一、引言
     目前，雕刻機逐漸成為各行業(yè)生產的必備專業(yè)工具，隨著CNC數控技術配合高性能的變頻控制器和伺服驅動設備在各生產行業(yè)的發(fā)展應用，數控雕刻機日益成為當今雕刻行業(yè)的主流配置。數控雕刻機床的主傳動系統(tǒng)大多采用無極變速。無機變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，由于變頻器的高性價比，所以變頻器在機床上使用非常普遍。主軸系統(tǒng)是數控雕刻機的重要組成部件，其性能對數控雕刻機整機的性能有著至關重要的影響。變頻器作為主軸系統(tǒng)中的心臟，更是不可或缺的關鍵部件。本文介紹雷諾爾RNB1000系列變頻器在數控雕刻機主軸拖動系統(tǒng)上的應用。

二、數控雕刻機電控原理介紹

2.1 數控雕刻機電控系統(tǒng)組成

數控雕刻機電控系統(tǒng)主要由CNC數控系統(tǒng)、主軸定位系統(tǒng)、主軸旋轉系統(tǒng)三部分組成。各部分功能如下：

CNC數控系統(tǒng)：通過計算機內配置的專用雕刻軟件進行圖樣設計和排版，經由計算機把設計與排版的信息傳送至雕刻機控制器中，再由控制器把這些信息轉化成能驅動步進電機或伺服電機的脈沖信號，定位系統(tǒng)通過接受脈沖信號完成定位的方式完成設計和排版圖樣模型。

伺服定位系統(tǒng)：三維空間內使用彼此相互垂直的三軸即可完成三軸定位，因此三套伺服定位系統(tǒng)分別接受來自CNC數控系統(tǒng)的脈沖信號，進行X、Y、Z三軸的雕刻走刀定位，即可完成三維空間內的任意圖樣模型。

主軸加工系統(tǒng)：伺服定位系統(tǒng)完成了圖樣模型定樣，在對應的定樣位置需要完成相應的雕刻工作才能完成CNC數控系統(tǒng)排版的雕刻物品。因此要求主軸高速旋轉已完成雕刻工作。不同的雕刻材質、差異化的雕刻精度同時要求旋轉系統(tǒng)要有靈活的調速功能。

2.2  數控雕刻機電控樣圖

三、雕刻機主軸加工系統(tǒng)對變頻器的控制要求

3.1 系統(tǒng)對變頻器的性能要求

     （1）調速范圍寬，運行轉速一般在0~24000r/min。

（2）全速度范圍內速度波動小；

（3）低速力矩大，可以保證低轉速切削；

（4）加減速的時間盡量短。

 3.2 系統(tǒng)對變頻器的功能要求

（1）控制方式選擇為V/F控制以適應調速范圍寬弱磁性能好驅動穩(wěn)定性佳的控制要求；

（2）端子控制啟停，實現(xiàn)遠程啟停和正反轉切換；

（3）模擬量設定運行頻率，可接受0～10VDC電壓輸出；

（4）調速范圍在0~24000r/min，換算變頻器的運行頻率為0～400Hz（二級高速電機）；

（5）加速和減速時間短，一般在3~5s，因運行的轉速比較高，所以需要帶制動單元的變頻器；
（6）需要故障輸出信號以保證主軸故障時系統(tǒng)及時作出保護；需要故障復位信號以保證故障解除時可遠程復位再啟動。

四、雷諾爾RNB1000變頻解決方案

4.1 控制方案

4.2 方案說明

變頻器的啟停方式為端子啟停，即通過CNC數控系統(tǒng)數字量輸入端子給變頻器DI1/DI2命令實現(xiàn)主軸電機的正反轉啟停及正反轉切換。考慮到系統(tǒng)緊急故障時可能需要快速剎車以避免機械損壞，通過DI3為端子實現(xiàn)急停功能。變頻器故障信號通過可編程繼電器端子輸出，在變頻器故障時系統(tǒng)接收故障信號以避免誤動作導致的機械損害。故障清除后可通過復位端子解除故障鎖定。系統(tǒng)調速方式為數控系統(tǒng)數模轉換，變頻器接收數控系統(tǒng)給出的0~10V電壓信號做頻率信號給定，自動調整雕刻速度。

由于數控雕刻機需要急起急停，此過程會產生較大的能量回饋，因此需要加裝制動電阻。RNB1000系列變頻器45kw以下內置制動單元，制動電阻可直接接入。

4.3 具體工況

4.4RNB1000系列變頻器技術說明

上海雷諾爾科技股份有限公司RNB1000變頻器以DSP控制系統(tǒng)為平臺，采用國內技術先進的無PG矢量控制技術，并配合多種保護方式，可應用于異步電機，提供優(yōu)異的驅動性能。產品在風道設計，硬件配置，軟件功能方面都極大的提升了客戶易用性及環(huán)境適應性。

技術特點：

◆準確的電機參數自學習：準確的旋轉或靜止的電機參數自學習，調試方便，操作簡單，提供更高的控制精度和響應速度
◆矢量化的V/F控制：自動定子壓降補償和轉差補償，保證VF控制模式下也可有優(yōu)異的低頻大轉矩和轉矩動態(tài)響應
◆軟件限流限壓功能：良好的電壓、電流限制，有效進行關鍵控制參數限幅以降低變頻器的故障風險

     ◆多種制動模式：提供多種制動方式，保證系統(tǒng)停機穩(wěn)準快

     ◆環(huán)境適應性強：較高的整機過溫點，獨立的風道設計，加厚三防漆處理，更適合在機床行業(yè)金屬粉末多，油污重的場合

     ◆轉速追蹤再起動功能：實現(xiàn)對旋轉中的電機的無沖擊平滑起動
◆自動電壓調整功能：當電網電壓變化時，能自動保持輸出電壓恒

◆全面的故障保護：過流、過壓、欠壓、過溫、缺相、過載等保護功能

五、結束語

數控雕刻機主軸驅動部分看似簡單，實際控制卻因高頻轉速高、低頻出力大、使用環(huán)境惡劣等要求對變頻器的性能和穩(wěn)定性有著嚴苛的考驗。RNB1000系列變頻器是上海雷諾爾科技股份有限公司新開發(fā)的高性能開環(huán)矢量變頻器，其卓越的性能和豐富的功能使其在數控雕刻機上得到了非常好的應用。

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