㈠ 斗山機床面板每個安健的意思
在進行傳動方案設計時，被加工挺桿孔的位置、尺寸精度和動力箱上的驅動軸位置、能夠提供的轉速兩方面內容需要考慮在內。針對本閥體鑽擴餃組合機床，多根主軸同時對不同高度且角度相距90°的端面孔進行加工，從而多可以確定主軸箱上的主軸位置。轉塔動力頭的型號選擇1LYZ402，轉速為v=1250r/min，伸出長度L=45mm。據此，初步擬定軸箱傳動方案。
圖4.1為加工閥體零件的傳動方案，由一根油泵軸將動力傳遞給多根主軸。該種方案的優點是傳動效率較高，但佔用的多軸箱空間較大，造成難以滿足各軸之間的最佳傳動比（1~1.5）。
圖4.1 傳動方案
4.2主軸、齒輪的確定及動力計算
4.2.1主軸型式、直徑和齒輪模數的確定
主軸型式和直徑由被加工零件的工藝方法、刀具與主軸的聯接形式、刀具的進給力以及切削轉矩所決定。如鑽孔時一般選擇滾珠軸承主軸；但在擴、鏜、餃孔時通常選擇滾錐軸承主軸；另外當主軸距離較小時會選擇滾針軸承主軸。
主軸直徑通過加工示意圖得到的主軸類型和外伸尺寸來確定。傳動軸的直徑可根據主軸直徑大小來確定，在齒輪傳動系統設計完成之後進行關鍵軸頸的驗算。
主軸的直徑為：（查表得B=7.3）
與16.15mm相近的標准主軸為20mm。現選取d=20mm。
按剛度條件計算主軸直徑為:
故主軸剛度足夠，查表可選取32/20的短主軸。
齒輪模數m（單位：mm）通過類比法選擇，本組合機床齒輪模數選擇為2mm。
4.2.2多軸箱所需動力的計算
計算進給力和多軸箱所需要的動力P多軸箱兩部分內容。由公式:
根據經驗，每根軸上的功率損失取為傳遞功率的1%。
鑽孔時：
多軸箱的傳動設計及校核
4.3.1驅動軸、主軸坐標
由上文計算可得，鑽孔、擴孔加工時的轉速要保持基本一致，同時為了有利於通用部件的選擇，在設計的時候應使得兩工序取值基本一致，對驅動軸、主軸的坐標進行計算，所得結果如圖4.2所示。
圖4.2 驅動軸、主軸坐標圖
4.3.2傳動系統校核計算
（1）傳動件強度校核
BCAD計算機輔助設計可以對多軸箱系統進行傳動系統進行校核計算，當獲得的軸、齒輪的強度與軸承的壽命等某一項指標不符合規定要求時，該系統將會根據可能，優化有關傳動件參數。例如當計算某傳動軸上承受轉矩超過規定允許值時，則系統將會根據多軸箱的空間信息，對該軸的直徑進行自動加大，然後反復校核是否滿足要求；若多軸箱預留空間較小，無法加大軸徑，就會系統就會報出錯誤信息，指出該軸不符合強度要求，需要重新設計方案，直至其符合要求。
本組合機床的多軸箱經過多次計算校核後顯示該設計滿足其強度要求。
（2）幾何干涉校核
為了檢查多軸箱系統中各個傳動件和支承件之間是否會發生碰撞現象，需要對該部分進行幾何干涉校核，以保證系統能夠正常運行。雖然多軸箱傳動部件模塊較多，但每選用一個設計部件模塊時，都需要進行一次幾何干涉校核。若發現部件之間存在幾何干涉，系統就會報出錯誤信息，需要對其進行修改，直至符合要求。
該組合機床需要檢查的部分有：齒輪與非嚙合齒輪是否碰撞；齒輪與軸、套是否碰撞；齒輪與箱體壁是否碰撞；齒輪與螺紋上凸台是否碰撞；軸承與軸承是否干涉；液壓泵體及其接頭與傳動軸端是否碰撞等多種。
完成上述工作之後，BCAD系統可以自動繪制出閥體多軸箱的總裝圖、裝配表、箱體和箱蓋等補充加工圖，以及變位齒輪、專用件零件圖、零件明細表等。多軸箱的總裝圖可見附錄。
工件的定位，即限制工件裝夾使其在夾具中維持確定的合適位置，需按照六點定位原理並避免整體欠定位和過定位現象的出現[13]。夾具支承系統，需要支持夾具的夾緊力、工作時的切削力還有工件的部分反沖力。定位支承系統平台是產品的設計基礎，合理地對其設計與選擇是保證機床穩定和定位精度關鍵部分。
圖5.1 閥體定位機構
分析閥體外形可知，其左右端面具有平整的支撐面，可以用作定位面，在與端面呈90°的方向上加工兩個孔，分別用於一個圓柱定位銷和一個菱形定位銷的配合安裝，滿足「一面兩銷」定位的需求。該定位方式限制閥體零件的6個自由度，實現完全固定。定位銷選擇插拔銷機構，如圖5.1所示。當閥體零件完成加工後，撤回所用的菱形銷和圓柱銷，完成一個工作循環。
