Kaip vairuoti CNC veleno variklį su VFD

Įvadas

CNC suklio variklis yra puikus inžinerijos kūrinys, tačiau jis yra visiškai nenaudingas be kintamo dažnio pavaros (VFD). Nors variklis suteikia neapdorotą pjovimo galią, VFD veikia kaip smegenys, paverčiant standartinę sienos galią į specifinius dažnius ir įtampas, kurių reikia norint sukti įrankį dešimtimis tūkstančių apsisukimų per minutę. Teisingas CNC veleno variklio vairavimas naudojant VFD yra skirtumas tarp mašinos, kuri veikia dešimtmetį, ir tos, kuri sudega per savaitę.

Šiame išsamiame vadove išnagrinėsime techninius šios partnerystės niuansus. Nesvarbu, ar norite graviruoti dideliu greičiu, ar didelio našumo frezavimui, kuriam reikalingas didelis sukimo momentas, labai svarbu suprasti VFD variklio sąsają. Mes išskaidysime konfigūracijos žingsnius, saugos protokolus ir optimizavimo strategijas, siekdami užtikrinti, kad jūsų tikslaus apdirbimo tikslai būtų pasiekti per kiekvieną ciklą.

VFD ir CNC veleno variklio elektrinės sinergijos supratimas

Ryšys tarp VFD ir CNC veleno variklio yra pagrįstas dažniu pagrįsto greičio valdymo principu. Standartiniai pramoniniai varikliai paprastai dirba fiksuotu greičiu, atsižvelgiant į tinklo dažnį ($ 50 Hz $ arba $ 60 Hz $). Tačiau didelio greičio CNC veleno varikliui dažnai reikia dažnių, siekiančių 400 Hz USD ar net 1000 Hz USD. VFD paima gaunamą kintamosios srovės maitinimą, paverčia jį nuolatine ir tada naudoja impulso pločio moduliaciją (PWM), kad atkurtų trifazis kintamosios srovės signalas norimu dažniu.

Labai svarbu suprasti, kad VFD ne tik keičia greitį; jis valdo santykį tarp įtampos ir dažnio, žinomo kaip $V/f$ kreivė. Jei padidinsite dažnį tinkamai nesureguliuodami įtampos, variklio magnetinis laukas susilpnės ir praras aukštą sukimo momentą. Ir atvirkščiai, tiekiant per didelę įtampą žemu dažniu, magnetinė šerdis bus prisotinta, todėl CNC veleno variklis akimirksniu perkais.

PWM ir indukcijos fizika

Dauguma velenų yra trifaziai indukciniai varikliai. Jie priklauso nuo besisukančio magnetinio lauko statoriuje, kad 'sukeltų' srovę rotoriuje.

• Harmoninis iškraipymas: VFD sukuria 'imituojamą' sinusinę bangą. Aukštos kokybės VFD sukuria švaresnes bangas, kurios sumažina šilumą ir triukšmą CNC suklio variklyje.

• Perjungimo dažnis: dažnai vadinamas „nešlio dažniu“, tai nustato, kiek kartų per sekundę apsiverčia VFD tranzistoriai. Didesnis nešlio dažnis daro variklį tylesnį, bet VFD karštesnį.

• Įtampos šuoliai: Ilgas kabelis tarp VFD ir variklio gali sukelti įtampos atspindžius, kurie pažeidžia izoliaciją. Norint užtikrinti tikslų ilgaamžiškumą, labai svarbu, kad kabeliai būtų trumpi.

Atitinkamos našumo specifikacijos

Negalite tiesiog patraukti bet kurio variklio VFD. VFD turi būti nustatyta maksimaliai srovei (A). CNC suklio variklis traukia visą apkrovą.

1. Fazės konvertavimas: jei turite vienfazę parduotuvę, bet trifazis variklis, jūsų VFD turi būti suprojektuotas taip, kad galėtų atlikti tą konversiją.

2. Viršutinis dažnis: visada rinkitės VFD, kuris gali išvesti šiek tiek didesnį dažnį nei didžiausias variklio nominalus, kad užtikrintumėte stabilų viršįtampią.

3. Galios įvertinimas: dažnai saugiau šiek tiek 'padidinti' VFD (pvz., naudojant 2,2 kW $ vertės VFD varikliui, kurio vertė 1,5 kW $), kad būtų galima įveikti netikėtus apkrovos šuolius, kai atliekamos operacijos su dideliu sukimo momentu.

