看綠色制造技術(shù)，智能電源在五軸機床上的應用
近年來(lái)，綠色制造在國際機床行業(yè)的影響逐漸上升。特別是自金融危機之后，各大機床制造廠(chǎng)商紛紛大力發(fā)展高新技術(shù)、加大研發(fā)投入力度，為后金融危機時(shí)代下一輪產(chǎn)業(yè)升級做準備。在制造業(yè)生產(chǎn)中，機械裝備的綠色性能的優(yōu)劣將直接決定產(chǎn)品制造過(guò)程對環(huán)境的影響，能源和資源的利用率以及機械裝備本身在報廢過(guò)程的再利用率和對環(huán)境、生態(tài)的影響; 數控機床是現代制造業(yè)生產(chǎn)中最主要的生產(chǎn)設備，綠色制造技術(shù)在數控機床中的應用對于制造業(yè)的可持續發(fā)展將發(fā)揮重大的作用。
我們在機床設計中更多地采用高能效電動(dòng)機和變頻技術(shù)，為了降低機床的能耗，我們設計了智能電源。智能電源模塊由三相電源電壓產(chǎn)生一個(gè)可調節的穩定直流母線(xiàn)電壓，該直流電壓向連接著(zhù)的伺服驅動(dòng)器模塊供電。通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新的智能電源能量回饋功能，可以把電動(dòng)機的制動(dòng)能量回饋到電網(wǎng)中，而不是在制動(dòng)電阻中消耗，通過(guò)實(shí)施智能再生能量回饋技術(shù)，可節約能源多達40%。同時(shí)不會(huì )因電網(wǎng)出現電壓波動(dòng)而影響母線(xiàn)電壓的波動(dòng)，提高了工件的加工效果。模塊使能后，可以對直流母線(xiàn)加負載。智能電源模塊適用于在帶有接地的三相電網(wǎng)系統上直接運行。
1. 智能電源概述
智能電源采用主動(dòng)性電源技術(shù)，將各軸伺服電動(dòng)機、主軸電動(dòng)機減速制動(dòng)時(shí)的能量通過(guò)光洋研制的智能電源回饋至電網(wǎng)，在加工需頻繁加減速的工件時(shí)，可節能40%，平均實(shí)現節能至少25%，并且提高了伺服驅動(dòng)的特性。智能電源具有如下特點(diǎn):
(1) 采用三相全橋受控整流/逆變技術(shù)實(shí)現了數控機床的高功率因數和能量回饋，同時(shí)提升了數控系統和伺服驅動(dòng)的控制性能，在數控機床節能減排的低碳技術(shù)方面實(shí)現了突破。
(2) 電源的核心硬件技術(shù)采用IPM 功率模塊實(shí)現智能的整流/逆變過(guò)程，實(shí)現能量在工頻動(dòng)力電網(wǎng)和數控系統伺服驅動(dòng)直流母線(xiàn)間的雙向流動(dòng)。
(3) 智能電源原理上通過(guò)PWM 可控整流技術(shù)實(shí)現PWM 整流對電網(wǎng)不產(chǎn)生諧波污染，因而是一種真正意義上的綠色環(huán)保電力電子裝置。智能電源原理上通過(guò)PWM 可控整流技術(shù)實(shí)現。PWM 整流對電網(wǎng)不產(chǎn)生諧波污染，因而是一種真正意義上的綠色環(huán)保電力電子裝置。智能電源的原理示意圖如圖1 所示。
2. 智能電源的接口及選型介紹
智能電源是將三相交流電整流成直流電，并能將直流電回饋到電網(wǎng)，且對直流母線(xiàn)電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，所以又稱(chēng)調節型電源模塊。所以即使電網(wǎng)電壓波動(dòng)，智能電源也能保持母線(xiàn)電壓的穩定。智能電源采用高動(dòng)態(tài)響應矢量控制，閉環(huán)電流控制，閉環(huán)電壓控制。能量雙向傳輸，功率因數近似為1。具備完善的故障保護措施，包括過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)溫、電網(wǎng)異常等。
(1) 接口問(wèn)題圖2 是智能電源的連接示例，為提高安全等級可在回路中加三相熔斷器，智能電源接口的介紹: ①接觸器輔助觸點(diǎn)，一端接24V + ，另一端根據CN5 的定義接入相應的點(diǎn)。②接觸器控制線(xiàn)圈，一端接電源X2 端子的SＲ，另一端接L( N) ，X2 端子的SL 接N ( L) 。其中L /N 為控制線(xiàn)圈要求的控制電壓。典型值為單相220VAC。請注意SL-SＲ 的載流能力，必要時(shí)應使用一個(gè)輸出耦合元件�？刂凭�(xiàn)圈不允許其他控制信號接入。電網(wǎng)中其他用電設備不允許連接到電源接觸器后面。③電源X1 端子的PE 連接到電源濾波器的接地端子。④電氣上保證U-Ｒ，V-S，W-T，一一對應。
(2) 智能電源的選擇智能電源選型的基本原則是要求智能型電源模塊的額定輸出功率不小于所有主軸電動(dòng)機連續輸出功率之和的1. 15 倍以及所有伺服軸電動(dòng)機連續輸出功率之和的0. 6 倍，即智能型電源模塊的額定輸出功率≥ Σ主軸電動(dòng)機連續輸出功率×1. 15 + Σ伺服電動(dòng)機連續輸出功率× 0. 6。
3. 智能電源在五軸工具磨床上的應用
TG3515 五軸工具磨床( 見(jiàn)圖3) 是一種高精度五軸聯(lián)動(dòng)數控工具磨床。床身采用礦物鑄石材料。配備大連光洋科技自主研發(fā)的總線(xiàn)式數控系統GNC61 和磨削工藝軟件系統G—TOOL，加工刀具種類(lèi)齊全。配備氣動(dòng)鎖刀缸，完成拉刀功能，自動(dòng)調節鎖刀壓力。選配自動(dòng)上料裝置，實(shí)現自動(dòng)上下料， 實(shí)現一人看管多臺機床或無(wú)人看管，提高加工效率。選配移動(dòng)中心架，實(shí)現超長(cháng)刀具加工。本機型中所采用的數控系統、智能電源和伺服驅動(dòng)器、伺服電動(dòng)機、力矩電動(dòng)機、主軸電動(dòng)機以及電主軸全部由大連光洋科技工程有限公司提供，其中A、C 軸采用力矩電動(dòng)機直接驅動(dòng)。
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