5.2 夾緊機構
夾緊動力部件、中間傳動部件以及夾緊元件三個部分共同組成被加工件的夾緊機構。這三個部分的作用分別是：夾緊動力部件用於提供力源，然後把作用力傳送給中間傳動機構；中間傳動機構可以改變作用力的方向與大小，同時能啟動自鎖功能，使得在加工過程中出現力源消失意外情況時，工件在切削力或者振動的作用下仍能被夾緊；夾緊元件是用於承受由中間傳動機構所傳送的夾緊力，同時與工件直接接觸進行夾緊動作。
組合機床夾具的夾緊機構種類較多，按夾緊特性分類，有直接夾緊機構與自鎖夾緊機構兩種；按夾緊力來源分類，有手動夾緊與自動夾緊機構兩種，且自動夾緊機構又包括氣動、液壓、自動扳手和彈簧夾緊機構等多種。
設計夾緊機構之前應將如下幾項確定：夾緊力作用點、方向與大小；夾緊動力的種類；合理的夾緊機構示意圖與傳動方式等。其中夾緊力的作用點和方向在制定機床方案時進行確定，在被加工零件工序圖中被標明。
圖5.2 閥體夾緊機構
圖5.2為閥體夾緊機構，該工件的夾緊機構選用液壓缸驅動，液壓缸活塞桿上安裝有螺釘，螺釘與楔鐵連接，液壓油帶動活塞桿和楔鐵運動實現夾緊與放鬆。楔鐵上有兩個作用斜面，其中一個斜面坡度較小，在壓塊與工件接觸後緩慢夾緊時起作用，以提高夾緊和防松工件時的平穩性；另外一個斜面坡度較大，在壓塊進行快進和快退操作時起作用，減少輔助加工時間，提高生產效率。
5.3 刀具導向機構
圖5.3為加工閥體所用刀具的導向機構，使用滑移式鑽模板作為主要支承元件。根據閥體端面的定位基準尺寸，為了能夠讓鑽孔導向套盡量接近被加工件的表面，在夾具設計過程時，需要將鑽模板設計為可滑移式。為了當松開緊固螺釘時滑移鑽模板可到達規定位置，在夾具體兩端加工一個定位槽，在鑽模板底部安裝相應的定位鍵，從而並確保模板調整後的位置精度較高。
圖5.3 閥體刀具導向機構
5.4 機床行程式控制制
圖5.4為機床的工作行程，閥體端面尺寸較小，端面孔分布范圍小，主軸箱主軸強度能夠滿足技術要求。因此，可以對端面的孔系進行同時加工，中間滑台可以設置在夾具下面，通過滑座上滑台的移動來達到在兩工位之間移動的目的（移動式工作台)，本多工位移動式工作台通過液壓驅動（滑台油缸：缸徑為130，行程為200），為避免加工中工件振動，保證較高的加工精度，移動工作台通過使其頂在死擋鐵上進行夾緊，移動工作台利用電氣擋鐵控制其各項動作，主要控制其壓力和行程兩方面內容，然後發出工作台進行移位動作後的定位信號。壓力控制是通過壓力繼電器，能夠保證移動工作台無縫隙頂緊在死擋鐵上，保證其高定位精度。行程式控制制則是通過電氣限位開關，工作台能夠穩定到位，避免在只有壓力控制情況下，因意外故障導致壓力升高，發出錯誤的動作信號。另外，本組合機床為了避免移動工作台進行定位時產生過大的沖擊，選擇使用行程節流閥，使移動工作台能夠實現先快進，再慢進，讓動撞塊接近定位擋鐵（定撞塊)時速度放緩，實現平穩停靠的目的。
圖5.4 機床工作行程
㈡ 數控機床如何選用數控系統
數控系統包括數控裝置，進給驅動（進給速度控制單元和伺服電機）、主軸驅動（主軸速度控制單元和主軸電機）和檢測元件。選用數控系統時應包括以上內容。
1、數控裝置的選擇
（1）類型的選擇
根據數控機床類型選擇相應的數控裝置，一般來說，數控裝置有適用於車、鑽、鏜、銑、磨、沖壓、電火花切割等加工類型，應有針對性的進行選擇。
（2）性能的選擇
不同的數控裝置，其性能高低差別很大，入控制軸數有單軸，2軸，3軸，4軸，5軸，甚至10多軸，20多軸；聯動軸數有2軸或3軸以上，最高進給速度有10m/min,15m/min,24m/min,240m/min；解析度有0.01mm,0.001mm,0.0001mm。這些指標不同，價格亦不同，應根據機床實際需要，如一般車削加工選用2軸或4軸（雙刀架）控制，平面零件加工選用3軸以上聯動。不要追求最新最高水平，應合理選擇。
