变频技术为传统外圆磨床应用开拓新道路

随着现代电子电气技术的发展成熟，极大得拓宽了变频调速技术的应用范畴，首先就是在机械加工行业当中，变频技术的应用效果获得了充分的体现。这是因为变频器（以下简称VFD）所具备的无级调速，软启动，恒转矩输出等功能极大地满足了机械加工设备的恒速度/ 恒转矩的需求。

一、概述

外圆磨床作为一种常用的标准机械加工设备，在机加工领域中的应用极为广泛。传统外圆磨床的砂轮电机基本都是通过传统启动电路运行，电机启动后按照额定转速运转，但由于电网电压的波动性，这导致砂轮和工件的摩擦负载不断的在变化，令电机的转速出现误差，标准砂轮电机启动电路一般只有一种加工速度，难以适应不同工件大小的要求不同的加工相对线速度，以至于所加工工件的加工精密度很难保证，因此从提高加工质量和加工效率，节约能源等方面考虑，将变频调速技术应用于外圆磨床中，可以收到满意的效果。

在机加工领域中，鉴于外圆磨床所加工产品的种类繁多，工件大小尺寸不一，所需加工精度也有不同。相较于要求砂轮转速与主轴的线速度不同，单纯地调整主轴的转速来满足工件的加工线速度是较难调整至理想状态。又由于轴杆类在加工过程中所产生的应力弯曲，在磨削过程中会产生砂轮进给的力矩不同，这样就带来砂轮输出转速/ 力矩不同的变化，相应的会产生振刀纹/ 烧糊纹等，磨削精度很难保证，由此造成生产效率低，精品率低等。

二、外圆磨床加工的负载特性

根据不同的轴杆直径的大小，主砂轮电机的转速等于砂轮输出的转速。磨削力的大小取决于电机的输出转矩。在驱动工件旋转的主轴电机的高速段，相对于砂轮输出转速不变，所加工的工件直径小，磨削进给少，加工大直径，长轴类工件时，工件旋转的电机在低速段，砂轮进给量大，砂轮磨削力也在变大，电机很难在恒转矩/恒速度下运行，速度的变化就产生了如振刀纹/ 烧糊纹/ 加工精度等的变化。变频调速电机的无级调速，恒转矩输出恰能弥补上述缺陷。

三、VFD的选择

根据系统运行的特点，考虑满足机械加工外圆磨床的使用要求和设备投资费用等角度考虑，选用带自动转矩提升功能的杭州三科生产的SKI600系列产品。根据砂轮电机的功率不同选用功率不同的VFD，以10kw为例，额定电压三相380V，输出电流17.5A，频率控制0.50- 400Hz，速度控制0.1%，过负载能力150%/60s。具有自动转矩提升功能，低速转矩大，可实现更低噪音运行，16 段的低速，全系列三防漆，更耐油气环境。

四、系统的启动与调速

由于传统外圆磨床的主砂轮电机启动电路多是采用的星—三角转换来完成启动电路。这里将采用VFD取代原有电路的方案，在通过利用原有接触器的常开触点控制VFD的运行，同时考虑到砂轮启动的惯性问题，将软启动时间调整为10S，停止刹车时间调整为15S，不同类型的砂轮启动力矩可根据需求在50%--80% 之间进行自主调节。

系统速度通过外接可调电位器调节频率，根据工件直径不同的适应速度调整，因受电机高速时的机械强度/ 噪音/ 振动等因素的限制，电机最高频率设定为60HZ；因低速时电机散热效果差，考虑工件旋转的变速因素和实际最大加工工件尺寸，最低频率设定为35HZ，基准频设定为50HZ。

由前面的负载特性分析可知，高速段为恒功率性质，低速段为恒转矩性质，且低转速时负载要求转矩大，过载能力强。对电机基准频以上，为保证电机不过压，采用恒压变频调速。

由电机理论可知，当电压不变，频率增大时，电机每极下的磁通随着频率的增大而减小；当电机电流为额定电流时，最大允许输出转矩减小，容许输出功率不变，属恒功率调速，适用于恒功率负载。基频以下，为保证电机每极下磁通不变，采用V/F= 常数的变压变频调速，当电机的电流为额定电流时，电机容许输出转矩不变，属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。

但当速度较低时因电机内阻不可忽略，若仍保持V/F 为常数，则电机转矩将减小，无法满足低速时负载要求的转矩大，过载能力强的性能，因此采用VFD的转矩自动补偿功能，选择补偿后的V/F 曲线加以修正。

五、系统设计的注意事项

磨削砂轮平衡的精度要提高：将电机在额定转速上运行，为了减小高速时的振动，应提高电机转子和砂轮的动平衡度，并加以校正。低速时的散热情况：因电机为自冷风扇方式散热冷却，低速时散热条件变差，而负载转矩较大，电机温度会增加，因此最低转速的设定以电机表面温差不超过容许值为依据。由于变频调速时输出的电流含有高次谐波，会导致电机出现电磁噪音，因此需要在输出端需安装滤波器。还有一点需要工控技术人员注意的地方，那就是变频器的参数设定项目中，我们需要将反转/ 最高频率/ 失速等功能进行锁定！