Laidų pagrindai: VFD prijungimas prie didelio greičio veleno

Daugiausiai klaidų įvyksta laiduose, o CNC suklio variklio veikimo pasaulyje laidų sujungimo klaida gali būti sprogi. Jungtis paprastai apima keturis variklio kaiščius: trys fazėms (dažniausiai pažymėti U, V ir W) ir vienas įžeminimui. Naudoti ekranuotą keturių laidų kabelį negalima. Ekranas neleidžia elektromagnetiniams trukdžiams (EMI) nutekėti ir sugadinti CNC valdiklį ar netoliese esančią elektroniką.

Tinkamas įžeminimas yra labiausiai ignoruojamas laidų aspektas. Esant dideliam greičiui, variklis sukuria statinį ir elektrinį triukšmą. Jei įžeminimo kelias yra silpnas, tas triukšmas prasiskverbia pro guolius, todėl gali atsirasti 'elektrinių duobių' ir priešlaikinis guolio gedimas. Tiksliam darbui įsitikinkite, kad įžeminimo laidas yra storas ir prijungtas prie bendro žvaigždės taško įžeminimo valdymo spintoje.

Žingsnis po žingsnio terminalo prijungimas

1. Nustatykite fazes: naudokite multimetrą, kad patikrintumėte CNC veleno variklio varžą tarp 1, 2 ir 3 kaiščių. Jie turėtų būti identiški.

2. U, V, W atvaizdavimas: prijunkite juos prie atitinkamų VFD gnybtų. Jei variklis sukasi atgal, tiesiog pakeiskite bet kuriuos du iš šių laidų.

3. Įžeminimo kaištis: patikrinkite, ar 4-asis kaištis iš tikrųjų prijungtas prie variklio korpuso. Daugelis nebrangių velenų turi 4 kontaktų kištuką, kuriame 4-asis kaištis nėra prijungtas prie nieko viduje – saugumo sumetimais turite tai pataisyti.

Kabelių pasirinkimas ir EMI valdymas

EMI yra 'vaiduoklis mašinoje', sukeliantis atsitiktinius įrankių gedimus.

• Ekranuoti kabeliai: pynė turi būti įžeminta VFD gale naudojant $360^{circ}$ spaustuką, kad būtų maksimalus efektyvumas.

• Ferito žiedai: apvyniojus išvesties laidus per ferito šerdį, signalas gali „išvalyti“ prieš jam pasiekiant CNC veleno variklį.

• Atskyrimas: Niekada netieskite VFD maitinimo kabelių lygiagrečiai su žemos įtampos signalo kabeliais (pvz., ribiniais jungikliais ar kodavimo įrenginiais). Jei jie turi kirsti, darykite tai $90^{circ}$ kampu.

Kritinių parametrų konfigūracija preciziniam veleno veikimui

Kai laidai prijungti, dar NEspauskite paleidimo mygtuko. VFD iš dėžutės paprastai nustatomas standartiniam 50 USD/60 Hz USD varikliui. Jei naudosite didelės spartos CNC suklio variklį pagal šiuos nustatymus, jis bandys ištraukti didelę srovę žemu dažniu ir per kelias sekundes sudegs. Jūs turite rankiniu būdu įvesti variklio 'gimimo liudijimo' duomenis į VFD parametrų sąrašą.

Du svarbiausi skaičiai yra bazinis dažnis ir didžiausias dažnis. Daugeliui velenų jie abu yra nustatyti į $ 400 Hz $. Tai nurodo VFD, kad variklis pasiekia visą įtampą ($ 220 V $ arba $ 110 V $) esant 400 Hz $. Jei netyčia paliksite bazinį dažnį ties 60 Hz $, VFD per anksti pumpuos visą įtampą į CNC veleno variklį, todėl gali atsirasti dūmų ir sugriauti projektas.

Pagrindinių parametrų kontrolinis sąrašas

Pagreičio ir stabdymo supratimas

Sunkaus CNC veleno variklio sukimosi iki 24 000 aps./min fizika apima didelę inerciją.

1. Minkštas paleidimas: nustačius bent 5 sekundžių pagreičio trukmę, sumažėja įsijungimo srovė, apsaugant VFD vidinius kondensatorius.

2. Stabdymo rezistoriai: jei reikia, kad variklis iš karto sustotų (įprasta ATC sistemose), turite naudoti išorinį stabdymo rezistorių. Be jo, VFD parodys 'Viršįtampio' klaidą, nes variklis lėtėjimo metu veikia kaip generatorius.