（3）功能的選擇
一個數控系統有很多功能，包括基本功能----數控裝置必備功能；選擇功能---供用戶選擇的功能。選擇功能有的是為了解決不同的加工對象，有的為了提高加工質量，有的為了方便編程，有的為了改善操作和維修性能。有的選擇功能是相關的，選擇這項還必須選另一項。因此要根據機床的設計要求來選擇，不要不加分析，選擇功能過多步驟，而把相關功能漏訂，使數控機床功能降低，造成不必要的損失。
選擇功能中的可編程序控制器有內裝和獨立型兩種。最好選用內裝型，它有不同型號，首先要根據數控裝置與機床之間的輸入輸出信號點數來選擇。選用的點數要筆實用點數稍多一些，一杯可能追加和變更控制性能的需要。其次要估計順序程序規模選擇存儲容量。程序規模隨著機床復雜程度的增加，存儲容量也隨著增大，要根據具體情況合理選擇。還有處理時間、指令功能、定時器、計數器、內部繼電器等技術規格，數量也應滿足設計要求。
（4）價格的徐澤
不同國家、不同的數控裝置製造廠家，生產的不同規格產品，價格上有很大差異，應在滿足控制類型、性能、功能選擇的基礎上，綜合分析性能價格比，選擇性能價格比高的數控裝置，以便降低成本。
（5）技術服務的選擇
在選擇符合技術要求的數控裝置時，還要考慮到生產廠家的信譽，產品使用說明等文件資料是否齊全，能不能給用戶培訓編程、操作和維修人員。有無專門的技術服務部門，長期提供零備件和及時的維修服務，以利發揮技術經濟效益。
2、進給驅動的選擇
（1）優先選用交流伺服電機，因為它與直流電機比較，轉子慣量小，動態響應好，輸出功率大，轉速高，結構簡單，成本較低，應用環境不受限制。
（2）通過正確計算加在電機軸上的負載條件來選擇合適規格的伺服電機。
（3）進給驅動製造廠家對生產的進給速度控制單元和伺服電機提供系列的成套產品，所以當選好伺服電機之後，由產品說明書選用相應的速度控制單元。
3、主軸驅動的選擇
（1）優先選用主流主軸電機，因為它沒有像直流主軸電機那樣的換向、高轉速和大容量的限制，恆功率調速范圍大，雜訊低，價格便宜。目前國際上已有85%數控機床採用交流主軸驅動。
（2）按下列原則選擇主軸電機：
①根據不同的機床計算出切削功率，所選電機應滿足這個要求；②根據要求的主軸加減速時間，計算出電機功率不應超過電機的最大輸出功率；③在要求主軸頻繁起、制動的場合、必須計算出平均功率，其值不能超過電機連續額定輸出功率；④在要求恆表面受到控制的場合，則恆表面速度控制所需的切削功率和加速所需功率兩者之和，應在電機能夠提供的功率范圍之內。
（3）主軸驅動製造廠家對生產的主軸速度控制單元和主軸電機提供系列的成套產品，所以當選好主軸電機之後，由產品說明書選用相應的主軸速度控制單元。
（4）需要主軸作定向控制時，根據機床實際情況，選用位置編碼器或磁性感測器來實現主軸定向控制。
4、檢測元件的選擇
（1）根據數控系統位置控制方案，對機床直線位移採用直接或間接測量，而選用直線型或旋轉型檢測元件。目前數控機床廣泛採用半閉環控制，選用旋轉型角度測量元件（旋轉變壓器、脈沖編碼器）。
（2）根據數控機床要求檢測精度還是速度，選用位置或轉速檢測元件（測試發電機、脈沖編碼器）。一般來說，大型機床以滿足速度要求為主，高精度、中小型機床以滿足精度為主。選擇檢測元件其解析度一般要比加工精度高一個數量級。
（3）目前數控機床最常用的檢測元件是光電脈沖編碼器，它根據數控機床的滾珠絲杠螺距、數控系統的最小移動但聞、指令倍率和檢測倍率等來選用相應規格的脈沖編碼器。
（4）選擇檢測元件時，要考慮到數控裝置有相應的介面電路。
㈢ 關於變頻器的問題
變頻器工作原理
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。
1. 電機的旋轉速度為什麼能夠自由地改變？
*1: r/min
電機旋轉速度單位：每分鍾旋轉次數，也可表示為rpm.
