智能电源在五轴卧式车铣复合加工中心的应用

2014-04-23丁云飞

制造技术与机床 2014年12期

丁云飞

(大连光洋科技工程有限公司，辽宁大连 116000)

近年来，绿色制造在国际机床行业的影响逐渐上升，特别是自金融危机之后，各大机床制造厂商纷纷大力发展高新技术，加大研发投入力度，为后金融危机时代下一轮产业升级做准备。在制造业生产中，机械装备绿色性能的优劣将直接决定产品制造过程对环境的影响、能源和资源的利用率以及机械装备本身在报废过程的再利用率和对环境、生态的影响。数控机床是现代制造业生产中最主要的生产设备，绿色制造技术在数控机床中的应用对于制造业的可持续发展将发挥重大的作用。

大连光洋科技工程有限公司专注于高档数控系统的研发与制造，构建完成具有国际竞争力的数控技术链和产业链。公司十分注重绿色和可持续发展，在机床设计中更多地采用高能效电动机和变频技术，为了降低机床的能耗，设计了智能电源。智能电源模块由三相电源电压产生一个可调节的稳定直流母线电压，该直流电压向连接着的伺服驱动器模块供电。通过创新技术的智能电源能量回馈功能，可以把电动机的制动能量回馈到电网中，而不是在制动电阻中消耗，通过实施智能再生能量回馈技术，可节约能源多达40%。同时不会因电网出现电压波动而影响母线电压的稳定性，提高了工件的加工效果。模块使能后，可以对直流母线加负载。智能电源模块适用于在带有接地的三相电网系统上直接运行。

1 智能电源概述

智能电源采用主动性电源技术，将各轴伺服电动机、主轴电动机减速制动时的能量通过光洋研制的智能电源模块回馈至电网，在加工需频繁加减速的工件时，可节能40%，平均节能至少25%，并且提高了伺服驱动的性能。智能电源具有如下特点:

(1)采用三相全桥受控整流/逆变技术，实现了数控机床的高功率因数和能量回馈，同时提升了数控系统和伺服驱动的控制性能，在数控机床节能减排的低碳技术方面实现了突破。

(2)该电源的核心硬件技术采用IPM 功率模块，实现智能的整流/逆变过程，实现能量在工频动力电网和数控系统伺服驱动直流母线间的双向流动。

(3)智能电源原理上通过PWM 可控整流技术实现。PWM 整流对电网不产生谐波污染，因而是一种真正意义上的绿色环保电力电子装置。

智能电源的原理示意图见图1。

2 智能电源的接口及选型介绍

智能电源是将三相交流电整流成直流电，并能将直流电回馈到电网，且对直流母线电压进行闭环控制，因此又称调节型电源模块。所以即使电网电压波动，智能电源也能保持母线电压的稳定。智能电源采用高动态响应矢量控制、闭环电流控制、闭环电压控制。能量双向传输，功率因数近似为1。具备完善的故障保护措施，包括过压、欠压、过流、过载、过温、电网异常等。

2.1 接口问题

图2 是智能电源的连接示例，为提高安全等级可在回路中加三相熔断器。智能电源接口介绍:

(1)接触器辅助触点，一端接24 V+，另一端根据CN5 的定义接入相应的点。

(2)接触器控制线圈，一端接电源X2 端子的SR，另一端接L(N)，X2 端子的SL 接N(L)。其中L/N 为控制线圈要求的控制电压。典型值为单相220 VAC。请注意SL-SR 的载流能力，必要时应使用一个输出耦合元件。控制线圈不允许其他控制信号接入。电网中其他用电设备不允许连接到电源接触器后面。

(3)电源X1 端子的PE 连接到电源滤波器的接地端子。

(4)电气上保证U-R，V-S，W-T，一一对应。

2.2 智能电源的选型

智能电源选型的基本原则:要求智能型电源模块的额定输出功率不小于所有主轴电动机连续输出功率之和的1.15 倍加上所有伺服轴电动机连续输出功率之和的0.6 倍，如式(1)所示。

智能型电源模块的额定输出功率≥∑主轴电动机连续输出功率×1.15+∑伺服电动机连续输出功率×0.6 (1)

3 智能电源在卧式复合加工中心上的应用

KDW-6600FH 五轴联动卧式车铣复合加工中心采用对称结构、框中框结构、重心双驱动方式，可有效提升机床刚性，抑制振动，提高加工精度，提高机床和刀具寿命，提升机床可靠性。具有工件推拉力可编程在线控制，充分提高工件内部的预应力，从而提高工件的刚性，提高大型薄壁及细长工件的加工精度和提高加工合格率。配备直驱式摆角铣头，扭矩更大、加工范围更广、效率更高。

KDW-6600FH 适用于各种回转体类大型、复杂、精密工件的车、铣等多工序的复合加工，满足航空航天、石油化工、军工等行业需求。该机床所有轴的功率如表1 所示。