變頻器在機床參數調整中的作用

對于摩托車零件機加工部門而言，減少刀具消耗，特別是進口昂貴刀具消耗，是降低加工成本的一個重要方面。在刀具材料、工件材料、加工尺寸、冷卻條件不變的情況下，切削速度對刀具耐用度的影響最大，而且比較容易改變。

　　在我們車間的缸頭生產線中，加工氣門導管和座圈的底孔有兩個工位，都使用復合精鏜刀。雙主軸箱帶動兩把刀，分別加工進氣門和排氣門。每一把刀上各有兩個刀片，該刀片為MAPAL公司生產，價格為800元/片。原來每個刀片一般只能加工零件3000個左右，而刀片的標定加工孔數為8000孔/片，顯然刀片利用率比較低。為此，我們采用變頻器調整主軸轉速，以尋求獲得經濟合理的主軸轉速。

　　2 采用變頻器控制主軸轉速

　　現以其中一個工位為例，介紹具體過程。

硬件選擇

　　原主軸電機型號Y90S-2。它的相關參數如下：功率為1.5kW，額定電流為3.4A，轉速為2840r/min，接法為Y。為了減少改動，保留原來主軸電機不變，選用富士FAN5000G9S系列變頻器控制。該型變頻器具有功能強、噪音低、操作方便等優點。根據主軸電機的參數，選擇額定容量與之相匹配的FRN1.5G9S-4JE型變頻器（額定容量為2.8kVA，額定電流為3.7A）。

參數設定

為了防止損壞變頻器和電機，為充分發揮變頻器的功能，一定要正確設定變頻器的功能參數。

頻率設定

　　選用鍵盤面板設定方式，具體頻率值由X1、X2、X3端子ON/OFF組合來選擇，本文是X2、X3端子斷開，PLC輸出只控制X1端子，所以只需設定X1端子對應的功能參數F20即可（頻率不能超過電機的頻定頻率）。

加速/減速時間的設定

加速/減速時間的選擇決定了調速系統的快速性，如果選擇較短的加速/減速時間會提高生產率；但是如果選擇加速時間太短，系統可能無法啟動或者過電流跳閘；如果減速時間太短，頻率下降太快，電動機會進入制動狀態，可能發生過電壓跳閘，因此應該在不影響加工的條件下，合理選擇加速/減速時間值。

過載電流設定

　　過載電流為變頻器電子熱過載繼電器動作值，為了保護電機，應設定為電機的額定電流或稍小于額定值。
瞬時停電后自動再啟動

　　為了安全起見，該參數應設為瞬時停電后不可以自動再啟動方式。

電機極數的設定

　　為了能顯示正確的電動機同步轉速，應正確設定該參數。因為異步電動機額定轉差率較小，根據ne＝2840r/min，可以判斷出電機的同步轉速n1＝3000r/min，電機極數為2。

安全保護

　　富士5000G9S系列變頻器的自診斷功能報警且保護功能齊全，一旦變頻器內部保護功能動作而導致停機狀態時，有繼電器開（閉）信號輸出，為了防止故障的擴大，把變頻器報警常閉觸點串聯在變頻器電源輸入側的交流接觸器控制電路中。

　　3 改變切削速度試驗

　　我們對電機轉速進行了調整（即調整刀具的切削速度），并對切削效果、刀具壽命（指在實際加工中，每把刀片所加工工件的數量）做了詳細的記錄。經過幾個月的試驗，得出在現有的工況條件下，轉速與零件表面粗糙度、轉速與刀具壽命的大致曲線。

　　試驗結果表明：切削速度在1700～1900r/min之間時，零件的表面質量和刀片的使用壽命的綜合指標較好，同時也能滿足生產率要求。我們把速度定在1800r/min工作，反映出來的切削效果比較好，而且很穩定。

　　4 經濟效益對比

　　在實際機床改造中，為了節約，把變頻器拆掉，用改變同步齒形皮帶輪直徑的方法來降低主軸轉速，使之達到試驗中確定的最佳速度。
以年產30萬件缸頭計算：
改造前（n=2840r/min）：
消耗刀片數量：（30萬件÷3000件/片）×4＝400片
消耗金額：400片×800元/片＝32萬元
改造后（n＝1800r/min）：消耗刀片數量：（30萬件÷4000件/片）×4＝300片
消耗金額：300片×800元/片＝24萬元

　　顯然，以年產30萬件缸頭計算，僅這個工位每年就節約資金8萬元，而更換同步齒形帶皮帶輪只需100元左右。我們用同樣的方法對加工另外一對氣門導管和座圈底孔的主軸速度進行了調整，確定切削速度在1400r/min時切削效果最好，每片可加工工件3800個左右。

　　我們在近10臺設備上運用變頻器試驗方法調整主軸轉速，提高刀片的使用壽命，一年為公司節約資金近30萬元，獲得了顯著的經濟效益。近兩年的實踐證明：刀具使用的工況條件不同，其合理的切削速度也不一樣。用變頻器來改變切削速度，選定經濟效益最佳切削速度。速度選擇好之后，用改變皮帶輪直徑和（或）更換電機的方法來改變切削速度，既經濟又方便，是機械加工行業提高加工質量、降低加工成本的一種行之有效的方法。