3. Minimalus dažnis: dauguma oru aušinamų variklių neturėtų veikti žemiau 100 Hz $, nes integruotas ventiliatorius sukasi per lėtai, kad atvėsintų apvijas.

Šilumos valdymas: VFD nustatymai oru ir vandeniu aušinamiems varikliams

Šilumos valdymas yra tiek programinės, tiek aparatinės įrangos problema. Kaip programuojate savo VFD, visiškai priklauso nuo to, ar jūsų CNC veleno variklis yra aušinamas oru, ar aušinamas vandeniu. Šie du aušinimo metodai reikalauja skirtingos VFD logikos, kad varinės apvijos nepasiektų 'negrįžimo taško'.

Oru aušinamam velenui ventiliatorius pritvirtintas prie veleno. Tai reiškia, kad aušinimo galia yra tiesiogiai susieta su RPM. Jei dirbate dideliu sukimo momentu esant žemam sūkių dažniui, ventiliatorius nejudina pakankamai oro ir variklis gamins. VFD nustatymuose turėtumėte nustatyti 'Minimalaus dažnio' ribą, kad vartotojas netyčia neįjungtų variklio per lėtai.

Vandeniu aušinama logika

Vandeniu aušinamas variklis yra daug atlaidesnis esant mažam greičiui, nes išorinis siurblys užtikrina nuolatinį aušinimą, nepaisant apsukų skaičiaus.

• Pastovios galios diapazonas: galite saugiai paleisti vandeniu aušinamą CNC suklio variklį žemesniu dažniu (pvz., $ 50 Hz $ arba $ 60 Hz $), kad galėtumėte atlikti gręžimo operacijas, kurioms reikia didesnio sukimo momento, nesijaudindami dėl karščio.

• Blokavimo sistemos: geriausia yra prijungti vandens siurblio srauto jutiklį prie VFD 'Išorinio gedimo' įvesties. Jei siurblys sugenda, VFD nedelsiant nutrauks veleno maitinimą.

Temperatūros stebėjimas ir apsauga

• PTC termistoriai: Aukščiausios klasės tikslumo velenai turi įmontuotus temperatūros jutiklius. Jie turi būti prijungti prie VFD analoginių įėjimų.

• I2t apsauga: tai programinės įrangos nustatymas, kai VFD apskaičiuoja variklio šilumą pagal srovę ir laiką. Tai suteikia 'virtualų' saugiklį jūsų CNC veleno varikliui.

• Apsauga nuo užstrigimo: VFD galima nustatyti taip, kad jis automatiškai sumažintų dažnį, jei aptiktų, kad variklis stringa, taip užkertant kelią terminiam bėgimui.

Didelio sukimo momento ir greičio valdymo optimizavimas naudojant VFD derinimą

Vairuoti variklį lengva; Jo optimizavimas dideliam sukimo momentui esant įvairiems greičiams yra menas. Pagal numatytuosius nustatymus dauguma VFD naudoja 'Linear V/f' kreivę. Tai reiškia, kad kiekvieną kartą padidinus 1 Hz $, įtampa padidėja fiksuota suma. Nors tai veikia, dažnai variklis jaučiasi 'silpnas' esant mažam greičiui. Kad išnaudotumėte visas CNC veleno variklio galimybes, gali tekti pakoreguoti sukimo momento didinimo parametrą.

„Torque Boost“ prideda šiek tiek papildomos įtampos pačiame dažnių diapazono apačioje. Tai padeda varikliui įveikti pradinę medžiagos trintį ir atsparumą. Tačiau būkite atsargūs – dėl per didelio padidinimo CNC veleno variklis labai įkais tuščiąja eiga. Čia atsiranda tikslus derinimas, atrandant pusiausvyrą tarp pjovimo galios ir šiluminio stabilumo.

Vektorinis valdymas prieš V/f valdymą

Šiuolaikiniai aukščiausios klasės VFD siūlo 'Sensorless Vector Control' (SVC).

1. Kaip tai veikia: SVC naudoja sudėtingą matematiką, kad įvertintų rotoriaus padėtį pagal elektrinį grįžtamąjį ryšį. Tai leidžia VFD užtikrinti maksimalų aukštą sukimo momentą net esant labai mažiems sūkiams.

2. Kada naudoti: naudokite SVC, jei atliekate sunkų frezavimą kietose medžiagose, kur CNC suklio variklis gali susidurti su dideliu pasipriešinimu.

3. Automatinis derinimas: norėdami naudoti vektorinį valdymą, turite paleisti VFD funkciją „Automatinis derinimas“. Tai automatiškai sukasi variklį, kad išmatuotų vidinę varžą ir induktyvumą.

