一、引言
目前，數(shù)控雕刻機(jī)逐漸成為各行業(yè)生產(chǎn)的必備專業(yè)工具。隨著CNC數(shù)控技術(shù)配合高性能的變頻控制器和伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)備在各生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用，數(shù)控雕刻機(jī)日益成為當(dāng)今雕刻行業(yè)的主流配置。
主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部件，其性能對數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。變頻器作為主軸系統(tǒng)中的心臟，更是不可或缺的關(guān)鍵部件。本文主要介紹的是變頻器在數(shù)控雕刻機(jī)主軸拖動(dòng)系統(tǒng)上的應(yīng)用。
二、雕刻機(jī)的組成及工作原理
當(dāng)今主流數(shù)控雕刻機(jī)是由計(jì)算機(jī)、雕刻機(jī)控制器、雕刻機(jī)主體三部分組成，其工作原理是通過計(jì)算機(jī)內(nèi)配置的專用雕刻軟件進(jìn)行圖樣設(shè)計(jì)和排版，經(jīng)由計(jì)算機(jī)把設(shè)計(jì)與排版的信息傳送至雕刻機(jī)控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的脈沖信號，控制雕刻機(jī)主體上X、Y、Z三軸的雕刻走刀定位。同時(shí)，控制器啟動(dòng)變頻器，帶動(dòng)主軸電機(jī)的雕刻頭高速旋轉(zhuǎn)，對固定于主機(jī)工作臺(tái)上的加工材料進(jìn)行切削、鉆銑，即可雕刻出在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的各種平面或立體的浮雕圖形及文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化作業(yè)，按照不同的加工材質(zhì)和工藝要求，可以搭配不同的專用配置刀具。
雕刻機(jī)原理圖示

三、數(shù)控雕刻機(jī)的主軸控制系統(tǒng)
主軸系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的重要組成部件，其性能對數(shù)控雕刻機(jī)整機(jī)的性能有著至關(guān)重要的影響。
數(shù)控雕刻機(jī)要求主軸系統(tǒng)采用無級變速，目前多采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步交流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。主軸電機(jī)多采用兩極高速無刷水冷電機(jī)，噪音小、切割力度大。運(yùn)行轉(zhuǎn)速一般在0～24000r/min，對應(yīng)的變頻器運(yùn)行頻率為0～400Hz。為了提高加工效率，大型的雕刻機(jī)會(huì)裝有多個(gè)主軸機(jī)頭，一臺(tái)變頻器同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)主軸電機(jī)工作。
四方變頻器以其獨(dú)特超強(qiáng)的性能和優(yōu)越的性價(jià)比，滿足了主軸要求調(diào)速范圍廣、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度高、過載能力強(qiáng)、低速力矩大、加減速時(shí)間短等方面的性能特點(diǎn)，在國內(nèi)雕刻機(jī)市場占有相當(dāng)大市場份額。
其中C300系列小功率無感矢量型變頻器，其體積小巧、高性價(jià)比，多應(yīng)用于主軸功率低于3.7KW的雕刻機(jī)系統(tǒng)。E380系列通用型變頻器與H320系列高頻型變頻器則適合大功率主軸，其功率大、切削時(shí)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于5.5KW、及5.5KW以上的雕刻機(jī)和雕銑機(jī)系統(tǒng)。
四、主軸系統(tǒng)的電氣接線圖及變頻器參數(shù)設(shè)置
雕刻機(jī)供電系統(tǒng)有單相220V和三相380V。大多數(shù)機(jī)型采用單相220V供電。電氣接線方式根據(jù)頻率源給定方式的不同，分為以下兩種：
1、主軸頻率來源為模擬量給定的方式
變頻器的頻率源采用的是數(shù)控系統(tǒng)輸出的0~10V模擬信號，對應(yīng)運(yùn)行頻率為0~400Hz。此方式可以對主軸實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，根據(jù)不同的雕刻對象或者雕刻工藝，實(shí)時(shí)改變主軸切削轉(zhuǎn)速。廣泛應(yīng)用于要求雕刻工藝較高、較精細(xì)的中高端雕刻機(jī)。
變頻器的安裝接線簡圖如下：



