專利名稱：一種機床主軸用變頻器控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機床主軸用變頻器控制方法及裝置，屬于機械工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，交流電機調(diào)速用的變頻器性能也日新月異，其調(diào)速范圍寬、精度高、響應(yīng)快，并且應(yīng)用范圍日益寬廣，并且也越來越專用化，在通用變頻器的基礎(chǔ)上發(fā)展出許多專用機型，如風(fēng)機空調(diào)專用型、注塑機專用型、電梯專用型等。這些專用變頻器均針對各自應(yīng)用領(lǐng)域的特點做出了特殊設(shè)計。
機床主軸作為加工機床的核心部件，其運轉(zhuǎn)密切關(guān)系著產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，甚至生產(chǎn)安全。機床主軸是機床上主要的運動部件，同時也是機床振動的主要激振源。一方面，在加工過程往往需要特定的切削速度來保證工藝完成，但是如果該速度剛好落在機床共振頻率附近，并由此引發(fā)機床振動，則加工無法進行或者導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。另一方面，機床主軸箱內(nèi)部的振動也不可忽略，機床的主軸箱雖然經(jīng)過精心設(shè)計，但是變速齒輪在一定速度下運行時相互間撞擊并產(chǎn)生耦合振動也是很常見的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。以上問題反應(yīng)出機床主軸的一個特點機床主軸在一定速度運轉(zhuǎn)時，可能會帶來機床共振或者主軸箱內(nèi)耦合振動。這一特點嚴(yán)重限制了機床的加工能力，影響生產(chǎn)。現(xiàn)有變頻器，在控制系統(tǒng)指定其輸出頻率和輸出電壓后都能很好保持系統(tǒng)指定值。正是現(xiàn)有變頻器的這一特點使得其在控制機床主軸電機轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生問題，正如前所述，穩(wěn)定且一定值得轉(zhuǎn)速會帶來意想不到的主軸振動問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述機床主軸振動問題，提供一種操作方便、調(diào)制效果好，能夠滿足機床主軸抑制振動要求的機床主軸用變頻器控制方法及裝置。
一種機床主軸用變頻器控制裝置，包括變頻器控制電路、逆變器、頻率信號調(diào)制器、速度信號等效器、速度信號補償器，其中變頻器控制電路的輸出連于頻率信號調(diào)制器的輸入，該頻率信號調(diào)制器的輸出既連于與電機相連的逆變器又連于速度信號等效器的輸入，該速度信號等效器的輸出連于與電機相連的速度信號補償器的輸入，該速度信號補償器的輸出連于變頻器的控制電路；其特征在于還包括調(diào)制規(guī)則設(shè)定器，該調(diào)制規(guī)則設(shè)定器分別連于上述頻率信號調(diào)制器和上述速度信號等效器。
一種如權(quán)利要求1所述的機床主軸用變頻器控制方法，其特征在于利用調(diào)制規(guī)則設(shè)定器設(shè)定的調(diào)制規(guī)則分別輸送到頻率信號調(diào)制器和速度信號等效器；由頻率信號調(diào)制器對變頻器控制電路輸出的頻率控制信號按照調(diào)制規(guī)則進行調(diào)制，被調(diào)制的頻率控制信號一方面輸出至逆變器，控制逆變器的輸出，使逆變器的輸出頻率隨著頻率控制信號的變化而變化，從而完成主軸電機轉(zhuǎn)速的調(diào)制，實現(xiàn)避開機床共振頻率和主軸箱齒輪耦合振動；另一方面，被調(diào)制的頻率控制信號輸出至速度信號等效器，由速度信號等效器根據(jù)頻率信號的變化值，以電機極數(shù)和電機轉(zhuǎn)速差系數(shù)為參數(shù)，計算頻率信號變化所產(chǎn)生的電機主軸轉(zhuǎn)速變化值并輸出至速度信號補償器，由速度信號補償器利用該主軸電機轉(zhuǎn)速變化值對電機轉(zhuǎn)速信號進行反向補償，并輸出沒有經(jīng)過調(diào)制的轉(zhuǎn)速信號至變頻器控制電路；所述調(diào)制規(guī)則為偏置規(guī)則或正弦規(guī)則或偏置的正弦規(guī)則，其中A)、所說的偏置規(guī)則為將頻率信號按照指定比例提高或降低；B)、所說的正弦規(guī)則為將頻率信號按照正弦變化的比例進行調(diào)整，該正弦變化幅值和頻率可以指定；c)、所說的偏置的正弦規(guī)則為偏置規(guī)則和正弦規(guī)則的總和，即將頻率信號按照偏置規(guī)則調(diào)制后再進行正弦規(guī)則調(diào)制。
