNC数控系统：

实际测试性能指标：（进刀性能及速度）

1、主轴转速：200r/min（变频器运行频率9～10Hz）

2、主轴转速：450r/min（变频器运行频率22Hz左右） 

三、KC510系列变频器的特点：

KC510系列高性能矢量变频器采用最新高速电机控制专用芯片DSP，电机在低速时转矩大，速度精度高，价格合理，功能齐全，具有瞬停电处理及速度跟踪再启动功能，确保系统实现连续运行机制，以保证电机运转在最高效率状态，因此，采用KC510系列高性能矢量变频器代替主轴交流伺服系统，是机床行业最佳的选择。KC510系列变频器具有以下特点：

1，采用最新高速电机控制专用芯片DSP，确保矢量控制快速响应。 

2，硬件电路模块化设计，确保电路稳定高效运行。

3，外观设计结合国际设计理念，线条流畅，外形美观。 

4，结构采用独立风道设计，风扇可自由拆卸，散热性好。

5，无PG矢量控制、有PG矢量控制、转矩控制、V/F控制均可选择。 

6，强大的输入输出多功能可编程端子，调速脉冲输入，两路模拟量输出。 

7，独特的“挖土机”自适应控制特性，对运行期间电机转矩上限自动限制，有效抑制过流频繁跳闸。 

8，宽电压输入，输出电压自动稳压（AVR），瞬间掉电不停机，适应能力更强。 

9，内置先进的 PID 算法 ，响应快、适应性强、调试简单 ； 16 段速控制，简易PLC 实现定时、定速、定向等多功能逻辑控制，多种灵活的控制方式以满足各种不同复杂工况要求。

10，内置国际标准的 MODBUS RTU ASCII 通讯协议，用户可通过PC/PLC控制上位机等实现变频器485通讯组网集中控制。

四、调试结果：

事实证明采用KC510系列高性能矢量变频器完全能够满足机床主轴控制的要求。KC510采用最新高速电机控制专用芯片DSP，确保矢量控制快速响应，即使在低转速（低频）运行下也能平稳输出150%的转矩，以满足不同零件的加工需要，完全可以取代传统的滚动轴承主轴结构，并且此主轴结构简单、紧凑、可以实现真正的无级调速。此主轴的转速由外部模拟量信号来控制输出频率，在不同的加工工艺（如；粗加工、精加工等）需要不同的转速，此时可由数控系统输出不同的模拟量电压信号给变频器，实现不同的转速，同时启停信号也由数控系统控制，提高了自动化程度、延长了刀具的使用寿命。

五、结束语：

数控机床主轴一般交流伺服系统、进口品牌矢量控制变频器以及变频专用电机，购置费用很高；KC510系列变频器以其独特的性能（启动电流小、调速平滑、调速范围大、节能环保、运行稳定、精度高、低频转矩大、保护功能齐全、可靠性高、操作维护简便等）和优越的性价比，在数控机床的应用上迅速被市场认可并接受。

六、科创变频器数控车床主要特点：

1、低频力矩大、输出平稳；

2、高性能矢量控制；

3、转矩动态响应快、稳速精度高；

4、减速停车速度快；

5、抗干扰能力强。