1 引言 降低產(chǎn)品成本是提高企業(yè)市場競爭力的有效手段。對于摩托車零件機(jī)加工部門而言，減少刀具消耗，特別是進(jìn)口昂貴刀具消耗，是降低加工成本的一個重要方面。在刀具材料、工件材料、加工尺寸、冷卻條件不變的情況下，切削速度對刀具耐用度的影響最大，而且比較容易改變。 在我們車間的缸頭生產(chǎn)線中，加工氣門導(dǎo)管和座圈的底孔有兩個工位，都使用復(fù)合精鏜刀。雙主軸箱帶動兩把刀，分別加工進(jìn)氣門和排氣門。每一把刀上各有兩個刀片，該刀片為MAPAL公司生產(chǎn)，價格為800元/片。原來每個刀片一般只能加工零件3000個左右，而刀片的標(biāo)定加工孔數(shù)為8000孔/片，顯然刀片利用率比較低。為此，我們采用變頻器調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，以尋求獲得經(jīng)濟(jì)合理的主軸轉(zhuǎn)速。 2 采用變頻器控制主軸轉(zhuǎn)速 2.1 硬件選擇 原主軸電機(jī)型號Y90S-2。它的相關(guān)參數(shù)如下：功率為1.5kW，額定電流為3.4A，轉(zhuǎn)速為2840r/min，接法為Y。為了減少改動，保留原來主軸電機(jī)不變，選用富士FAN5000G9S系列變頻器控制。該型變頻器具有功能強(qiáng)、噪音低、操作方便等優(yōu)點。根據(jù)主軸電機(jī)的參數(shù)，選擇額定容量與之相匹配的FRN1.5G9S-4JE型變頻器（額定容量為2.8kVA，額定電流為3.7A）。 2.2 控制過程 圖1所示為用作試驗的主軸電機(jī)電氣控制接線圖。PLC輸出信號給繼電器，繼電器控制變頻器的X1、FDW端子和CM端子的接通、斷開，繼而控制變頻器的輸出頻率，實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整。為了防止在變頻器或電機(jī)發(fā)生故障時，故障擴(kuò)大，把變頻器報警常閉觸點串接在電源輸入端交流接器的控制電路中，可以及時切斷變頻器電源。變頻器的功能參數(shù)通過外部鍵盤面板來輸入，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器的功能參數(shù)設(shè)定。 2.3 參數(shù)設(shè)定 為了防止損壞變頻器和電機(jī)，為充分發(fā)揮變頻器的功能，一定要正確設(shè)定變頻器的功能參數(shù)。 頻率設(shè)定 選用鍵盤面板設(shè)定方式，具體頻率值由X1、X2、X3端子ON/OFF組合來選擇，本文是X2、X3端子斷開，PLC輸出只控制X1端子，所以只需設(shè)定X1端子對應(yīng)的功能參數(shù)F20即可（頻率不能超過電機(jī)的頻定頻率）。 加速/減速時間的設(shè)定 加速/減速時間的選擇決定了調(diào)速系統(tǒng)的快速性，如果選擇較短的加速/減速時間會提高生產(chǎn)率；但是如果選擇加速時間太短，系統(tǒng)可能無法啟動或者過電流跳閘；如果減速時間太短，頻率下降太快，電動機(jī)會進(jìn)入制動狀態(tài)，可能發(fā)生過電壓跳閘，因此應(yīng)該在不影響加工的條件下，合理選擇加速/減速時間值。 過載電流設(shè)定 過載電流為變頻器電子熱過載繼電器動作值，為了保護(hù)電機(jī)，應(yīng)設(shè)定為電機(jī)的額定電流或稍小于額定值。 瞬時停電后自動再啟動 為了安全起見，該參數(shù)應(yīng)設(shè)為瞬時停電后不可以自動再啟動方式。 電機(jī)極數(shù)的設(shè)定 為了能顯示正確的電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速，應(yīng)正確設(shè)定該參數(shù)。因為異步電動機(jī)額定轉(zhuǎn)差率較小，根據(jù)ne＝2840r/min，可以判斷出電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1＝3000r/min，電機(jī)極數(shù)為2。 安全保護(hù) 富士5000G9S系列變頻器的自診斷功能報警且保護(hù)功能齊全，一旦變頻器內(nèi)部保護(hù)功能動作而導(dǎo)致停機(jī)狀態(tài)時，有繼電器開（閉）信號輸出，為了防止故障的擴(kuò)大，把變頻器報警常閉觸點串聯(lián)在變頻器電源輸入側(cè)的交流接觸器控制電路中。 3 改變切削速度試驗 對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行了調(diào)整（即調(diào)整刀具的切削速度），并對切削效果、刀具壽命（指在實際加工中，每把刀片所加工工件的數(shù)量）做了詳細(xì)的記錄。經(jīng)過幾個月的試驗，得出在現(xiàn)有的工況條件下，轉(zhuǎn)速與零件表面粗糙度、轉(zhuǎn)速與刀具壽命的大致曲線，如圖2、圖3所示。 試驗結(jié)果表明：切削速度在1700～1900r/min之間時，零件的表面質(zhì)量和刀片的使用壽命的綜合指標(biāo)較好，同時也能滿足生產(chǎn)率要求。我們把速度定在1800r/min工作，反映出來的切削效果比較好，而且很穩(wěn)定。 4 經(jīng)濟(jì)效益對比 在實際機(jī)床改造中，為了節(jié)約，把變頻器拆掉，用改變同步齒形皮帶輪直徑的方法來降低主軸轉(zhuǎn)速，使之達(dá)到試驗中確定的最佳速度。 以年產(chǎn)30萬件缸頭計算： 改造前（n=2840r/min）： 消耗刀片數(shù)量：（30萬件÷3000件/片）×4＝400片 消耗金額：400片×800元/片＝32萬元 改造后（n＝1800r/min）：消耗刀片數(shù)量：（30萬件÷4000件/片）×4＝300片 消耗金額：300片×800元/片＝24萬元 顯然，以年產(chǎn)30萬件缸頭計算，僅這個工位每年就節(jié)約資金8萬元，而更換同步齒形帶皮帶輪只需100元左右。我們用同樣的方法對加工另外一對氣門導(dǎo)管和座圈底孔的主軸速度進(jìn)行了調(diào)整，確定切削速度在1400r/min時切削效果最好，每片可加工工件3800個左右。 在近10臺設(shè)備上運(yùn)用變頻器試驗方法調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，提高刀片的使用壽命，一年為公司節(jié)約資金近30萬元，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。近兩年的實踐證明：刀具使用的工況條件不同，其合理的切削速度也不一樣。用變頻器來改變切削速度，選定經(jīng)濟(jì)效益最佳切削速度。速度選擇好之后，用改變皮帶輪直徑和（或）更換電機(jī)的方法來改變切削速度，既經(jīng)濟(jì)又方便，是機(jī)械加工行業(yè)提高加工質(zhì)量、降低加工成本的一種行之有效的方法。