1  引言
随着电力电子技术的发展，变频器的无级调速，软启动，恒转矩输出极大的满足了机械加工设备对恒速度，恒转矩的要求。数控机床无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机。通过传动带带动主轴旋转，或通过传动带和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。目前由于变频器的高性价比，所以变频器在车床上使用非常普遍。机床设备对电控系统的要求是:调速范围宽(要求在100:1以上);速度控制精度高(在整个调速范围，起制动及运行过程要求运行稳定);定位准确(当下件快速进给后定位时间短、定位行程小，从而可提高加工效率)。
三菱变频器的众多优越性能使其广泛运用于机床行业，我公司应用配备三菱变频器系列的数控机床以后，大大减少了变速传动齿轮的对数，降低噪音，提高主轴精度，有较强的适应各类产品及各种不同材质加工时所需主轴速度配给的特性。并且可以方便实现数控，且其成本大大低于同类由直流调速组成的数控系统。

2  数控车床的功能需求
(1) 控制方式选择用开环矢量控制。需要端子控制作为命令源，二线式端子控制:一个正转命令FWD(STF输入)，一个反转命令REV(STR输入)。
(2) 频率源为模拟量设定(电脑控制板输出0～10VDC)，只需要输入频率指令即可。能保证在300r/min速度下正常切削工作，低速力矩要求比较大。
(3) 加速和减速时间根据客户自身需求，一般在2～3s，需要带制动单元的三菱变频器。需要故障输出信号和故障复位信号。

3  数控车床主要的参数和性能指标
(1) 3.0kW数控车床
电动机参数:
额定功率:3.0kW;
额定频率:50Hz;
额定电压:380V;
额定电流:7.8A;
额定转速:970r/min;
机械传动比:1:1.5;
加工材料:45#钢。
实际测试性能指标:主轴转速:200r/min(三菱变频器运行频率15Hz左右)进刀速度:50mm/min;
单边进刀量:2.5mm(运行的效果很好，实际的进刀速度和单边进刀量还可以加大)。
(2) 5.5kW数控车床
电动机参数:
额定功率:5.5kW;
额定频率:50Hz;
额定电压:380V;
额定电流:13A;
额定转速:1400r/min;
机械传动比:1:1.5;
加工材料:45#钢。
实际测试性能指标:
主轴转速:200r/min(三菱变频器运行频率9～10Hz);
进刀速度:60mm/min;
单边进刀量:2mm;
主轴转速:450r/min(三菱变频器运行频率22Hz左右);
进刀速度:60mm/min;
单边进刀量:4mm(运行的效果很好，实际的进刀速度和单边进刀量还可以加大)。

4  三菱变频器的具体特性和参数设置
变频调速器在机床行业应用必须有两个重要考虑:选用无速度传感器矢量控制的产品，二是要设计在超速运转以提高低速转矩。
(1) 选用三菱系列高性能变频器，通过菜单参数的精心配置和颇费心思的选取，能够使电控系统用简练的设计来实现灵活多样，复杂而巧妙的控制。三菱变频器编程方式灵活，用于数控机床电控系统，具有以下独特的优点:
l 起动、停止平稳，无级调速，调速范围大;
l 工作可靠，能长期连续稳定运行;
l 操作简单方便，维护量小;
l 输出特性能满足数控机床电机的要求。
(2) 采用先进的磁通矢量控制。由于采用了精简指令集计算机RISC微处理芯片，使之具有全新的在线自动调整功能，使电机在不影响启动速度的情况下迅速得到调整，从而在不安装编码器反馈PLG板低速运行时，达到高精度运行和高转矩输出。
(3) 具有多段速度选择功能:三菱变频器外部端子调速可分为模拟量调速和多段速调速。模拟量调速可用电压DC 0-10V或电流DC 4-20mA，进行无级调速。而多段速则采用外部输入端子SD、STF、STR、RL、RM、RH，进行三段速调速。它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/减速时间选择RT、漏型公共输入端SD等端子，SD是输入公共端，STF是启动正转信号，STR是启动反转信号。通过参数设置可以把变频器为低速运行，中速运行，高速运行。可以通过PLC的输出点直接控制输入端子的ON/OFF状态来实现变频器速度的上升、下降和精确停车。每档速度的大小可由变频器功能预置来设定,也可以通过模拟量调速，三菱变频器的多段速调速比模拟量调速有较高优先级。我公司数控车床用0～10V DC模拟电压作为给定量，进行开环调速。具体接线标准见图1。

图1      接线标准图
(4) 运用了三菱首创“柔性脉宽调制”(Soft-PWM)开关方式，实现更低噪音运行，并能减少对外射频干扰，有利于邻近的PLC、旋转编码器的可靠运行。
(5) 调速范围:1:120(0.5Hz-60Hz运行时)，采用自动调整后，可以在不同品牌的电机上实现高精度运行。11kW以下的规格型号内置制动单元，外配制动电阻即可实行直流制动(能耗制动)，实现快速停车。
(6) 主要调试参数

电机参数根据不同数控机床的电机铭牌输入，进行完整调谐。矢量参数为出厂默认值即可。

5  系统设计的注意事项
(1) 低速时的散热情况:因电动机为自冷风扇方式散热冷却，低速时散热条件变差，而负载转矩较大，电动机温度会增加，因此最低转速的设定以电动机表面温差不超过容许值为依据。
(2) 变频调速时因变频器输出含有高次谐波，会在电动机中产生电磁噪音，因此输出端要安装零相杂讯滤波器，见图2，可降低辅射干扰及感应杂讯。     

  

图2      安装零相杂讯滤波器    
(3) 变频器的重要参数设定项目如最高频率，失速等主要参数必须锁定。严防无关人员修改后发生事故。
(4) 在机床行业的应用中,起动时的抖动问题是一项重要的性能指标，所以我们必须通过良好的参数设定，防止机床抖动问题发生。

6  结束语
在现代化人机接口系统中,三菱系列变频器还可以通过PU通讯接口和计算机及多台变频器进行连接，实施数控机床联网，极大方便了数控机床网络化的发展。通过实践证明，无论从空载电流，低速力矩，还是速度的变化，三菱变频器的使用效果都是非常明显的，完全能够满足数控机床的需求。