数控车床是典型的机电一体化产品，是集机床、计算机、电机及其驱动、自动控制、检测等技术于一体的自动化设备。 其中，主轴运动是数控车床完成切削任务的重要组成部分，其功率占整个车床功率的70% ~ 80%。 基本上控制的就是主轴的正转、反转、停止，自动换挡，无级调速。 目前，在数控车床中，主轴控制装置通常采用交流变频器来控制交流主轴电机。 为了满足数控车床对主轴驱动的要求，必须具备以下性能:调速范围宽、速度稳定性高；在间歇负载下，电机的速度波动要小；加减速时间短；过载能力强；低噪音、低振动、使用寿命长。 1.主轴变频控制的基本原理可以从异步电机的理论中得知。主轴电机的转速与频率近似成正比，通过改变频率可以平滑地调节电机的转速。至于变频器，它的频率调节范围很宽，可以在0 ~ 400 Hz(甚至更高的频率)之间任意调节，所以主轴电机的转速也可以在很宽的范围内调节。 图1变频器在数控车床中的应用当然，速度提高后，对其轴承和绕组的影响也要考虑进去，防止电机过度磨损和过热，一般可以通过设置最高频率来限制。 图1是变频器在数控车床中的应用，其中变频器与数控装置的连接通常包括:数控装置到变频器的正负信号；从数控装置到变频器的速度或频率信号；状态信号，如变频器的故障到数控装置。 因此，所有关于变频器的操作和反馈都可以被编程并显示在数控面板上。 2.主轴变频控制的系统组成。不使用变频器进行变速传动的数控车床，一般使用时间控制器确认电机转速达到指令速度后开始进给。使用变频器后，机床可以根据指令信号进给，从而提高效率。 如果工件是图2(a)所示的形状，从图中可以看出，对应于工件的AB段，主轴转速保持在1000r/min，对应于BC段，电机驱动主轴以恒定的线速度运动，但转速是连续变化的，从而实现高精度切割。 图2主轴变频器系统原理图。在这个系统中，速度信号通过模拟给定通道(电压或电流)从数控装置传送到变频器。通过设置输入信号的输入输出特性曲线和变频器内部的设定频率，数控装置可以方便自由地控制主轴的速度。 特性曲线必须覆盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极的不同配置，以满足数控车床快速正/反转、自由调速、变速切削的要求。 3.主轴变频器的基本选型目前比较简单的一类变频器是U/f控制，这是一种电压发生模式器件。它以给定的变化模式调节调频过程中的电压。常见的有线性U/f控制(针对恒转矩)和平方U/f控制(针对风机和水泵的变转矩)。 U/f控制的弱点在于低频转矩不足(需要增加转矩)和速度稳定性差(速度范围1: 10)，因此在车床主轴变频的使用中逐渐被淘汰，而矢量控制变频器正在逐渐普及。 在车床主轴控制中，与U/f控制相比，矢量控制具有以下优点:控制特性优良，可与DC电机电枢电流和励磁电流的调节相媲美；能够适应需要高速响应的场合；调速范围宽(1:100)；扭矩控制是可能的。 当然，矢量控制逆变器结构复杂，计算繁琐，而且电机的参数必须存储和频繁使用。 矢量控制分为无速度传感器和无速度传感器两种方式。不同的是，后者的速度控制精度更高(0.5‰)，而前者是(5‰)。而无速度传感器矢量变频器的控制性能在数控车床中已经满足控制要求，所以在很多应用中推荐使用无速度传感器矢量变频器。

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