Dažnio stabilumas tikslumui

Drebėjimo dažnis sukelia prastą paviršiaus apdailą.

• Analoginis prieš skaitmeninį: 0–10 V$ analoginio signalo naudojimas iš CNC valdiklio yra įprastas, tačiau dažnai sukelia elektrinį triukšmą. Norėdami užtikrinti tikrąjį tikslumą, naudokite skaitmeninio ryšio protokolą, pvz., Modbus (RS485), kad tiksliai nurodytumėte VFD, kokio RPM norite.

• Praleisti dažnius: kiekviena mašina turi 'rezonansinį dažnį', kur jis nekontroliuojamai vibruoja. Galite užprogramuoti VFD 'praleisti' šiuos konkrečius diapazonus, kad apsaugotumėte savo įrankio tarnavimo laiką ir apdailos kokybę.

Išplėstinė VFD integracija: ATC ir MTC suklio valdymas

CNC suklio variklio vairavimo būdas labai pasikeičia, jei nuo rankinio įrankio keitimo (MTC) pereinate prie automatinio įrankio keitimo (ATC). Naudojant MTC, VFD yra paprastas: paleisti, sustabdyti ir valdyti greitį. Tačiau ATC velenas yra sudėtinga jutiklių ir pneumatinių pavarų sistema, kuri turi susisiekti su VFD, kad būtų užtikrinta sauga.

ATC sąrankoje VFD turi pateikti 'Spindle At Speed' signalą CNC valdikliui. Mašina niekada neturėtų judėti į pjūvį, kol VFD nepatvirtina, kad didelio greičio CNC veleno variklis pasiekė užprogramuotą apsukų skaičių. Be to, VFD turi valdyti 'Orientacijos' arba 'Indekso' signalą, užtikrindamas, kad velenas kaskart sustos lygiai taip pat, kad įrankio keitiklis galėtų jį patraukti.

MTC saugumas ir paprastumas

MTC vartotojams paprastumas paprastai yra geresnis dėl patikimumo.

• Avarinis stabdymas: įsitikinkite, kad E-stop atjungia 'Įjungti' signalą į VFD, o ne tiesiog nutraukia pagrindinį maitinimą. Nutraukus pagrindinį kintamosios srovės maitinimą esant apkrovai, ilgainiui gali būti pažeistas VFD įvesties tiltelis.

• Rankinis potenciometras: Daugelis vartotojų nori fizinės valdymo skydelio rankenėlės, kad galėtų reguliuoti greitį. Tai lengvai prijungiama prie VFD $+10V$, $Vi$ ir $GND$ gnybtų.

ATC logikos reikalavimai

• Grąžulo jutikliai: šie jutikliai užtikrina, kad įrankis būtų tinkamai prispaustas. Jie turi būti blokuojami, kad VFD negalėtų įsijungti, jei įrankis atsilaisvintų.

• Apkrovos stebėjimas: pramoninėms ATC operacijoms VFD gali siųsti analoginį signalą atgal į valdiklį, rodantį 'Apkrovos procentą'. Jei įrankis tampa nuobodu, apkrova didėja ir valdiklis gali automatiškai suaktyvinti įrankio pakeitimą.

• Rigid Tapping: tam reikalingas VFD, galintis valdyti 'uždarojo ciklo' valdymą su koduotuvu. Tai leidžia CNC suklio varikliui puikiai sinchronizuoti savo sukimąsi su Z ašies judesiu sriegiams nupjauti.

Įprastų ryšių tarp VFD ir variklio trikčių šalinimas

Net ir esant tobulai sąrankai, atsiras klaidų. VFD yra tiek diagnostikos įrankis, tiek vairuotojas. Kai kas nors negerai, VFD parodys kodą (pvz., $E001$, $OC$ arba $OV$). Šių kodų supratimas yra labai svarbus norint apsaugoti savo CNC veleno variklis.

Dažniausiai pasitaikanti klaida yra 'Over-Current' (OC). Paprastai taip nutinka dėl to, kad įsibėgėjimas yra per greitas arba įrankis per giliai įpjovė, todėl sustoja CNC suklio variklis. Taip VFD sako: „Tuoj ištirpsiu, todėl išsijungiu“. Niekada tiesiog neatstatykite klaidos ir tęskite – ištirkite pagrindinę priežastį, kad išlaikytumėte savo Precision aparatūrą.

