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四方變頻器在數(shù)控雕刻機上的應用
一、引言
目前，數(shù)控雕刻機逐漸成為各行業(yè)生產(chǎn)的必備專業(yè)工具。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)動設備在各生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展應用，數(shù)控雕刻機日益成為當今雕刻行業(yè)的主流配置。
主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機的重要組成部件，其性能對數(shù)控雕刻機整機的性能有著至關(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)控雕刻機主軸拖動系統(tǒng)上的應用。
二、雕刻機的組成及工作原理
當今主流數(shù)控雕刻機是由計算機、雕刻機控制器、雕刻機主體三部分組成，其工作原理是通過計算機內(nèi)配置的專用雕刻軟件進行圖樣設計和排版，經(jīng)由計算機把設計與排版的信息傳送至雕刻機控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動步進電機或伺服電機的脈沖信號，控制雕刻機主體上X、Y、Z三軸的雕刻走刀定位。同時，控制器啟動變頻器，帶動主軸電機的雕刻頭高速旋轉(zhuǎn)，對固定于主機工作臺上的加工材料進行切削、鉆銑，即可雕刻出在計算機中設計的各種平面或立體的浮雕圖形及文字，實現(xiàn)雕刻自動化作業(yè)，按照不同的加工材質(zhì)和工藝要求，可以搭配不同的專用配置刀具。
三、數(shù)控雕刻機的主軸控制系統(tǒng)
主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機的重要組成部件，其性能對數(shù)控雕刻機整機的性能有著至關(guān)重要的影響。
數(shù)控雕刻機要求主軸系統(tǒng)采用無級變速，目前多采用變頻器驅(qū)動異步交流電機來實現(xiàn)。主軸電機多采用兩極高速無刷水冷電機，噪音小、切割力度大。運行轉(zhuǎn)速一般在0～24000r/min，對應的變頻器運行頻率為0～400Hz。為了提高加工效率，大型的雕刻機會裝有多個主軸機頭，一臺變頻器同時驅(qū)動多個主軸電機工作。
四方變頻器以其獨特超強的性能和優(yōu)越的性價比，滿足了主軸要求調(diào)速范圍廣、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度高、過載能力強、低速力矩大、加減速時間短等方面的性能特點，在國內(nèi)雕刻機市場占有相當大市場份額。
其中C300系列小功率無感矢量型變頻器，其體積小巧、高性價比，多應用于主軸功率低于3.7KW的雕刻機系統(tǒng)。E380系列通用型變頻器與H320系列高頻型變頻器則適合大功率主軸，其功率大、切削時轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，廣泛應用于5.5KW、及5.5KW以上的雕刻機和雕銑機系統(tǒng)。
四、主軸系統(tǒng)的電氣接線圖及變頻器參數(shù)設置
雕刻機供電系統(tǒng)有單相220V和三相380V。大多數(shù)機型采用單相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，對應運行頻率為0~400Hz。此方式可以對主軸實現(xiàn)無級調(diào)速，根據(jù)不同的雕刻對象或者雕刻工藝，實時改變主軸切削轉(zhuǎn)速。廣泛應用于要求雕刻工藝較高、較精細的中高端雕刻機。
變頻器的安裝接線簡圖如下：
VC2/GND接受控制器輸出的0~10V模擬量信號，此電壓值與變頻器里參數(shù)設置的調(diào)速頻率范圍對應成正比。FWD/CM為變頻器正轉(zhuǎn)信號，當控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)信號，則控制器上的輸出繼電器動作，繼電器的常開觸點吸合，提供信號給變頻器。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警輸出，接入雕刻機控制器或者外部故障指示回路。
變頻器選擇E380機型時主要功能參數(shù)設置如下：
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功能代碼
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設定值
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備 注
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F0.0
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0
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通用運行模式
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F0.1
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5
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頻率輸入通道選擇外部電壓信號VC2
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F0.4
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0001
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運行命令通道選擇外部端子控制
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F0.6
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0010
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防止主軸反轉(zhuǎn)（主軸禁止反轉(zhuǎn)時設置）
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F0.8
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400Hz
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上限頻率
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F0.10
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3S
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加速時間，可根據(jù)用戶需求更改
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F0.11
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3S
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減速時間，可根據(jù)用戶需求更改
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F1.3
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400Hz
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基本運行頻率
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F2.3
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10V
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VC2輸入的上限電壓（可根據(jù)控制器模擬輸出范圍選擇）
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F2.9
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400Hz
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最大設定頻率（VC2電壓10V時的運行頻率）
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F3.8
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16
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變頻器繼電器輸出選擇故障報警
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注：若選取另外機型，如C300系列和H320系列，對應的功能代碼不同，可根據(jù)相同的功能代碼意義選取對應的功能參數(shù)值來設置。
2、主軸頻率來源為多段速給定的方式
用戶按照雕刻機的加工工藝要求，事先在變頻器參數(shù)里設定好主軸的多個運行頻率，當數(shù)控系統(tǒng)需要不同主軸頻率時，由雕刻控制器輸出的多路數(shù)字量信號，按照事先設定組合方式所對應的變頻器設定運行頻率，能快速的響應用戶編寫的雕刻程序中對主軸轉(zhuǎn)速的要求，使雕刻達到最好效果。此方式運行的主軸非無級調(diào)速，只能運行固定的幾個頻率，一般用于雕刻工藝要求較低的場合和較低端的雕刻機。
變頻器的安裝接線簡圖如下：