VC2/GND接受控制器輸出的0~10V模擬量信號，此電壓值與變頻器里參數(shù)設(shè)置的調(diào)速頻率范圍對應(yīng)成正比。FWD/CM為變頻器正轉(zhuǎn)信號，當(dāng)控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)信號，則控制器上的輸出繼電器動(dòng)作，繼電器的常開觸點(diǎn)吸合，提供信號給變頻器。L1、L2為變頻器的電源輸入，若變頻器選擇三相輸入，則連接在R、S、T端子上即可。TA/TB/TC為變頻器繼電器輸出，通常選擇變頻器故障報(bào)警輸出，接入雕刻機(jī)控制器或者外部故障指示回路。
變頻器選擇C300機(jī)型時(shí)主要功能參數(shù)設(shè)置如下：

注：若選取另外機(jī)型，如E380系列和H320系列，對應(yīng)的功能代碼不同，可根據(jù)相同的功能代碼意義選取對應(yīng)的功能參數(shù)值來設(shè)置。
2、主軸頻率來源為多段速給定的方式
用戶按照雕刻機(jī)的加工工藝要求，事先在變頻器參數(shù)里設(shè)定好主軸的多個(gè)運(yùn)行頻率，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)需要不同主軸頻率時(shí)，由雕刻控制器輸出的多路數(shù)字量信號，按照事先設(shè)定組合方式所對應(yīng)的變頻器設(shè)定運(yùn)行頻率，能快速的響應(yīng)用戶編寫的雕刻程序中對主軸轉(zhuǎn)速的要求，使雕刻達(dá)到最好效果。此方式運(yùn)行的主軸非無級調(diào)速，只能運(yùn)行固定的幾個(gè)頻率，一般用于雕刻工藝要求較低的場合和較低端的雕刻機(jī)。
變頻器的安裝接線簡圖如下：

FWD/CM為變頻器的正轉(zhuǎn)信號，雕刻機(jī)控制器發(fā)出正轉(zhuǎn)信號啟動(dòng)主軸電機(jī)。X1/X2/X3/CM為多段速選擇的數(shù)字量信號。連接到雕刻機(jī)控制器的無源輸出觸點(diǎn)，變頻器根據(jù)X1、X2、X3的不同組合信號選擇設(shè)定的頻率運(yùn)行。

變頻器選擇C300機(jī)型時(shí)主要功能參數(shù)設(shè)置如下：

在客戶要求減速時(shí)間較短的場合，可根據(jù)需要選配接制動(dòng)電阻，接入主回路端子的P+/PB之間。制動(dòng)電阻功率可參考說明書附錄部分的機(jī)器功率等級選擇相匹配的型號。
六、雕刻機(jī)的分類及應(yīng)用行業(yè)
數(shù)控雕刻機(jī)按應(yīng)用可分為：木工雕刻機(jī)、石材雕刻機(jī)、廣告雕刻機(jī)、圓柱雕刻機(jī)、工藝雕刻機(jī)等。
1、 木工雕刻機(jī)主要用于木器加工，使其更具美觀價(jià)值。
2、 石材雕刻機(jī)可在石材、陶瓷、瓷磚上雕刻字畫。
3、 廣告雕刻機(jī)廣泛用于雕刻各類標(biāo)牌、有機(jī)玻璃、石門牌、三維告示牌、裝飾禮品等。
4、圓柱雕刻機(jī)也稱立體雕刻機(jī)，能在圓柱型物品的表面雕刻。
5、工藝品雕刻機(jī)俗稱玉石雕刻機(jī)。它的精度高，雕刻速度相對要慢，臺(tái)面尺寸也較小，適合做精細(xì)的工藝品雕刻。
七、 小結(jié)
國內(nèi)數(shù)控雕刻機(jī)廠家主要分布在山東濟(jì)南、安徽合肥、江浙滬一帶。其中四方變頻器憑借著出色的性價(jià)比、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩特性、完善的售后保證等特點(diǎn)，在群雄逐鹿的雕刻機(jī)市場中有著極大地占有率，四方變頻器為雕刻機(jī)行業(yè)提供著最穩(wěn)定的主軸動(dòng)力保證，為雕刻機(jī)市場的蓬勃發(fā)展貢獻(xiàn)出強(qiáng)健的力量。