Heutzutage sind CNC-Fräsmaschinen in verschiedenen Branchen unverzichtbare Werkzeuge. Dank der Entwicklung und Anwendung der CNC-Technologie in Kombination mit leistungsstarken Frequenzumrichtern und Servoantrieben in diversen Produktionsbereichen haben sich CNC-Fräsmaschinen zum Standard in der modernen Fräsindustrie entwickelt. Das Hauptantriebssystem von CNC-Fräsmaschinen arbeitet meist mit stufenloser Drehzahlregelung. Anorganische Drehzahlregelungssysteme lassen sich in zwei Typen unterteilen: Frequenzumrichter und Servoantriebe. Aufgrund ihrer hohen Kosteneffizienz finden Frequenzumrichter breite Anwendung in Werkzeugmaschinen. Das Spindelsystem ist eine wichtige Komponente einer CNC-Fräsmaschine, deren Leistungsfähigkeit entscheidend für deren Gesamtleistung ist. Als Herzstück des Spindelsystems ist der Frequenzumrichter eine unverzichtbare Schlüsselkomponente. Dieser Artikel beschreibt den Einsatz des Frequenzumrichters der Serie CT100 von Dongli Kechuang im Spindelantriebssystem einer CNC-Fräsmaschine.
Einführung in das elektrische Steuerungsprinzip von CNC-Fräsmaschinen
Zusammensetzung des elektrischen Steuerungssystems für eine CNC-Graviermaschine
Das elektrische Steuerungssystem einer CNC-Graviermaschine besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: dem CNC-Steuerungssystem, dem Spindelpositioniersystem und dem Spindelrotationssystem. Die Funktionen der einzelnen Teile sind wie folgt:
CNC-Steuerungssystem: Musterentwurf und Layout erfolgen mithilfe spezieller, auf dem Computer installierter Frässoftware. Die Entwurfs- und Layoutinformationen werden vom Computer an die Steuerung der Fräsmaschine übertragen. Diese wandelt die Informationen in Impulssignale um, die Schritt- oder Servomotoren ansteuern. Das Positioniersystem vervollständigt das Mustermodell durch Empfang der Impulssignale zur Positionierung.
Servopositioniersystem: Drei zueinander senkrechte Achsen ermöglichen die dreidimensionale Positionierung. Die drei Servopositioniersysteme empfangen Impulssignale von der CNC-Steuerung, um die Bearbeitung und Werkzeugpositionierung entlang der X-, Y- und Z-Achse durchzuführen und so jedes beliebige Modell im dreidimensionalen Raum zu erstellen.
Spindelbearbeitungssystem: Das Servopositioniersystem erfasst das Mustermodell. Anschließend muss an der entsprechenden Abtastposition der zugehörige Bearbeitungsvorgang ausgeführt werden, um die Anordnung der Werkstücke im CNC-System zu realisieren. Daher ist eine hohe Spindeldrehzahl für die Bearbeitung erforderlich. Unterschiedliche Bearbeitungsmaterialien und die geforderte Bearbeitungsgenauigkeit erfordern eine flexible Drehzahlregelung des Rotationssystems.
Regelungsanforderungen an den Frequenzumrichter für das Spindelbearbeitungssystem einer Fräsmaschine
Leistungsanforderungen des Systems für Frequenzumrichter
(1) Der Drehzahlbereich ist breit, die Betriebsdrehzahl liegt im Allgemeinen zwischen 0 und 24000 U/min.
(2) Kleine Geschwindigkeitsschwankungen innerhalb des gesamten Geschwindigkeitsbereichs;
(3) Das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen ist hoch, was ein Schneiden bei niedrigen Drehzahlen ermöglicht;
(4) Versuchen Sie, die Beschleunigungs- und Bremszeiten so kurz wie möglich zu halten.
Funktionale Anforderungen des Systems an den Frequenzumrichter
(1) Der Regelmodus wird als V/f-Regelung gewählt, um den Regelungsanforderungen eines breiten Drehzahlbereichs, schwacher magnetischer Eigenschaften, guter Antriebsstabilität usw. gerecht zu werden.
