プロジェクト概要

中国浙江省温州市の金属加工工房では、垂直の真鍮棒切断機が小径の真鍮棒を精密に切削された部品に加工しています。生産工程には自動送料、位置決め、クランプ、研磨ホイール切断が含まれます。各切断サイクルは比較的簡単ですが、8時間のシフト中に数千回の繰り返し作業を行う必要があります。

切削の一貫性を向上させ、機械的負荷を減らし、生産の切り替えを簡素化するために、FGIはFD200コンパクト可変周波数ドライブを機械の電気制御システムに導入しました。この改造により、従来の機械式速度調整が無時可変モーター速度に置き換えられ、送り込みおよび切削工程の制御がより柔軟になりました。

この応用は、FD200コンパクト可変周波数ドライブが既存の電気キャビネットの大幅な改造を必要とせずに、コンパクト金属加工機械の運用性能を向上させる方法を示しています。

1. 応用背景:真鍮棒切断における課題

浙江省の主要な金属金物製造地である温州では、真鍮部品は高周波の切削・加工作業で一般的に生産されています。

この用途の垂直真鍮棒切断機は、以下の生産要件を処理します。

この機械は主に5つのセクションで構成されています。

• 垂直マテリアルホッパー:複数の真鍮棒を保持し、重力を利用して自動給弾をサポートします。

• 給餌メカニズム:ギアモーターが回転式給電ディスクを駆動し、個々の棒を位置決めます。

• クランプ機構:切削時にスクリューまたはカム駆動の機構がワークピースを固定します。

• 切削スピンドル:高速モーターはベルトトランスミッションを通して細い研磨ホイールを駆動します。

• 放電システム:切断された真鍮部品を収集し、その後の加工を行います。

2つのモーターは異なる役割を果たします。給餌モーターは位置決め精度と生産サイクルタイミングを決定し、スピンドルモーターは切断に必要な機械的動力を提供します。

この種の機器では、安定したモーター回転数と応答性の高い始動・停止が特に重要です。送り速度や切削条件のわずかな変動が、ワークピースの寸法、刃物品質、そして全体的な生産一貫性に影響を与えることがあります。

2. 元のモーター制御システムの問題点

改造前は、この機械は直接オンラインモーター始動と機械式ベルトプーリー速度調整に依存していました。この仕組みにはいくつかの制約がありました。

2.1 高起動電流と機械的衝撃

非同期モーターの直接始動は、定格電流の数倍の起動電流を発生させることができます。繰り返しの始動・停止は、駆動ベルト、ベアリング、プーリー、クランプ機構に追加の機械的ストレスを課します。

これらの条件は時間の経過とともにベルトの滑り、スピンドルの振動、メンテナンスの必要性増加に寄与する可能性があります。

2.2 速度調整の柔軟性

真鍮棒の寸法や材料仕様を変更する際、オペレーターは加工要件に合わせて切削速度を調整する必要があります。

元の機械的配置では、機械の停止、保護カバーの取り外し、ベルトプーリーの交換が必要でした。各調整には約30分かかることがあり、小規模生産や多仕様生産には不要なダウンタイムを生み出しました。

2.3 研磨ホイールの摩耗による切断条件の不安定さ

研磨ホイールが徐々に摩耗すると、その外径は小さくなります。一定のスピンドル速度では切削線速度も低下します。

これがバリの形成、端の不均一な面、刃の欠けに寄与することがあります。さらに、自然なフリーストップは数秒かかるため、生産サイクルの短縮が制限されます。

元の電気キャビネットも主に熱過負荷リレーに依存していました。材料の詰まりや磨耗による車輪の詰まりなどの異常な状況が発生した場合には、その防護能力は制限されました。

これらの課題は、より柔軟な運動制御ソリューションの必要性を浮き彫りにしました。

3. FGI FD200 コンパクト可変周波数駆動レトロフィットソリューション

運用上の制限を解消するため、FGIのFD200コンパクト可変周波数ドライブが既存の電気制御システムに統合されました。

改修により、元のキャビネット構造を維持しつつ、給餌および切削駆動システムに可変周波数速度調整が導入されました。これにより、機械的・電気的な大規模な再構築を必要とせずに、モーター制御の改善を受けられるようになりました。

主な構成および制御パラメータ

主な制御機能は以下の通りです:

ターミナルベースの運用:ランコマンドは外部ボタンやフットスイッチに接続されており、シングルサイクルと連続切断の両方をサポートします。

柔軟な周波数調整:オペレーターはキーパッドやアナログの基準信号を通じて動作周波数を調整し、異なるワークピースの仕様に対応できます。

V/Fコントロール:このドライブは電圧対周波数制御を用いて、動作速度帯全体で適切なモーター出力特性を提供します。

運動パラメータの構成:モーターのネームプレート情報は、接続されたモーターの出力特性に合わせてドライブに入力されます。

稼働後、機器は記録された作業条件下で約23.7 Hzで動作し、モーター回転数は約690 r/minに相当します。

4. 現場での電気的測定および性能分析

試運転中は切断工程中に電気パラメータを継続的に監視し、駆動装置の動作安定性を評価しました。

測定された結果は以下にまとめられています。

4.1 モーター負荷利用

測定された出力電流は1.3Aで、設定されたモーターの定格電流は1.56Aでした。

これは定格電流の約83%に相当し、測定された切断条件下でモーターが設定された電流定格内で動作したことを示しています。

4.2 安定直流バス電圧

測定された直流バス電圧は517.6Vから534.5Vの間で推移しました。

比較的狭い電圧変動は、記録された加速、減速、切断工程中に安定したDCバス動作を示しています。

4.3 負荷変化時の周波数応答

動作周波数は、機械が送り込み、クランプ、切断など様々な生産段階を経るごとに19.40Hzから24.25Hzの間で変動しました。

記録された測定結果は、監視中のプロセス中に故障や保護的なトリップが報告されることなく、ドライブが安定した動作を維持していることを示しました。

これらの結果は、選択したV/F制御パラメータが観測された運転条件に適していることを示しています。

5. 改修後の運用上のメリット

FGIのFD200コンパクト可変周波数駆動装置の導入により、速度調整、始動・停止挙動、切削の一貫性、機器保護の向上が実現しました。

5.1 異なる生産要件に応じた無段差速度規制

可変周波数制御では、機械式プーリーを交換する代わりに周波数設定を変更することでモーター速度を調整できます。

以前は約30分の機械的調整が必要だった切り替えプロセスは、周波数設定調整によって数秒で完了することが可能です。

これは複数の真鍮棒仕様や小ロット注文を扱うメーカーにとって特に有用です。

5.2 ソフトスタートと制御停止

2秒の加速・減速設定により、制御されたエンジンの始動・停止が可能です。

申請報告書によると、始動電流は直流開始時の定格電流の約5〜7倍から、改修後は定格電流の2倍以下に減少しました。

始動衝撃を軽減することで、ベルト、ベアリング、その他のトランスミッション部品への機械的ストレスを繰り返し軽減できます。

制御減速は自然な自由停止よりも予測可能な停止プロセスを提供します。

5.3 より一貫した切断条件

調整可能な周波数設定により、研磨ホイール径の変化を補正し、より適切な切削条件を維持できます。

約23 Hzで、このドライブは記録された適用条件下で制御された低速動作を提供します。研磨ホイールが摩耗すると、モーターの周波数を許容動作範囲内で調整することで切削線速度を補正できます。

これにより切削条件の変動を減らし、バリの減少、端面の不均一、チップ切れなど、ワークピースの刃先品質の向上を支援します。

5.4 産業環境向け統合モーター保護

FD200シリーズは、以下を含む複数の保護機能を備えています:

• 過電流保護

• 過電圧保護

• 過低電圧保護

• モーター過負荷保護

• 過熱保護

• 位相損失保護

これらの機能は、元の熱過負荷リレー単独よりも包括的な電気保護を提供します。

また、独立したエアダクト設計と3C3コーティングされた回路基板を備えており、金属粉塵やオイルミストを含む工業環境での汚染に対するさらなる保護を提供します。

真鍮加工工場において、これらの設計特徴は厳しい生産条件下での信頼性の高い運転をサポートします。

5.5 既存機器アップグレードのためのコンパクト設計

FD200コンパクト可変周波数ドライブは、省スペース構造を特徴とし、レールマウントまたは壁掛けの両方の設置をサポートします。

コンパクトな寸法により、設置スペースが限られている既存の電気キャビネットへの統合に適しています。

クイックコネクト端子は配線を簡素化し、パラメータバックアップや復元機能により試運転や保守作業が軽減されます。

既存の機械をアップグレードしたいメーカーにとっては、大規模なキャビネットの再構築を必要とせずに実用的な後付けオプションを提供します。

6. 金属加工および産業機械における応用可能性

温州真鍮棒切断の応用は、繰り返しの高周波工業生産におけるコンパクトな可変周波数駆動技術の価値を示しています。

機械式速度調整を電子周波数制御に置き換えることで、FGIのFD200コンパクト可変周波数駆動装置は、より柔軟な速度調整、制御された始動・停止、そして統合されたモーター保護を提供します。

真鍮棒切断機以外にも、同様の制御要件は以下の場所で見られます:

• 金属棒・ワイヤー切断機

• 小型金属加工および加工機器

• 自動給餌および資材取り扱いシステム

• ファスナー製造機械

• 粉末冶金生産設備

• コンパクトコンベヤーおよび補助駆動システム

機械メーカーや機器の改造専門家にとって、FD200シリーズは柔軟な速度調整、安定した運転、そして単純な電気的統合を必要とする用途に適したコンパクトなモーター制御ソリューションを提供します。

結論

高周波の真鍮切断作業では、モーター制御の小さな改善が機器の利用可能性、生産の柔軟性、加工の一貫性に大きな違いをもたらします。

FGIのFD200コンパクト可変周波数ドライブを垂直真鍮棒切断機に成功裏に適用したことは、コンパクトなインバーターが従来の機械的回転速度調整に代わり、モーターの始動特性と電気的保護を向上させることを示しています。

コンパクトな設計、柔軟なV/F制御、統合保護機能、便利な設置により、FD200シリーズは金属加工機械メーカーや産業機器の近代化プロジェクトに実用的な解決策を提供します。

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