Dažni klaidų kodai ir pataisymai

Triukšmo problemų sprendimas

Jei jūsų CNC aparatas pradeda veikti beprotiškai (atsitiktinai nukrypsta arba praranda žingsnius), kai tik įsijungia CNC veleno variklis, turite triukšmo problemą.

1. Ferito šerdys: įdėkite jas į VFD įvesties ir išvesties puses.

2. Įžeminimas žvaigždute: įsitikinkite, kad visi įžeminimai susikerta viename taške, kad išvengtumėte įžeminimo kilpų.

3. Ekranavimo vientisumas: patikrinkite, ar neatsilaisvino variklio kabelio ekranas. Tiksliajai elektronikai ekranas turi būti ištisinis nuo variklio kištuko iki VFD korpuso.

Išvada

vairavimas CNC veleno variklio su VFD yra pagrindinis techninis iššūkis kuriant patikimą CNC mašiną. Įvaldydami $V/f$ kreivę, užtikrindami tvirtus laidus ir kruopščiai sukonfigūruodami parametrus, paprastą variklį paverčiate didelio greičio tikslumu prietaisu. Nesvarbu, ar jūsų darbui reikalingas didelis sukimo momentas ir didelis frezavimas, ar subtilus juvelyrinių dirbinių graviravimo tikslumas, VFD yra tai, kas tai įmanoma.

Atminkite, kad VFD ir CNC suklio variklis yra komanda. Tinkamai elgdamiesi su jais elektros energija – naudodami ekranuotus kabelius, tinkamą vandeniu aušinamų įrenginių aušinimą ir konservatyvius pagreičio profilius – jie apdovanos jus metų nuosekliu aukštos kokybės veikimu. Apdirbimas yra smulkmenų žaidimas, o jūsų VFD sąrankos detalės yra svarbiausios, kurias kada nors valdysite.

DUK

1. Ar galiu paleisti CNC suklio variklį tiesiai iš sieninio lizdo?

Visiškai ne. Suklis yra trifazis variklis, kuriam reikalingas konkretus dažnis, daug didesnis nei 50 Hz $ arba 60 Hz $ standartiniame lizde. Prijungus jį tiesiogiai, įvyks trumpasis jungimas ir nuolatinis variklio sugadinimas.

2. Kodėl mano vandeniu aušinamas velenas yra karštas palietus?

Nors jie yra efektyvesni, jie vis tiek gamina šilumą. Tačiau jei per karšta laikyti ranką, vandens srautas gali būti apribotas arba VFD parametrai (pvz., $V/f$ kreivė) gali siųsti per didelę įtampą esant mažam greičiui.

3. Kaip pasirinkti ATC ir MTC velenus?

Tai priklauso nuo jūsų darbo eigos. ATC (automatinio įrankio keitimo) veleną varo VFD, kad sutaupytumėte laiko atliekant sudėtingus darbus, kai keičiami daug įrankių. MTC (rankinis) velenas yra pigesnis ir paprastesnis, tačiau operatorius turi sustabdyti mašiną kiekvieną kartą keisdamas įrankį.

4. Kuo naudingas didelės spartos VFD nustatymas?

Nustačius aukštą maksimalų dažnį CNC veleno variklis gali pasiekti iki 24 000 arba 30 000 aps./min. greitį. Tai būtina naudojant labai mažo skersmens įrankius, kuriems reikalingas didelis paviršiaus greitis, kad būtų galima efektyviai pjauti ir nesulaužyti.

5. Ar VFD turi įtakos tikslumui ? mano pjūvių

Taip. Netinkamai sureguliuotas arba dėl elektros triukšmo kenčiantis VFD sukels RPM svyravimus. Dėl šių svyravimų jūsų medžiagoje atsiranda 'plepėjimo' žymių, o tai sumažina bendrą gatavos detalės tikslumą ir kokybę.

Įmonėje Zhonghuajiang Spindle mes esame pasiryžę teikti profesionalius CNC suklio variklio sprendimus, kurie išplečia gamybos ribas. Mūsų gaminiai, pradedant oru aušinami mėgėjų modeliais ir baigiant pramoninėmis ATC sistemomis, yra sukurti itin tiksliai ir ilgai. Suprantame kritinį VFD ir veleno santykių pobūdį, o mūsų palaikymo komanda visada pasiruošusi padėti jums pasiekti tobulą jūsų parduotuvės sąranką.

Aplankykite mus adresu https://www.zhonghuajiangspindle.com/ norėdami ištirti visą mūsų verpsčių ir priedų asortimentą.