例如：2極電機 50Hz 3000 [r/min]
4極電機 50Hz 1500 [r/min]
結論：電機的旋轉速度同頻率成比例
本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業中所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以後簡稱為電機）的旋轉速度近似地確決於電機的極數和 頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由於該極數值不是一個連續的數值（為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以一般不適和通過改變該值 來調整電機的速度。
另外，頻率能夠在電機的外面調節後再供給電機，這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。
因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調速設備的優選設備。
n = 60f/p
n: 同步速度
f: 電源頻率
p: 電機極對數
結論：改變頻率和電壓是最優的電機控制方法
如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時會使電機出於過電壓（過勵磁），導致電機可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時，電壓卻不可以繼續增加，最高只能是等於電機的額定電壓。
例如：為了使電機的旋轉速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V
2. 當電機的旋轉速度（頻率）改變時，其輸出轉矩會怎樣？
*1: 工頻電源
由電網提供的動力電源（商用電源）
*2: 起動電流
當電機開始運轉時，變頻器的輸出電流
變頻器驅動時的起動轉矩和最大轉矩要小於直接用工頻電源驅動
電機在工頻電源供電時起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產生一個大的起動起動電流。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機起動電流和沖擊要小些。
通常，電機產生的轉矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。減小的實際數據在有的變頻器手冊中會給出說明。
通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區電機也可輸出足夠的轉矩。
3. 當變頻器調速到大於50Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低
通常的電機是按50Hz電壓設計製造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恆轉矩調速. (T=Te P=Pe)
變頻器輸出頻率大於50Hz頻率時，電機產生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。
當電機以大於50Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。
舉例，電機在100Hz時產生的轉矩大約要降低到50Hz時產生轉矩的1/2。
因此在額定頻率之上的調速稱為恆功率調速. (P=Ue*Ie)
4. 變頻器50Hz以上的應用情況
大家知道 對一個特定的電機來說 其額定電壓和額定電流是不變的。
如變頻器和電機額定值都是: 15kW/380V/30A 電機可以工作在50Hz以上。
當轉速為50Hz時 變頻器的輸出電壓為380V 電流為30A. 這時如果增大輸出頻率到60Hz 變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A. 很顯然輸出功率不變. 所以我們稱之為恆功率調速.
這時的轉矩情況怎樣呢?
因為P=wT (w:角速度 T:轉矩). 因為P不變 w增加了 所以轉矩會相應減小。
我們還可以再換一個角度來看:
電機的定子電壓 U = E + I*R (I為電流 R為電子電阻 E為感應電勢)
可以看出 UI不變時 E也不變.
而E = k*f*X (k:常數 f: 頻率 X:磁通) 所以當f由50--60Hz時 X會相應減小
對於電機來說 T=K*I*X (K:常數 I:電流 X:磁通) 因此轉矩T會跟著磁通X減小而減小.
同時 小於50Hz時 由於I*R很小 所以U/f=E/f不變時 磁通(X)為常數. 轉矩T和電流成正比. 這也就是為什麼通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉矩)能力. 並稱為恆轉矩調速(額定電流不變--最大轉矩不變)
結論: 當變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時 電機的輸出轉矩會減小.
5. 其他和輸出轉矩有關的因素
發熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉矩能力。
載波頻率: 一般變頻器所標的額定電流都是以最高載波頻率 最高環境溫度下能保證持續輸出的數值. 降低載波頻率 電機的電流不會受到影響。但元器件的發熱會減小。
環境溫度：就象不會因為檢測到周圍溫度比較低時就增大變頻器保護電流值.
海拔高度: 海拔高度增加 對散熱和絕緣性能都有影響.一般1000m以下可以不考慮. 以上每1000米降容5%就可以了.