另外，上述一種機床主軸用變頻器控制裝置中，所述的調(diào)制規(guī)則設(shè)定器內(nèi)部包括寄存器寫電路和與上位機的通信電路，偏置比例和正弦幅值比例以及電機極數(shù)和轉(zhuǎn)速差系數(shù)可以由上位機通過調(diào)制規(guī)則設(shè)定器設(shè)定。
另外，上述一種機床主軸用變頻器控制裝置中，所述的頻率信號調(diào)制器和速度信號等效器內(nèi)部的調(diào)制模塊可以為A偏置模塊，其特征在于將頻率信號按照指定比例提高或降低；B正弦模塊，其特征在于將頻率信號按照指定幅值和頻率的正弦變化進行調(diào)整。
另外，上述頻率信號調(diào)制器和速度信號等效器內(nèi)部的調(diào)制模塊的工作狀態(tài)可以是偏置模塊單獨工作或者正弦模塊單獨工作，也可以是偏置模塊和正弦模塊同時工作。
本發(fā)明具有如下效果1、由于對變頻器的輸出頻率進行了調(diào)制，使得機床轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)浮動，可以避免機床主軸引發(fā)的機床共振；2、由于對變頻器的輸出頻率進行了調(diào)制，機床主軸箱內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)浮動，使得齒輪的嚙合隨之不斷變化，避免了產(chǎn)生耦合振動的產(chǎn)生；3、本發(fā)明方法和裝置具有速度信號補償，對原有控制電路沒有影響，且電路簡單，成本低。


圖1是本發(fā)明的一種機床主軸用變頻器控制裝置的示意圖。
圖2、圖3和圖4是本發(fā)明的一種機床主軸用變頻器控制方法的三個較佳實施流程圖。
圖5是本發(fā)明涉及的頻率信號調(diào)制器的電路原理圖；圖6是本發(fā)明涉及的速度信號等效器的電路原理圖；圖7是本發(fā)明涉及的速度信號補償器的電路原理圖；具體實施方式
本發(fā)明的機床主軸用變頻器控制方法及裝置，主要是通過調(diào)制變頻器輸出頻率從而調(diào)制機床主軸轉(zhuǎn)速，從而避免由于機床主軸轉(zhuǎn)動引起的機床共振和機床主軸箱齒輪耦合振動。以下具體介紹本發(fā)明涉及方法和裝置的具體實施方案。
圖2、圖3和圖4為本發(fā)明的一種機床主軸用變頻器控制方法的三個較佳實施流程圖。
圖2中為本發(fā)明的一種機床主軸用變頻器控制方法的一較佳實施流程，包括如下步驟步驟21如圖1所示的變頻器控制電路11正常工作，并輸出頻率信號1；步驟22如圖1所示的調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16設(shè)定頻率信號調(diào)制器13調(diào)制規(guī)則為偏置規(guī)則，步驟21輸出的頻率信號被按照偏置規(guī)則調(diào)制成調(diào)制頻率信號2；步驟25如圖1所示的調(diào)制頻率信號2控制逆變器12輸出調(diào)制后的頻率3；步驟26如圖1所示的電機17輸出速度被調(diào)制成調(diào)制速度7；步驟27如圖1所示的速度信號等效器14按照調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16所設(shè)定的偏置規(guī)則對頻率信號調(diào)制器13傳來的頻率信號調(diào)制變化值4進行速度等效計算產(chǎn)生調(diào)制速度變化值5，并將該調(diào)制速度變化值5輸出到速度信號補償器15，由速度信號補償器15對電機17輸出的調(diào)制速度7進行疊加補償，產(chǎn)生未調(diào)制速度信號6；步驟30變頻器控制電路11接收到未調(diào)制的速度信號6繼續(xù)正常工作。
上述步驟21、步驟22、步驟25、步驟26、步驟27、步驟30在機床主軸用變頻器工作期間重復(fù)執(zhí)行，直到該變頻器停止運轉(zhuǎn)。
圖3為本發(fā)明的一種機床主軸用變頻器控制方法的另一較佳實施流程，包括如下步驟步驟21如圖1所示的變頻器控制電路11正常工作，并輸出頻率信號1；步驟23如圖1所示的調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16設(shè)定頻率信號調(diào)制器13調(diào)制規(guī)則為正弦規(guī)則，步驟21輸出的頻率信號被按照正弦規(guī)則調(diào)制成調(diào)制頻率信號2；步驟25如圖1所示的調(diào)制頻率信號2控制逆變器12輸出調(diào)制后的頻率3；步驟26如圖1所示的電機17輸出速度被調(diào)制成調(diào)制速度7；步驟28如圖1所示的速度信號等效器14按照調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16所設(shè)定的正弦規(guī)則對頻率信號調(diào)制器13傳來的頻率信號調(diào)制變化值4進行速度等效計算產(chǎn)生調(diào)制速度變化值5，并將該調(diào)制速度變化值5輸出到速度信號補償器15，由速度信號補償器15對電機17輸出的調(diào)制速度7進行疊加補償，產(chǎn)生未調(diào)制速度信號6；步驟30變頻器控制電路11接收到未調(diào)制的速度信號6繼續(xù)正常工作。
