变频器在内、外圆磨床上的应用

变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，在磨床机械上得到广泛应用。论述了变频器通过改变内、外圆磨床交流电机供电的频率和幅值，从而降低主轴电机和磨头电机叠加后的振动幅值，避免了磨削过程中产生直波纹的质量问题，进一步提高了工件加工质量和效率，节约了能源。

随着电子技术的发展，变频调速技术越来越普及，尤其在机械加工行业，变频器的应用收到了很好的效果。变频器的无级调速、软启动、恒转矩输出极大地满足了机械加工设备对恒速度、恒转矩的要求。磨床在加工过程中受负荷改变而产生旋转速度的变化，易出现震刀纹质量问题。将变频调速技术应用于内、外圆磨床上，通过改变磨头电机的运行速度及频率，可以避免直波纹的出现，提高加工精度和加工效率。

1 影响磨床加工质量的主要原因

    外圆磨床加工过程，因加工工件的形状、尺寸、工件材质以及磨削量、磨削参数的变化，加工负荷不断变化。当加工工件内径小，磨削进给少，砂轮磨削力小，加工负荷就小。当加工大内径长套筒类工件时，工件旋转的电动机在低速段，砂轮进给量大，砂轮磨削力也在变大，此时加工负荷就大。因负荷的变化造成电动机很难在恒转矩、恒速度下运行。同时，速度的变化改变了主轴、磨头等振动频率及幅值，加工后工件加工面出现了直波纹、粗糙度超差等质量问题，不能满足工件加工的质量要求。

2 磨床在运动中产生振动的原因分析

    普通磨床由 3 个振动源组成：一是主轴电机，主要负责工件的旋转；二是磨头电机，通过皮带传动带动磨削砂轮的高速旋转 （含磨头轴承和砂轮动平衡的好坏）；三是油泵电机，负责磨头的前后移动和工件的左右移动 （有的设备将油泵电机系统改为单独的液压工作站，可以取消此项震源）。任何旋转和移动设备都不可避免地产生振动，见图 1。X 轴代表转速，Y 轴代表振动幅值。变频器应用将改变交流电机供电的频率和幅值，从而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。如果将磨头电机加装匹配的变频器，通过改变频率，减小磨头电机振动曲线 2 的幅值，从而降低曲线 1、曲线 2 叠加后的振动幅值，减小磨削过程中产生的共振，保证加工工件的精度要求。

图 1 振动幅值和振动幅值叠加（共振）之间关系图
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3 加装变频器在内、外圆磨床上的效果

    公司二机车间有一台 M1432A 外圆磨床，担负着动车转轴磨削工序。该设备使用近 30 年，各方面性能老化，加工精度已很难满足工艺要求，设备在磨削工件时会产生直波纹，经过事业部、车间设备技术人员与设备维修人员对该设备进行研究分析，一致认为是砂轮线速度与工件旋转线速度在频率上相互干涉，砂轮在加工转轴、轴套过程中产生共振而造成的，解决方案就是改变砂轮主轴电机频率及转速，减小共振，从而消除转轴的直波纹。车间设备员、电气技师经过反复协商计算，转轴最佳磨削转速 820 r/min，磨头砂轮的转速 3 000 r/min，根据转速与频率成反比，确定外圆磨床磨头电机技术参数为功率 4 kW、转速 1 440 r/min、频率 50 Hz与极数 4 对比，认为此变频器可以应用。最终确定变频器的额定功率 15 kW，频率 28.5~300 Hz，公司及时采购，经过车间安装、调试，最终解决了转轴磨削过程中出现直波纹的问题。

    借鉴在外圆磨床增加变频器，解决直波纹质量问题的经验。事业部对车间内圆磨床的磨头电机选型、匹配合适的变频器。参数为功率 5.5 kW、转速2 900 r/min、频率 50 Hz 、极数 2。安装运行后，成功解决了内圆磨床的直波纹质量问题。

4 结束语

    经过加装变频器，极大地提高了磨床加工效率，由加装变频器前的每天每台设备磨 8 根转轴，增加为每天每台设备可磨 16 根转轴。车间后续又对两台磨床加装变频器，都成功地解决了转轴磨削后的直波纹问题。通过此次改进，不但提高了设备加工精度，解决了车间生产的瓶颈工序。同时，节约了能源

作者：何卫东