(2) Terminalsteuerung Start/Stopp, Realisierung von Fernstart/Stopp und Vorwärts-/Rückwärtsschaltung;
(3) Analoge Einstellung der Betriebsfrequenz, geeignet für eine Ausgangsspannung von 0-10VDC;
(4) Der Drehzahlbereich beträgt 0-2400 U/min, und die Betriebsfrequenz des Frequenzumrichters wird auf 0-400 Hz (sekundärer Hochgeschwindigkeitsmotor) umgestellt;
(5) Die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit ist kurz, üblicherweise innerhalb von 3-5 Sekunden. Aufgrund der hohen Betriebsgeschwindigkeit ist ein Frequenzumrichter mit Bremseinheit erforderlich;
(6) Es wird ein Fehlerausgangssignal benötigt, um im Falle eines Spindelausfalls einen rechtzeitigen Schutz des Systems zu gewährleisten; ein Fehlerrücksetzsignal ist erforderlich, um nach Behebung des Fehlers ein Fernreset und einen Neustart zu ermöglichen.
Die Start-Stopp-Methode des Frequenzumrichters ist die Terminal-Start-Stopp-Methode. Das bedeutet, dass die digitalen Eingänge DI1/DI2 des CNC-Steuerungssystems verwendet werden, um dem Frequenzumrichter Start-Stopp- und Vorwärts-/Rückwärts-Schaltvorgänge des Spindelmotors zu übermitteln. Da im Notfall ein schnelles Bremsen erforderlich sein kann, um mechanische Schäden zu vermeiden, ist die Not-Stopp-Funktion über den Eingang DI3 realisiert. Das Fehlersignal des Frequenzumrichters wird über den programmierbaren Relais-Eingang ausgegeben und vom System empfangen, um mechanische Schäden durch Fehlbedienung bei einem Ausfall des Frequenzumrichters zu verhindern. Nach Behebung des Fehlers kann die Fehlersperre über den Reset-Eingang aufgehoben werden. Die Drehzahlregelung des Systems erfolgt durch Digital-Analog-Wandlung des Steuerungssystems. Der Frequenzumrichter empfängt vom Steuerungssystem ein 0-10-V-Spannungssignal als Frequenzsignal und passt die Fräsgeschwindigkeit automatisch an.
Technische Merkmale
◆ Präzises Selbstlernen der Motorparameter: Genaues Selbstlernen der Parameter von rotierenden oder stationären Motoren, einfache Fehlersuche, unkomplizierte Bedienung, höhere Regelgenauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit
Vektorisierte V/F-Regelung: Automatische Kompensation des Statorspannungsabfalls und des Schlupfs, wodurch ein exzellentes Drehmoment bei niedrigen Frequenzen und ein hervorragendes dynamisches Drehmomentverhalten auch im V/F-Regelungsmodus gewährleistet werden.
◆ Softwarebasierte Strom- und Spannungsbegrenzungsfunktion: Gute Spannungs- und Strombegrenzung, effektive Begrenzung wichtiger Steuerungsparameter zur Reduzierung des Ausfallrisikos des Wechselrichters.
◆ Mehrere Bremsmodi: Bietet mehrere Bremsmodi für ein stabiles, präzises und schnelles Herunterfahren des Systems.
◆ Hohe Umweltverträglichkeit: Hoher Gesamtüberhitzungspunkt, unabhängiges Luftkanalsystem, dreifach verstärkte Lackierung, besonders geeignet für Umgebungen mit hoher Metallstaub- und Schwerölbelastung in der Werkzeugmaschinenindustrie
◆ Drehzahlregelung mit Neustartfunktion: Sorgt für einen sanften Anlauf von rotierenden Motoren ohne Stoß.
◆ Automatische Spannungsanpassungsfunktion: Bei Änderungen der Netzspannung kann die Ausgangsspannung automatisch konstant gehalten werden.
Umfassender Fehlerschutz: Überstrom-, Überspannungs-, Unterspannungs-, Übertemperatur-, Phasenausfall-, Überlast- und andere Schutzfunktionen
Abschluss
Der Spindelantrieb einer CNC-Graviermaschine mag einfach erscheinen, doch in Wirklichkeit werden die Leistungsfähigkeit und Stabilität des Frequenzumrichters aufgrund der hohen Hochfrequenzdrehzahl, der großen Niederfrequenzausgangsleistung und der rauen Betriebsbedingungen strengstens geprüft.