1、引言
数字控制机床简称数控机床，数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比，是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。
主轴是车床构成中一个重要的部分，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量有着重要的作用。目前，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。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使主轴箱的结构大为简化。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。微能WIN-V63系列变频器以其独特的性能和优越的性价比，在数控机床的应用方面迅速崛起。
2、数控机床对变频技术要求
近几年来，变频器在数控机床上得到了广泛的应用，其中对变频器技术要求如下：
2.1：快速加减速
通常数控机床的加减速时间要求比较短，一般在1~2S左右，需要外接制动电阻
2.2：频率指令和运行指令
一般数控机床控制运行命令来自端子给定，频率给定指令来自模拟量，要求变频器具有较高的模拟量线性度。
2.3：动态响应速度快，稳态精度高
选用矢量控制型变频器，一般动态响应速度较快，同时能够根据负载自动调整速度。
2.4：低频力矩大
要求1~2HZ能够达到150%额定转矩以上。
3深圳微能WIN-V63矢量控制变频器介绍
WIN-V63系列矢量控制通用变频器是深圳市微能科技有限公司研制的新一代矢量控制变频器，低速转矩能力强，控制精度高，超静音运行控制。内置过程PI、简易PLC、摆频运行、16段多段速运行，灵活的输入输出端子，多种频率给定设计等功能模块，把通用需求和行业用户的个性化需求有机地结合起来，提供了高集成的一体化解决方案。先进的设计保证了很高的电网和环境适应能力，可靠性高，先进的设计理念使操作变得简单方便。
WIN-V63系列变频器能满足数控机床对主传动系统无级变速的需求，其主要特点是：体积小，属于“迷你”型产品，占用控制柜空间较小；特别是在低速转矩上满足机床主轴的需求，0.5HZ时起动转矩能够达到180%以上；载波频率范围1-16kHz，有效的减小了主轴系统的啸叫音；提供两路标准的0-10V模拟量接口（AI1电压0-10V，AI2电压/电流可选0-10V/0-20mA DC），能够与大多数数控系统接口兼容，通用性强；过负载能力强，150%以上额定输出电流超过2分钟；提供多功能的输出端子信号，例如零速信号，运转中信号，速度到达信号，故障指示，满足系统对于主轴速度状态的监控；自动转矩补偿，满足机床主轴在低速情况下的加工需求；标配RS485通讯接口，MODBUS通讯协议，附有专用PC机调试软件；静止和旋转两种电机参数自动整定功能，在线识别电机参数，保证系统的稳定性和精确性。具有瞬停不停功能，有效的避免了电压波动带来的干扰。
4 V63矢量控制变频器在机床主轴上的应用
4.1）微能变频器选型
针对机床电主轴的应用特点，采用微能科技研发生产的WIN-V63系列变频器，用变频器的功率基本上是2.2KW、3.7KW、5.5KW、7.5KW、11KW、15KW、18.5KW。机床电主轴应用，加减速都要求快速，一定要使用能耗制动功能，WIN-V63系列45KW及其以下功率都内置制动单元，无需再外配制动单元，制动电阻可以按照下面选取。
变频器功率 3.7KW 5.5KW 7.5KW 11KW 15 KW 18.5 KW
制动电阻推荐 500W 1650W 2250W 3300W 4500W 5550W
200Ω 89Ω 65Ω 43Ω 32Ω 26Ω
4.2）变频器配线
变频器配线如下图所示：
其中X1,X2分别设定为端子急停输入、外部故障复位命令， FWD，REV外接控制器命令端子，AI1作为频率给定通道。可编程继电器常作为故障继电器输出给控制器。
4.3）WIN-V63变频器调试
1）根据电机铭牌，设置正确的电机参数到V63变频器的P3组,
参数名称 电机额定功率 电机额定电压 电机额定电流 电机额定频率 电机额定转速
参数号 P3.00 P3.01 P3.02 P3.03 P3.04
卸掉电机负载，按变频器JOG键点动运行，确认电机旋转方向后立即停机，如方向相反，则重新交换U、V和W三相中任意两相的接线，设置P3.05=2，按RUN键进行电机参数自整定，整定结束后获得的电机参数自动存储到P3.06~P3.11中。
4.4）设置参数
WIN-V63变频器主要参数设定如下：
功能码号 说明 设定值以及说明
P1.01 最大频率 200.00HZ（电机额定频率50.00）
P1.02 上限频率 200.00HZ
P1.04 频率给定通道 7（AI1给定）
P1.07 命令给定通道 1（端子给定）
P2.03 给定通道滤波 0.1S（模拟量滤波时间）
P2.08 曲线1最大给定对应频率量 200.00（外接10V对应200.00HZ）
P6.13 能耗制动电压 680
P7.03 加速时间 1（加速时间是指从零频到最大频率）
P7.04 减速时间 1（减速时间是指从最大频率到零频）
PF.00 过压失速功能允许 0（过压失速功能关闭）
PF.07 自动限流动作选择 0（自动限流功能关闭）
4.5）调试效果
本次应用的机床系统采用法纳克数控系统，变频器控制参数参照上表，在机床空载（不加工零件时），在额定转速下1500转条件下，实际转速波动在1499~1500转，在30转转速条件下，实际转速波动28~31转。在机床加工零件时（实际转矩相当于60%电机额定转矩），切削动态瞬间转速跌落，经过矢量控制速度环条件下，转速迅速恢复到给定转速附近，在额定转速下，稳态转速在1498~1501转，在30转设定转速条件下，稳态转速在29~32转。速度环参数选为默认参数，适当提高速度环参数，可以保证在切削瞬间转速跌落更小。
4.6)调试技巧
1：由于数控机床对于减速要求很快，所以需要将过压失速功能关闭，同时需要合理设置制动电压点。
2：数控机床在停机时刻上一般维持上次模拟量给定，当给出运行命令时，模拟量才变化，所以变频器参数模拟量滤波参数不能大，否则会产生滞后作用。
3： 由于加减速时间短，加减速过程电流较大，所以需要将过流失速功能关闭，否则加减速时速度曲线不能按照给定曲线运行。
5：结语
WIN-V63矢量控制变频器已经成功应用在数控机床驱动控制领域，其优越的性能（低频转矩大，调速范围宽，稳态精度高，加减速快，操作灵活方便，功能保护全）以及高可靠性得到了充分的验证，完全满足数控机床主轴控制。
作者简介：
第一作者：张敏
宝鸡机床集团组合机床厂 副厂长 中级技术职称（工程师）
第二作者：程倩
宝鸡机床集团组合机床厂，电气技术员
1994年 毕业于西安地质学院应用电子技术专业
第三作者：郑伟
深圳市微能科技有限公司 研究开发部工程师，中级技术职称
2005年 毕业于西安交通大学工业电气自动化专业
2003年至今 从事变频器研究开发工作