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不使用变频器进行变速传动的数控车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀，而使用变频器后，机床可按指令信号进刀，这样一来就提高了效率。如果被加工件如图2-2所示所示形状，则由图2-2中看出，对应于工件的AB段，主轴速度维持在1000rpm，对应于BC段，电机拖动主轴成恒线速度移动，但转速却是联系变化的，从而实现高精度切削。
在本系统中，速度信号的传递是通过数控装置到变频器的模拟给定通道(电压或电流)，通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置，数控装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置，以满足数控车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。
4.3 主轴变频器的基本选型
目前较为简单的一类变频器是V/F控制(简称标量控制)，它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节，常见的有线性V/F控制(用于恒转矩)和平方V/F控制(用于风机水泵变转矩)。
标量控制的弱点在于低频转矩不够(需要转矩提升)、速度稳定性不好(调速范围1:10)，因此在车床主轴变频使用过程中被逐步淘汰，而矢量控制的变频器正逐步进行推广。
所谓矢量控制，最通俗的讲，为使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能，通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位，用以维持电机内部的磁通为设定值，产生所需要的转矩。
矢量控制相对于标量控制而言，其优点有:(1)控制特性非常优良，可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美;(2)能适应要求高速响应的场合;(3)调速范围大(1:100);(4)可进行转矩控制。
当然相对于标量控制而言，矢量控制的结构复杂、计算烦琐，而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数。矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，区别在于后者具有更高的速度控制精度(万分之五)，而前者为千分之五，但是在数控车床中无速度传感器的矢量变频器的控制性能已经符合控制要求，所以这里推荐并介绍无速度传感器的矢量变频器。
4.4 无速度传感器的矢量变频器
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无速度传感器的矢量变频器目前包括西门子、艾默生、东芝、日立、LG、森兰等厂家都有成熟的产品推出，总结各自产品的特点，它们都具有以下特点:(1)电机参数自动辩识和手动输入相结合;(2)过载能力强，如50%额定输出电流2min、180%额定输出电流10s;(3)低频高输出转矩，如150%额定转矩/1HZ;(4)各种保护齐全(通俗地讲，就是不容易炸模块)。
无速度传感器的矢量控制变频器不仅改善了转矩控制的特性，而且改善了针对各种负载变化产生的不特定环境下的速度可控性。图3-1所示，为某品牌无速度传感器变频器产品在低频和正常频段时的转矩测试数据(电机为5.5kW/4极)。从图中可知，其在低速范围时同样可以产生强大的转矩。在实验中，我们同样将2Hz的矢量变频控制和V/F控制变频进行比较发现，前者具有更强的输出力矩，切削力几乎与正常频段(如30Hz或50Hz)相同。
4.5矢量控制中的电机参数辨识
由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流，因此在其内部的算法中大量涉及到电机参数。从图3-2的异步电动机的T型等效电路表示中可以看出，电机除了常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流外，还有R1(定子电阻)、X11(定子漏感抗)、R2(转子电阻)、X21(转子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空载电流)。
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参数辨识中分电机静止辨识和旋转辨识2种，其中在静止辨识中，变频器能自动测量并计算顶子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗，并同时将测量的参数写入;在旋转辨识中，变频器自动测量电机的互感抗和空载电流。
在参数辨识中，必须注意:
(1)若旋转辨识中出现过流或过压故障，可适当增减加减速时间; (2)旋转辨识只能在空载中进行;
(3)如辨识前必须首先正确输入电机铭牌的参数。
4.6 数控车床主轴变频矢量控制的功能设置
从图1-1中可以看出，使用在主轴中变频器的功能设置分以下几部分: 1 矢量控制方式的设定和电机参数;
2 开关量数字输入和输出; 3 模拟量输入特性曲线; 4 SR速度闭环参数设定。
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5 世界数控机床产业市场及消费需求
5.1 市场需求发展和格局变化
世界装备制造业市场正在向全面信息化的方向迈进，技术发展主要表现为柔性制造系统、计算机集成制造系统的开发与应用，并向制造智能化方向发展。技术发展特征表现为技术的融合化；产品的发展特征表现为高附加值化、智能化和系统化；系统管理的发展特征表现为集成化(包括系统集成、软件集成、技术集成和接口集成)和网络化。
市场格局表现为集群化发展趋势，即同种产业或相关产业的企业有机地集聚在一起，通过不断创新而赢得竞争优势。在产业集群化中，具有特色的中小企业发挥着重要作用，地理集中的企业、有关机构(大学、商会等)在特定领域内既竞争又合作。以装备制造业为例：英国共有154个集群，分布在18个地区，覆盖了很宽的部门和技术范围。英国北部的集群倾向于汽车、金属加工等制造业。美国的明尼阿波利斯的医学设备业群，德国的索林根的刀具业群、斯图加特的机床业群、韦热拉的光学仪器群等，都是世界上较为典型的产业集群。
5.2 世界机床业的生产消费和贸易
（1）机床生产
2006年世界机床产值为592.5亿美元，同比增加10.4%，比2005年增加近56亿美元。世界机床生产前五名依次是：日本135.2亿美元、德国107.8亿美元、中国70.6亿美元、意大利54.5亿美元和韩国41.4亿美元。前五名中有三个在亚洲，两个在欧洲。 （2）机床消费
从2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。2005年中国机床消费107.8亿美元，占世界金属加工机床生产总额的20%，而2006年中国机床消费131.1亿美元，占世界机床生产总额的22%，增加两个百分点。世界机床消费前八名依次是中国、日本、美国、德国、韩国、意大利、中国台湾和法国，前八名消费值之和占世界机床生产的四分之三。前三位是中国、日本、美国，三个国家的机床消费之和快接近世界机床产值的一半。
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