FWD/CM為變頻器的正轉(zhuǎn)信號，雕刻機控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)信號啟動主軸電機。X1/X2/X3/CM為多段速選擇的數(shù)字量信號。連接到雕刻機控制器的無源輸出觸點，變頻器根據(jù)X1、X2、X3的不同組合信號選擇設定的頻率運行。
變頻器選擇E380機型時主要功能參數(shù)設置如下：
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功能代碼
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設定值
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備 注
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F0.0
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0
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通用運行模式
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F0.1
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0
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在X1、X2、X3無信號時按F0.2設定頻率運行
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F0.4
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0001
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運行命令通道選擇外部端子控制
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F0.6
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0010
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防止主軸反轉(zhuǎn)（主軸禁止反轉(zhuǎn)時設置）
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F0.8
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400Hz
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上限頻率
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F0.10
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3S
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加速時間，可根據(jù)用戶需求更改
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F0.11
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3S
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減速時間，可根據(jù)用戶需求更改
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F1.3
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400Hz
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基本運行頻率
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F3.0
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1
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多段速選擇1（多功能輸入X1）
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F3.1
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2
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多段速選擇2（多功能輸入X2）
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F3.2
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3
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多段速選擇3（多功能輸入X3）
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F3.8
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16
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變頻器繼電器輸出選擇故障報警
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F5.1
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50Hz
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多段速頻率1（X1ON、X2OFF、X3OFF）
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F5.2
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100Hz
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多段速頻率2（X1OFF、X2ON、X3OFF）
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F5.3
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200Hz
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多段速頻率3（X1ON、X2ON、X3OFF）
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F5.4
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250Hz
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多段速頻率4（X1OFF、X2OFF、X3ON）
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F5.5
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300Hz
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多段速頻率5（X1ON、X2OFF、X3ON）
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F5.6
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350Hz
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多段速頻率6（X1OFF、X2ON、X3ON）
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F5.7
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400Hz
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多段速頻率7（X1ON、X2ON、X3ON）
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在客戶要求減速時間較短的場合，可根據(jù)需要選配接制動電阻，接入主回路端子的P+/PB之間。制動電阻功率可參考說明書附錄部分的機器功率等級選擇相匹配的型號。
六、雕刻機的分類及應用行業(yè)
數(shù)控雕刻機按應用可分為：木工雕刻機、石材雕刻機、廣告雕刻機、圓柱雕刻機、工藝雕刻機等。
1、木工雕刻機主要用于木器加工，使其更具美觀價值。
2、石材雕刻機可在石材、陶瓷、瓷磚上雕刻字畫。
3、廣告雕刻機廣泛用于雕刻各類標牌、有機玻璃、石門牌、三維告示牌、裝飾禮品等。
4、圓柱雕刻機也稱立體雕刻機，能在圓柱型物品的表面雕刻。
5、工藝品雕刻機俗稱玉石雕刻機。它的精度高，雕刻速度相對要慢，臺面尺寸也較小，適合做精細的工藝品雕刻。
七、 小結(jié)
國內(nèi)數(shù)控雕刻機廠家主要分布在山東濟南、安徽合肥、江浙滬一帶。其中四方變頻器憑借著出色的性價比、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩特性、完善的售后保證等特點，在群雄逐鹿的雕刻機市場中有著極大地占有率，四方變頻器為雕刻機行業(yè)提供著最穩(wěn)定的主軸動力保證，為雕刻機市場的蓬勃發(fā)展貢獻出強健的力量。
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