[讨论] 插齿机中变频调速的应用

摘要：本文介绍了数控齿条插齿机中变频调速的应用，对插齿机中变频调速的速度选择、实现方式提供相应的说明，并提供点动、自动状态的具体实现方式。

中图分类号：TG659；TG613

文献标识码：A

关键词：插齿机 变频调速

ABSTRACT：The paper introduces the application of Frequency Conversion Velocity Modulation in the Numerical Control Rack Gear Shaper(NCRGS) and provides corresponding narratives about the velocity choice and realization way. It also provides the concrete realization way of step motion and continual motion of NCRGS.

KEY WORD: Rack Gear Shaper  Frequency Conversion Velocity Modulation

插齿机中主轴运动为主电机带动插齿刀沿刀轴轴线方向（齿宽方向）作快速垂直往复运动，以完成切削任务，切出工件的齿廓。它以每分钟往复行程数来计算。其中向下为主运动，是工作行程，向上是非工作行程。本文中提到的HYK58150数控齿条插齿机采用7.5KW、1440r/min的三相交流异步电动机，通过齿形皮带轮将旋转运动传到曲柄盘，经球形接头再带动插齿刀主轴作往复切削运动。

1、主轴速度的选择

插齿机中主轴速度的选择需要多方面的因素：加工效率、刀具寿命、加工方式、齿胚材质。从加工效率的角度来看，自然是主轴速度越高其加工效率也越高。而从刀具寿命来考虑，则切削量较小、主轴速度适中较好。对不同的加工方式而言，粗加工时，为尽量保证较高的金属切除率，故一般优先选择尽可能大的切削深度，选择较大的进给量，然后根据刀具的耐用度要求，确定合适的主轴速度。精加工时，首先要保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和切削深度，并尽可能选择较高的切削速度。齿胚材质的不同也对主轴速度提出不同要求。插削一般退火状态及正火状态的结构钢齿坯时，如 20Cr、40Cr和45＃钢等，硬度不高，且正火状态组织的切削性能较好，可以采用较大的进给量，较高的主轴速度。插削一般调质状态的结构钢，例如45＃钢、40Cr等材料，硬度比较高，组织强度较大，不利于切削。为延长刀具寿命，粗加工时易用较低的切削速度，进给量也不宜太大；精加工时可适当减小进给量，而主轴速度可适当提高一些。

2、调速方式的实现

从上文而知，主轴速度受到多方面的制约，故需要无级调速来适用各种情况的需要，我们通常采用变频器变频调速达到无级调速的目的。

本文以触摸屏为输入单元，三菱FX系列变频器为主控单位，控制变频器对三相异步电动机调速。

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                           图一

触摸屏采用三菱GOT系列触摸屏，其提供自动、电动两种加工方式的选择，也直接提供切削速度这样的参数。

变频器作为中间执行单位，一方面受到PLC控制，另一方面根据控制部件的输入变频控制交流电动机。本文以三菱BFV系列变频器为例，说明常用变频器的控制方法。该变频器的控制电路见图一：

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图二

PLC利用其Y0～Y4输出口控制变频器，其中Y0输出PWM信号，Y1～Y1输出控制信号，变频器则根据控制信号控制主轴电机电源频率实现无级调速。

因为需要采用无级调速方式，故需要对变频器参数进行相应设置，与PWM控制相关的重要参数如表一所示：

表一

3、程序控制

       插齿机采用三菱FX_2N－64MT作为主控单元，采用24V DC输入，晶体管输出，其输出接口Y0和Y1为高速响应输出，能通过PWM指令输出PWM信号。以下给出简单的程序示例。

当插齿机处于点动工作方式时的部分代码如图三所示：

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图三

触摸屏输入的辅助继电器M4、M5、M6的导通分别使当前频率降低初始频率的10％、使当前频率设为初始频率、使当前频率提高初始频率的10％，用于调节点动时主轴速度。M25用于控制主轴运动。

当插齿机处于自动工作方式时的部分代码如图四所示：

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图四

       用户通过触摸屏将主轴速度赋值于D524，根据V/F为常数将其换算为所需频率，并向Y0高速响应接口输出相应频率的PWM信号，以达到精确控制的目的。触摸屏输入的辅助继电器M0用于控制主轴运行。

       应当注意的是，PWM命令在整个PLC程序中只能使用一次，故需要采用点动、自动控制方式的时候，需要将两程序有效组合起来。

4、小结