6. 矢量控制是怎樣改善電機的輸出轉矩能力的？
*1: 轉矩提升
此功能增加變頻器的輸出電壓（主要是低頻時），以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉矩損失，從而改善電機的輸出轉矩。
$ 改善電機低速輸出轉矩不足的技術
使用"矢量控制"，可以使電機在低速如(無速度感測器時)1Hz（對4極電機，其轉速大約為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最大約為額定轉矩的150％）。
對於常規的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由於勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。變頻器的這個功能叫做"轉矩提升"（*1）。
轉矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉矩並不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機產生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。
"矢量控制"把電機的電流值進行分配，從而確定產生轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數值。
"矢量控制"可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。
1、什麼是變頻器？
變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。
2、PWM和PAM的不同點是什麼？
PWM是英文Pulse Width Molation(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節輸出量和波形的一種調值方式。
PAM是英文Pulse Amplitude Molation (脈沖幅度調制) 縮寫，是按一定規律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節輸出量值和波形的一種調制方式。
3、電壓型與電流型有什麼不同？
變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流迴路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流迴路濾波石電感。
4、為什麼變頻器的電壓與電流成比例的改變？
異 步電動機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過電流之間相互作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那麼磁通就過大，磁迴路飽和，嚴重時將燒毀 電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。這種控制方式多用於 風機、泵類節能型變頻器。
5、電動機使用工頻電源驅動時，電壓下降則電流增加；對於變頻器驅動，如果頻率下降時電壓也下降，那麼電流是否增加？
頻率下降（低速）時如果輸出相同的功率則電流增加但在轉矩一定的條件下電流幾乎不變。
6、採用變頻器運轉時，電機的起動電流、起動轉矩怎樣？
采 用變頻器運轉，隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據機種不同，為125%~200%)。用工頻電源直接起動 時，起動電流為6~7倍，因此，將產生機械電氣上的沖擊。採用變頻器傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2~1.5倍，起動轉 矩為70%~120%額定轉矩；對於帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上，可以帶全負載起動。
7、V/f模式是什麼意思？
頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在回答4說明。V與f的比例關系是考慮了電機特性而預先決定的，通常在控制器的存儲裝置（ROM）中存有幾種特性，可以用開關或標度盤進行選擇
8、按比例地改V和f時，電機的轉矩如何變化？
頻 率下降時完全成比例地降低電壓，那麼由於交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產生地轉矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f要使輸出電壓提高 一些以便獲得一定地起動轉矩這種補償稱增強起動。可以採用各種方法實現有自動進行的方法、選擇V/f模式或調整電位器等方法
9、在說明書上寫著變速范圍60~6Hz，即10：1，那麼在6Hz以下就沒有輸出功率嗎？
在6Hz以下仍可輸出功率，但根據電機溫升和起動轉矩的大小等條件，最低使用頻率取6Hz左右，此時電動機可輸出額定轉矩而不會引起嚴重的發熱問題。變頻器實際輸出頻率（起動頻率）根據機種為0.5~3Hz.
10、對於一般電機的組合是在60Hz以上也要求轉矩一定，是否可以？
通常情況下時不可以的。在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）電壓不變，大體為恆功率特性，在 高速下要求相同轉矩時，必須注意電機與變頻器容量的選擇。
11、所謂開環是什麼意思？
給所使用的電機裝置設速度檢出器（PG），將實際轉速反饋給控制裝置進行控制的，稱為「閉環 」，不用PG運轉的就叫作「開環」。通用變頻器多為開環方式，也有的機種利用選件可進行PG反饋.
12、實際轉速對於給定速度有偏差時如何辦？
開環時，變頻器即使輸出給定頻率，電機在帶負載運行時，電機的轉速在額定轉差率的范圍內（1%~5%）變動。對於要求調速精度比較高，即使負載變動也要求在近於給定速度下運轉的場合，可採用具有PG反饋功能的變頻器（選用件）。
13、如果用帶有PG的電機，進行反饋後速度精度能提高嗎？
具有PG反饋功能的變頻器，精度有提高。但速度精度的植取決於PG本身的精度和變頻器輸出頻率的解析度。
14、失速防止功能是什麼意思？
如 果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠遠超過轉速（電角頻率）的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運轉停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機 繼續運轉，就要檢出電流的大小進行頻率控制。當加速電流過大時適當放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結合起來就是失速功能。
15、有加速時間與減速時間可以分別給定的機種，和加減速時間共同給定的機種，這有什麼意義？
加減速可以分別給定的機種，對於短時間加速、緩慢減速場合，或者對於小型機床需要嚴格給定生產節拍時間的場合是適宜的，但對於風機傳動等場合，加減速時間都較長，加速時間和減速時間可以共同給定。
16、什麼是再生制動？
電動機在運轉中如果降低指令頻率，則電動機變為非同步發電機狀態運行，作為制動器而工作，這就叫作再生（電氣）制動。
17、是否能得到更大的制動力？
從電機再生出來的能量貯積在變頻器的濾波電容器中，由於電容器的容量和耐壓的關系，通用變頻器的再生制動力約為額定轉矩的10%~20%。如採用選用件制動單元，可以達到50%~100%。
18、請說明變頻器的保護功能?