上述步驟21、步驟23、步驟25、步驟26、步驟28、步驟30在機床主軸用變頻器工作期間重復(fù)執(zhí)行，直到該變頻器停止運轉(zhuǎn)。
圖4為本發(fā)明的一種機床主軸用變頻器控制方法的另一較佳實施流程，包括如下步驟步驟21如圖1所示的變頻器控制電路11正常工作，并輸出頻率信號1；步驟24如圖1所示的調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16設(shè)定頻率信號調(diào)制器13調(diào)制規(guī)則為偏置正弦規(guī)則，步驟21輸出的頻率信號被按照偏置正弦規(guī)則調(diào)制成調(diào)制頻率信號2；步驟25如圖1所示的調(diào)制頻率信號2控制逆變器12輸出調(diào)制后的頻率3；步驟26如圖1所示的電機17輸出速度被調(diào)制成調(diào)制速度7；步驟29如圖1所示的速度信號等效器14按照調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16所設(shè)定的偏置正弦規(guī)則對頻率信號調(diào)制器13傳來的頻率信號調(diào)制變化值4進行速度等效計算產(chǎn)生調(diào)制速度變化值5，并將該調(diào)制速度變化值5輸出到速度信號補償器15，由速度信號補償器15對電機17輸出的調(diào)制速度7進行疊加補償，產(chǎn)生未調(diào)制速度信號6；步驟30變頻器控制電路11接收到未調(diào)制的速度信號6繼續(xù)正常工作。
上述步驟21、步驟24、步驟25、步驟26、步驟29、步驟30在機床主軸用變頻器工作期間重復(fù)執(zhí)行，直到該變頻器停止運轉(zhuǎn)。
圖1為本發(fā)明的機床主軸用變頻器控制裝置一個具體實施案例，它包括變頻器控制電路11、逆變器12、頻率信號調(diào)制器13、速度信號等效器14、速度信號補償器15、調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16以及電機17，其特征在于首先，在變頻器控制電路11的頻率信號輸出端接通頻率信號調(diào)制器13，將頻率信號1輸入到頻率信號調(diào)制器中進行調(diào)制。調(diào)制規(guī)則由調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16設(shè)定。
其次，將頻率信號調(diào)制器13的調(diào)制頻率信號2輸出到逆變器12，同時將頻率信號調(diào)制器13的頻率信號調(diào)制變化值4輸出到速度信號等效器14進行速度等效計算，速度信號等效計算的規(guī)則也有調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16設(shè)定。
最后，逆變器12根據(jù)調(diào)制頻率信號2輸出調(diào)制頻率3至電機17，電機17產(chǎn)生調(diào)制速度信號7，調(diào)制速度信號7經(jīng)速度信號補償器15補償變成為調(diào)制的速度信號6并最終反饋到變頻器控制電路11中。
以上所述頻率信號調(diào)制器13可由圖5所示電路實現(xiàn)，其中偏置比例寄存器131和正弦幅值比例寄存器132的值分別由如圖1所示的調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16給定信號80和81設(shè)定。其中，偏置比例寄存器131存放，需要偏置的比例值。同時正弦幅值比例寄存器132為環(huán)形寄存器，內(nèi)部可存儲一個正弦波形數(shù)據(jù)，并可在運算過程中自動移位。當(dāng)只采用偏置規(guī)則時，正弦幅值比例寄存器132全部置零；當(dāng)只采用正弦規(guī)則時，偏置比例寄存器131置零；當(dāng)采用偏置正弦規(guī)則時，偏置比例寄存器131和正弦幅值比例寄存器132都應(yīng)由調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16設(shè)定相應(yīng)值。所設(shè)偏置比例值和正弦幅值比例可根據(jù)實際使用情況在0至1間進行調(diào)整，而正弦波頻率也可以在0至200Hz甚至更大范圍內(nèi)調(diào)整。
