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    一、引言

    隨著CNC數(shù)控技術(shù)配合高性能的變頻控制器和伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備在各生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用，數(shù)控雕刻機(jī)日益成為當(dāng)今雕刻行業(yè)的主流配置。

    主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部件，其性能對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。變頻器作為主軸系統(tǒng)中的心臟，更是不可或缺的關(guān)鍵部件。本文主要介紹的是變頻器在數(shù)控雕刻機(jī)主軸拖動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用。

    二、雕刻機(jī)的組成及工作原理

    主流數(shù)控雕刻機(jī)是由計(jì)算機(jī)、雕刻機(jī)控制器、雕刻機(jī)主體三部分組成，其工作原理是通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)配置的專(zhuān)用雕刻軟件進(jìn)行圖樣設(shè)計(jì)和排版，經(jīng)由計(jì)算機(jī)把設(shè)計(jì)與排版的信息傳送至雕刻機(jī)控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的脈沖信號(hào)，控制雕刻機(jī)主體上X、Y、Z三軸的雕刻走刀定位。同時(shí)，控制器啟動(dòng)變頻器，帶動(dòng)主軸電機(jī)的雕刻頭高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)固定于主機(jī)工作臺(tái)上的加工材料進(jìn)行切削、鉆銑，即可雕刻出在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的各種平面或立體的浮雕圖形及文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化作業(yè)，按照不同的加工材質(zhì)和工藝要求，可以搭配不同的專(zhuān)用配置刀具。

 雕刻機(jī)原理圖

    三、數(shù)控雕刻機(jī)的主軸控制系統(tǒng)

    主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部件，其性能對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。

    數(shù)控雕刻機(jī)要求主軸系統(tǒng)采用無(wú)級(jí)變速，目前多采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步交流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。主軸電機(jī)多采用兩極高速無(wú)刷水冷電機(jī)，噪音小、切割力度大。運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在0～24000r/min，對(duì)應(yīng)的變頻器運(yùn)行頻率為0～400Hz。為了提高加工效率，大型的雕刻機(jī)會(huì)裝有多個(gè)主軸機(jī)頭，一臺(tái)變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)主軸電機(jī)工作。

    ALPHA6000系列小功率變頻器以其獨(dú)特超強(qiáng)的性能和優(yōu)越的性?xún)r(jià)比，滿足了主軸要求調(diào)速范圍廣、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度高、過(guò)載能力強(qiáng)、低速力矩大、加減速時(shí)間短等方面的性能特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)雕刻機(jī)市場(chǎng)占有較大的市場(chǎng)份額。

    四、主軸系統(tǒng)的變頻器驅(qū)動(dòng)：

    雕刻機(jī)供電系統(tǒng)有單相220V和三相380V。大多數(shù)機(jī)型采用單相220V供電。電氣接線方式根據(jù)頻率源給定方式的不同，分為以下兩種：

    1、主軸頻率來(lái)源為模擬量給定的方式

    變頻器的頻率源采用的是數(shù)控系統(tǒng)輸出的0~10V模擬信號(hào)，對(duì)應(yīng)運(yùn)行頻率為0~400Hz。此方式可以對(duì)主軸實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，根據(jù)不同的雕刻對(duì)象或者雕刻工藝，實(shí)時(shí)改變主軸切削轉(zhuǎn)速。廣泛應(yīng)用于要求雕刻工藝較高、較精細(xì)的中高端雕刻機(jī)。

    變頻器的安裝接線簡(jiǎn)圖如下：

    變頻器接受控制器輸出的0~10V模擬量信號(hào)，此電壓值與變頻器里參數(shù)設(shè)置的調(diào)速頻率范圍對(duì)應(yīng)成正比。X1為變頻器正轉(zhuǎn)信號(hào)，當(dāng)控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)信號(hào)，則控制器上的輸出繼電器動(dòng)作，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)吸合，提供信號(hào)給變頻器。L1、L2為變頻器的電源輸入，若變頻器選擇三相輸入，則連接在R、S、T端子上即可。TA/TB/TC為變頻器繼電器輸出，通常選擇變頻器故障報(bào)警輸出，接入雕刻機(jī)控制器或者外部故障指示回路。

    2、主軸頻率來(lái)源為多段速給定的方式

    用戶按照雕刻機(jī)的加工工藝要求，事先在變頻器參數(shù)里設(shè)定好主軸的多個(gè)運(yùn)行頻率，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)需要不同主軸頻率時(shí)，由雕刻控制器輸出的多路數(shù)字量信號(hào)，按照事先設(shè)定組合方式所對(duì)應(yīng)的變頻器設(shè)定運(yùn)行頻率，能快速的響應(yīng)用戶編寫(xiě)的雕刻程序中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的要求，使雕刻達(dá)到最好效果。此方式運(yùn)行的主軸非無(wú)級(jí)調(diào)速，只能運(yùn)行固定的幾個(gè)頻率，一般用于雕刻工藝要求較低的場(chǎng)合和較低端的雕刻機(jī)。

    變頻器的安裝接線簡(jiǎn)圖如下：

    X1為變頻器的正轉(zhuǎn)信號(hào)，雕刻機(jī)控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)信號(hào)啟動(dòng)主軸電機(jī)。/X2/X3/X4為多段速選擇的數(shù)字量信號(hào)。連接到雕刻機(jī)控制器的無(wú)源輸出觸點(diǎn)，變頻器根據(jù)X2、X3、X4的不同組合信號(hào)選擇設(shè)定的頻率運(yùn)行。

    六、雕刻機(jī)的分類(lèi)及應(yīng)用行業(yè)

    數(shù)控雕刻機(jī)按應(yīng)用可分為：木工雕刻機(jī)、石材雕刻機(jī)、廣告雕刻機(jī)、圓柱雕刻機(jī)、工藝雕刻機(jī)等。

    1、木工雕刻機(jī)主要用于木器加工，使其更具美觀價(jià)值。

    2、石材雕刻機(jī)可在石材、陶瓷、瓷磚上雕刻字畫(huà)。

    3、廣告雕刻機(jī)廣泛用于雕刻各類(lèi)標(biāo)牌、有機(jī)玻璃、石門(mén)牌、三維告示牌、裝飾禮品等。

    4、圓柱雕刻機(jī)也稱(chēng)立體雕刻機(jī)，能在圓柱型物品的表面雕刻。

    5、工藝品雕刻機(jī)俗稱(chēng)玉石雕刻機(jī)。它的精度高，雕刻速度相對(duì)要慢，臺(tái)面尺寸也較小，適合做精細(xì)的工藝品雕刻。

    七、ALPHA變頻器在雕刻機(jī)上的優(yōu)勢(shì)：

    0-650Hz的頻率輸出范圍，調(diào)速范圍廣

    ±20%的寬電壓設(shè)計(jì)，滿足電壓波動(dòng)較大的應(yīng)用場(chǎng)合

    動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩電流控制，快速響應(yīng)負(fù)載變化

    可設(shè)定8段速，滿足多段速要求較多場(chǎng)合

    結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省安裝空間

    通過(guò)嚴(yán)格EMC測(cè)試，抗干擾能力強(qiáng)