保護功能可分為以下兩類：
（1） 檢知異常狀態後自動地進行修正動作，如過電流失速防止，再生過電壓失速防止。
（2） 檢知異常後封鎖電力半導體器件PWM控制信號，使電機自動停車。如過電流切斷、再生過電壓切斷、半導體冷卻風扇過熱和瞬時停電保護等。
19、為什麼用離合器連續負載時，變頻器的保護功能就動作？
用離合器連接負載時，在連接的瞬間，電機從空載狀態向轉差率大的區域急劇變化，流過的大電流導致變頻器過電流跳閘，不能運轉。
20、在同一工廠內大型電機一起動，運轉中變頻器就停止，這是為什麼？
電機起動時將流過和容量相對應的起動電流，電機定子側的變壓器產生電壓降，電機容量大時此壓降影響也大，連接在同一變壓器上的變頻器將做出欠壓或瞬停的判斷，因而有時保護功能（IPE）動作，造成停止運轉。
21、什麼是變頻解析度？有什麼意義？
對於數字控制的變頻器，即使頻率指令為模擬信號，輸出頻率也是有級給定。這個級差的最小單位就稱為變頻解析度。
變 頻解析度通常取值為0.015~0.5Hz.例如，解析度為0.5Hz，那麼23Hz的上面可變為23.5、24.0 Hz，因此電機的動作也是有級的跟隨。這樣對於像連續卷取控制的用途就造成問題。在這種情況下，如果解析度為0.015Hz左右，對於4級電機1個級差為 1r/min 以下，也可充分適應。另外，有的機種給定解析度與輸出解析度不相同。
22、裝設變頻器時安裝方向是否有限制。
變頻器內部和背面的結構考慮了冷卻效果的，上下的關系對通風也是重要的，因此，對於單元型在盤內、掛在牆上的都取縱向位，盡可能垂直安裝。
23、不採用軟起動，將電機直接投入到某固定頻率的變頻器時是否可以？
在很低的頻率下是可以的，但如果給定頻率高則同工頻電源直接起動的條件相近。將流過大的起動電流（6~7倍額定電流），由於變頻器切斷過電流，電機不能起動。
24、電機超過60Hz運轉時應注意什麼問題？
超過60Hz運轉時應注意以下事項
(1)機械和裝置在該速下運轉要充分可能（機械強度、雜訊、振動等）。
（2） 電機進入恆功率輸出范圍，其輸出轉矩要能夠維持工作（風機、泵等軸輸出功率於速度的立方成比例增加，所以轉速少許升高時也要注意）。
(3) 產生軸承的壽命問題，要充分加以考慮。
（4） 對於中容量以上的電機特別是2極電機，在60Hz以上運轉時要與廠家仔細商討。
25、變頻器可以傳動齒輪電機嗎？
根據減速機的結構和潤滑方式不同，需要注意若干問題。在齒輪的結構上通常可考慮70~80Hz為最大極限，採用油潤滑時，在低速下連續運轉關繫到齒輪的損壞等。
26、變頻器能用來驅動單相電機嗎？可以使用單相電源嗎？
機基本上不能用。對於調速器開關起動式的單相電機，在工作點以下的調速范圍時將燒毀
輔助繞組；對於電容起動或電容運轉方式的，將誘發電容器爆炸。變頻器的電源通常為3相，但對於小容量的，也有用單相電源運轉的機種。
27、變頻器本身消耗的功率有多少？
它與變頻器的機種、運行狀態、使用頻率等有關，但要回答很困難。不過在60Hz以下的變頻器效率大約為94%~96%，據此可推算損耗，但內藏再生制動式（FR-K）變頻器，如果把制動時的損耗也考慮進去，功率消耗將變大，對於操作盤設計等必須注意。
28、為什麼不能在6~60Hz全區域連續運轉使用？
一般電機利用裝在軸上的外扇或轉子端環上的葉片進行冷卻，若速度降低則冷卻效果下降，因而不能承受與高速運轉相同的發熱，必須降低在低速下的負載轉矩，或採用容量大的變頻器與電機組合，或採用專用電機。
29、使用帶制動器的電機時應注意什麼？
制動器勵磁迴路電源應取自變頻器的輸入側。如果變頻器正在輸出功率時制動器動作，將造成過電流切斷。所以要在變頻器停止輸出後再使制動器動作。
30、想用變頻器傳動帶有改善功率因數用電容器的電機，電機卻不動，清說明原因
變頻器的電流流入改善功率因數用的電容器，由於其充電電流造成變頻器過電流(OCT)所以不能起動，作為對策，請將電容器拆除後運轉，甚至改善功率因數，在變頻器的輸入側接入AC電抗器是有效的。
31、變頻器的壽命有多久？
變頻器雖為靜止裝置，但也有像濾波電容器、冷卻風扇那樣的消耗器件，如果對它們進行定期的維護，可望有10年以上的壽命。
32、變頻器內藏有冷卻風扇，風的方向如何？風扇若是壞了會怎樣？
對於小容量也有無冷卻風扇的機種。有風扇的機種，風的方向是從下向上，所以裝設變頻器的地方，上、下部不要放置妨礙吸、排氣的機械器材。還有，變頻器上方不要放置怕熱的零件等。風扇發生故障時，由電扇停止檢測或冷卻風扇上的過熱檢測進行保護