以上所述速度信號等效器14可由圖6所示電路實現(xiàn)，其中電機極數(shù)寄存器133和轉(zhuǎn)速差系數(shù)寄存器134分別由如圖1所示的調(diào)制規(guī)則設(shè)定器16給定信號90和91設(shè)定。其中，電機極數(shù)寄存器133存放主軸電機極數(shù)。同時轉(zhuǎn)速差系數(shù)寄存器134存放電機轉(zhuǎn)速差系數(shù)。速度信號等效器14根據(jù)兩寄存器133、134內(nèi)容以及常數(shù)60和1計算頻率信號調(diào)制變化值4所引起的電機轉(zhuǎn)速變化。
以上所述速度信號補償器15可由圖7所示電路實現(xiàn)。該電路為一減法器，將電機轉(zhuǎn)速信號7減去速度信號等效值5，可以得到?jīng)]有經(jīng)過調(diào)制的電機轉(zhuǎn)速信號6。
以上所述僅為本發(fā)明涉及的一種機床主軸用變頻器控制方法及裝置的一個較佳實施方式，但本發(fā)明的實施范圍并不局限于此例。
權(quán)利要求
1.一種機床主軸用變頻器控制裝置，包括變頻器控制電路、逆變器、頻率信號調(diào)制器、速度信號等效器、速度信號補償器，其中變頻器控制電路的輸出連于頻率信號調(diào)制器的輸入，該頻率信號調(diào)制器的輸出既連于與電機相連的逆變器又連于速度信號等效器的輸入，該速度信號等效器的輸出連于與電機相連的速度信號補償器的輸入，該速度信號補償器的輸出連于變頻器的控制電路；其特征在于還包括調(diào)制規(guī)則設(shè)定器，該調(diào)制規(guī)則設(shè)定器分別連于上述頻率信號調(diào)制器和上述速度信號等效器。
2.一種如權(quán)利要求1所述的機床主軸用變頻器控制方法，其特征在于利用調(diào)制規(guī)則設(shè)定器設(shè)定的調(diào)制規(guī)則分別輸送到頻率信號調(diào)制器和速度信號等效器；由頻率信號調(diào)制器對變頻器控制電路輸出的頻率控制信號按照調(diào)制規(guī)則進行調(diào)制，被調(diào)制的頻率控制信號一方面輸出至逆變器，控制逆變器的輸出，使逆變器的輸出頻率隨著頻率控制信號的變化而變化，從而完成主軸電機轉(zhuǎn)速的調(diào)制，實現(xiàn)避開機床共振頻率和主軸箱齒輪耦合振動；另一方面，被調(diào)制的頻率控制信號輸出至速度信號等效器，由速度信號等效器根據(jù)頻率信號的變化值，以電機極數(shù)和電機轉(zhuǎn)速差系數(shù)為參數(shù)，計算頻率信號變化所產(chǎn)生的電機主軸轉(zhuǎn)速變化值并輸出至速度信號補償器，由速度信號補償器利用該主軸電機轉(zhuǎn)速變化值對電機轉(zhuǎn)速信號進行反向補償，并輸出沒有經(jīng)過調(diào)制的轉(zhuǎn)速信號至變頻器控制電路；所述調(diào)制規(guī)則為偏置規(guī)則或正弦規(guī)則或偏置的正弦規(guī)則，其中A)所說的偏置規(guī)則為將頻率信號按照指定比例提高或降低；B)所說的正弦規(guī)則為將頻率信號按照正弦變化的比例進行調(diào)整，該正弦變化幅值和頻率可以指定；C)所說的偏置的正弦規(guī)則為偏置規(guī)則和正弦規(guī)則的總和，即將頻率信號按照偏置規(guī)則調(diào)制后再進行正弦規(guī)則調(diào)制。
全文摘要
一種機床主軸用變頻器控制方法及裝置，屬于機械工程領(lǐng)域。該方法主要是調(diào)制變頻器控制電路輸出頻率信號，從而調(diào)制變頻器輸出頻率。同時對機床主軸電機轉(zhuǎn)速信號進行反向調(diào)制，使得變頻器控制電路不受調(diào)制電路的影響。經(jīng)過調(diào)制的變頻器輸出可以驅(qū)動主軸電機轉(zhuǎn)速做一定規(guī)律變化從而避開機床共振頻率和主軸箱齒輪耦合振動。其裝置包括變頻器控制電路、逆變器、頻率信號調(diào)制器、速度信號等效器、速度信號補償器及調(diào)制規(guī)則設(shè)定器。結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，能夠有效改善機床振動。
文檔編號H02P23/04GK101087124SQ20071002283
公開日2007年12月12日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者李亮, 何寧, 楊吟飛, 趙威 申請人:南京航空航天大學(xué)