33、濾波電容器為消耗品，那麼怎樣判斷它的壽命？
作為濾波電容器使用的電容器，其靜電容量隨著時間的推移而緩緩減少，定期地測量靜電容量，以達到產品額定容量的85%時為基準來判斷壽命。
34、裝設變頻器時安裝方向是否有限制。
應基本收藏在盤內，問題是採用全封閉結構的盤外形尺寸大，佔用空間大，成本比較高。其措施有：
（1）盤的設計要針對實際裝置所需要的散熱；
（2）利用鋁散熱片、翼片冷卻劑等增加冷卻面積；
（3） 採用熱導管。
此外，已開發出變頻器背面可以外露的型式。
35、想提高原有輸送帶的速度，以80Hz運轉，變頻器的容量該怎樣選擇？
設基準速度為50Hz50Hz以上為恆功率輸出特性。像輸送帶這樣的恆轉矩特性負載增速時，容量 需要增大為80/50≈1.6倍。電機容量也像變頻器一樣增大
㈣ 數控銑床主傳動及控制系統
數控銑床主傳動系統的分析計算與設計摘要:簡要介紹了數控銑床及加工中心的主傳動系統的類型和特點,並重點對兩段變速主傳動變速系統的設計參數和特性參數進行推
導和計算,通過分析這些參數的相互關系及其對結構和性能的影響,得出一些有參考價值的結論。
關鍵詞:傳動系統;功率缺口;扭矩;減速比
主傳動系統是銑床傳動系統的核心環節。傳統的銑床主傳
動系統採用有級傳動方式,其計算和設計方法早已有詳細論
述。隨著機床技術的發展,數控銑床和加工中心的主傳動系統
已普遍採用無級傳動方式。盡管一些大型的機床設計手冊對無
級傳動方式的分析計算和設計方法已有論述,也已形成一些設
計原則,但機械加工對主軸無級傳動系統的要求多種多樣,隨
著機床技術的發展,隨著機床產品設計越來越理性化,在進行
主傳動系統設計時需要對各主要技術參數和特性參數如高、低
檔減速比、主軸額定轉速、功率損失等進行計算,對這些參數的
相互關系和相互影響以及對結構性能的影響進行分析。而以往
的技術文獻對這方面的介紹、論述較為籠統和簡單,有關結論
也顯得簡單,已不能滿足分析和設計要求,因此有必要不斷地
深入研究,完善主傳動計算與設計方法。筆者多年來主管多項
數控銑床和加工中心產品的設計,對各種主傳動系統設計進行
了較深入的分析,積累了較多的分析和設計經驗,對主傳動系
統各主要設計參數和特性參數進行了推導計算和相互關系分
析,得出了一些較為適用的結論,現介紹如下。
1主軸無級傳動系統的特點
主軸無級傳動系統主要由無級調速電機及驅動單元和機
械傳動機構組成。
1.1無級調速電機及驅動主要機械特性
無級調速電機具有轉速拐點,即額定轉速。其特點為:小於
額定轉速的為恆扭矩范圍,大於額定轉速的為恆功率范圍,如
圖1所示。額定轉速一般有500r/min、750r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min等幾種,按照成本原則,通常使用較多的為
1500r/min。如果直接使用額定轉速為1500r/min以上的電機而
不經過機械減速,則輸出的恆功率范圍和低速扭矩較小,不能
滿足很多場合下的正常使用要求。
1.2主軸無級傳動系統中的機械傳動機構種類及特點
(1)直接1:1傳動
可採用電機與主軸組件直聯方式或通過同步帶傳動方式,
結構簡單,易獲得高轉速,但低速扭矩小,一般只適用於高速和
輕切削場合。
(2)直接減速或升速傳動
常採用同步帶傳動方式,也可採用齒輪傳動方式,結構簡
單。對於減速傳動,可擴大恆功率范圍和提高主軸扭矩,但擴大
和提高程度有限,或最高轉速受到限制。對於升速傳動,可獲得
高轉速,但縮小了恆功率范圍,降低了低速扭矩。
(3)高低檔兩段變速傳動
一般採用齒輪兩檔變速機構,可配合較為經濟的額定轉速
較大的無級調速電機,既可獲得較高轉速,又可較大地拓寬恆
功率范圍,提高低速扭矩,適合於要求達到較高轉速且可進行
較大切削量加工的場合。
(4)高、中、低檔三段變速傳動
採用齒輪三檔變速機構,配合較為經濟的額定轉速較大的
無級調速電機,既可獲得較高轉速,又可大大拓寬恆功率范圍,
大大提高低速扭矩,適合於要求達到較高轉速且可進行大切削
量加工的場合,其機械性能幾乎與齒輪有級變速方式相同。但
結構復雜,且由於採用齒輪多級傳動方式,最高轉速受限更大。
目前這種傳動方式很少採用。
從以上介紹可知,各種傳動方式各有優缺點,關鍵是根據
不同的使用要求選擇不同的傳動方式。
1.3關於高低檔兩段變速傳動方式
從以上分析可以看出,採用高低檔兩段變速傳動方式,既
可獲得較高轉速,又可較大的拓寬恆功率范圍,較大的提高低
速扭矩,且結構要比三段變速簡單,因此是較為理想的傳動方
式。特別是,出於對電控系統價格的考慮,我們經常採用額定轉速為1500r/min主軸電機。當選用額定轉速大於或等於
1000r/min的主軸電機,且又要求具有較大的輸出恆功率范圍、
較大的主軸低速扭矩和較高的主軸轉速,則必須採用高低檔兩
段變速傳動方式。
同時可以看出,高低檔兩段變速傳動方式的計算和設計要
比直接傳動方式復雜得多。不同的參數選擇可導致機械性能的
不同,並適應於不同的使用要求。因此,導出各設計參數的計算
公式,分析各參數選擇對機械性能的影響,分析參數選擇與結
構設計的關系,這對於主軸無級調速系統的設計,對於如何通
過計算和設計達到數控機床的預定的技術要求,實現較好的制
造工藝性和性能價格比,將具有重要的意義。
2高低檔兩段變速傳動系統的計算和分析
高低檔兩段變速傳動機構具有多種形式,但其分析計算是
一樣的。在進行機床產品設計時,一般情況下,是根據產品定
位、用途、技術要求等因素,確定主電機功率及其額定轉速、主
軸最高轉速、主軸最大扭矩等主要參數,再根據這些主要參數
和結構要求特點,計算和確定主傳動高檔和低檔減速比,及確
定其它參數和結構參數,進行結構設計。由於採用兩檔傳動方
式,可能會產生在一定速度范圍內功率損失的現象,這就是所
謂的功率缺口。盡可能降低功率缺口也是確定主傳動高檔和低
檔減速比的主要依據之一。
2.1高低檔減速比計算
2.5參數選擇綜合分析和確定
以上算式反映了各主要技術參數的關系,對設計參數選
擇、技術特性分析、結構設計和分析具有重要作用。
(1)低檔減速比對機械特性的影響和減速比選擇
根據式(1),低檔減速比由主軸最大扭矩和電機最大扭矩
決定。主軸最大扭矩越大,則低檔減速比越大;反過來,低檔減
速比越大,則主軸最大扭矩越大。同時,根據式(3),低檔減速比
越大,則主軸額定轉速越小,即恆功率范圍就越擴大。但根據式
(5)、(6)、(7),低檔減速比越大,則功率損失或功率缺口越大。
所以必須綜合考慮和分析,選擇較大的低檔減速比,以保證得
到較大的主軸最大扭矩和恆功率范圍,但低檔減速比又不能太
大,否則功率損失太大,影響機床機械特性的程度大,達不到正
常使用要求。一般選擇低檔減速比為3.5~5較為合適,具體選
擇要綜合根據具體技術要求和使用要求而定。
(2)高檔減速比對機械特性的影響和減速比選擇
以往的技術文獻對高檔減速比的分析極少,只簡單指出高
檔減速比一般為1。
根據式(5)、(6)、(7),高檔減速比越大,則功率損失越小;
同時根據式(3)和式(10),高檔減速比越大,則功率缺口轉速范
圍越小。所以,高檔減速比大對機械特性是好的。但也是根據式
(2),在主軸最高轉速一定的情況下,高檔減速比越大,則電機
使用最高轉速也越大。我們知道,在進行設計選擇時,不一定選
擇到電機真正的最高轉速,至於選擇多大,要進行綜合分析。從
以上分析可知,電機使用最高轉速越大,則對機械特性越好,但
電機使用最高轉速越大,對機械結構穩定性和機械加工精度要
求也越高,成本增加,經濟性降低,在一定程度上成為矛盾。所
以,一般選擇高檔減速比為1~1.5,而不必限制為1。
(3)功率缺口的分析
根據式(5),在電機特性和主軸最高轉速確定後,最低功率
與高、低檔減速比有關。選擇大的高檔減速比和小的低檔減速
比,則最低功率就越大,即功率損失就越小。但從以上的分析也
已知道,高檔減速比大則對機械結構穩定性和機械加工精度要
求就高;低檔減速比小,則會導致主軸最大扭矩小和恆功率范
圍小,影響機械特性。這是一個矛盾。我們可以加大主電機額定
功率來彌補功率損失的影響,這樣又會加大成本。所以,在一般
情況下,是允許功率缺口存在的,允許功率缺口的大小視具體
使用要求和技術要求而定,一般為不大於1.2~1.5,特殊情況下
可以大些。
3結束語
在進行數控銑床或加工中心的兩段變速主傳動系統設計
時,必須對主要設計參數、機械特性和使用要求進行綜合考慮
和分析,既要實現好的機械特性和滿足使用要求,又要滿足制
造工藝性和適應經濟性要求。根據筆者經驗,一般取高檔減速
比為1~1.5;低高檔減速比為3.5~5;功率缺口一般為不大於
1.2～1.5。
參考文獻:
[1]現代實用機床設計手冊編委會.現代實用機床設計手冊[M].北京:
機械工業出版社,2006.