CNC3136數(shù)控車床電氣系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、CNC3136數(shù)控車床電氣系統(tǒng)設(shè)計摘 要數(shù)控技術(shù)發(fā)展飛速的今天，數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)揮越來越重要的作用，數(shù)控機(jī)床是數(shù)控制造業(yè)的核心，本文主要介紹了對數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計的過程。CNC6136A 是基于華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21的基礎(chǔ)上設(shè)計制造的新一代的數(shù)控車床，對其電氣系統(tǒng)設(shè)計使尤為重要的，其內(nèi)容包括強(qiáng)電設(shè)計、弱點(diǎn)設(shè)計、PLC輸入輸出及接口設(shè)計，繪制出整個機(jī)床的電氣系統(tǒng)原理圖等。本設(shè)計給出了整個機(jī)床的原理圖繪制過程，重點(diǎn)部分模塊化，較詳細(xì)地介紹了各個部分的功能及用途。分為 380V強(qiáng)電回路，控制回路，PLC輸入輸出控制，主軸驅(qū)動模塊和進(jìn)給伺服驅(qū)動模塊，并介紹了相關(guān)的電氣知識。通過本設(shè)計說明書

2、可以基本上掌握數(shù)控車床的電氣原理，以及基本的電氣常識，使讀者無論是從整體上還是各個模塊中都能夠了解到數(shù)控車床相關(guān)的一系列電氣知識。關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控車床；主電路；控制電路；PLC控制；電氣原理圖ABSTRACTThe numberical controls that the technique development fast today, the numberical controls technique at the modern manufacturing industry exertive more and more importance function, numberical

3、control tool machine is number control a manufacturing industry of core, this text mainly introduced logarithms to control the processceed that the electricity system of lather design.CNC6136 As is according to Hua number control the system HNC-21 of the number of the new generation of the foundatio

4、n top design manufacturing control lather, as to it's the electricity system design make is important, its contents includes a strong electricaly design, weakness design, PLC importation output and Interface design, draw the electricity system principle diagram of a the whole tool machine etc.Th

5、is principle diagram which designs to the whole tool machine draws process and the point parts of mold piece turn and compared to in detail introduce each function and use of part.Is divided into the 380 Vs strong electricity back track, control back track, the PLC importation outputs a control, the

6、 principal axis drives a mold piece and enters to servo drive a mold piece, and introduced related electronic knowledge.Through this design systerm can basically control numberical control the electricity principle of lather, and basic electronic common sense, make the reader regardless can understa

7、nd numbrical control the lather related series of electricity knowledge from wholely the top still each mold piece.Key Words：NC system; NC lathe ; Main circuit; Control circuit; PLC control; Electric principle charts目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 數(shù)控車床的現(xiàn)狀與發(fā)展方向11.3主要技術(shù)5第二章 數(shù)控車床主要控制電路設(shè)計62.1 數(shù)控車床常用電氣元件62.2 380V強(qiáng)電

8、控制回路142.3 電源回路162.4 交流控制回路162.5 直流控制回路17第三章 PLC輸入輸出控制193.1 可編程控制器概述193.2 PLC輸入/輸出與通信接口21第四章 伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計244.1 概述244.2伺服驅(qū)動進(jìn)給裝置的接口設(shè)計25第五章 主軸控制系統(tǒng)設(shè)計275.1 概述275.1.1 主軸驅(qū)動變速的三種形式27調(diào)速的主要指標(biāo)285.2 交流主軸驅(qū)動裝置的特性285.3 主軸驅(qū)動裝置的接口設(shè)計28結(jié) 論30參考文獻(xiàn)31附 錄1：CNC6136A數(shù)控車床電氣原理圖32附 錄2：翻譯42致 謝64第一章 緒論1.1 引言機(jī)床是對金屬或其它材料的坯料或工件進(jìn)行加工，使之獲

9、得所要求的幾何精度和表面質(zhì)量的機(jī)器，機(jī)床是用以制造一切機(jī)械(包括能制造機(jī)床自身)的機(jī)器，機(jī)床是機(jī)械制造業(yè)的基本加工裝備。它的品種、性能、質(zhì)量和技術(shù)水平直接影響著其它機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、生產(chǎn)技術(shù)水平和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，以電子信息技術(shù)為主體，世界機(jī)床產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入機(jī)電一體化時代，其代表產(chǎn)品就是數(shù)控機(jī)床。CNC6136A數(shù)控車床就是典型的現(xiàn)代化設(shè)備，它的出現(xiàn)是機(jī)械加工設(shè)備的新突破。隨著科學(xué)技術(shù)和市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和新產(chǎn)品開發(fā)的周期提出了越來越高的要求，所以，新一代的數(shù)控車床便應(yīng)運(yùn)而生。CNC6136A 數(shù)控車床是基于華中數(shù)控“世紀(jì)星”HNC-21TD

10、系統(tǒng)的數(shù)控車床，其中一個主要的環(huán)節(jié)就是電氣系統(tǒng)設(shè)計,其中包括強(qiáng)電設(shè)計，弱電設(shè)計，以及PLC接口設(shè)計等。電氣系統(tǒng)是整個車床的控制中心，所以設(shè)計工作尤為重要。1.2 數(shù)控車床的現(xiàn)狀與發(fā)展方向數(shù)控車床的現(xiàn)狀：1床身和導(dǎo)軌(1)床身機(jī)床的床身是整個機(jī)床的基礎(chǔ)支承件，是機(jī)床的主體，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件，床身的結(jié)構(gòu)對機(jī)床的布局有很大的影響。一般來說，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身，立床身采用的較少。平床身工藝性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，對提高刀架的運(yùn)動精度有好處，但床身下部空間小，排屑困難；刀架橫滑板較長，加大了機(jī)

11、床的寬度尺寸，影響外觀。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點(diǎn)，床身寬度也不會太大。(2)導(dǎo)軌車床的導(dǎo)軌可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩種。滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生 行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導(dǎo)軌和新型塑料滑動導(dǎo)軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點(diǎn)。導(dǎo)軌剛度的大小、制造是否簡單、能否調(diào)整、摩擦損耗是否最小以及能否保持導(dǎo)軌的初始精度，在很大程度上取決于導(dǎo)軌的橫截面形狀。 2主軸變速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動

12、變速的，需要變速時，只能把機(jī)床停止，然后手動變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機(jī)，通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。主軸電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時可輸出全部功率和最大轉(zhuǎn)矩。 3刀架系統(tǒng)數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計和制造技術(shù)水平。隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀具結(jié)構(gòu)形式也在

13、不斷翻新。刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件，所以，刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證有較高的重復(fù)定位精度。此外，刀架的設(shè)計還應(yīng)滿足換刀時間短、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠等要求。按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式。4進(jìn)給傳動系統(tǒng)數(shù)控車床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車床區(qū)別于普通車床的一個特殊部分。數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機(jī)械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元

14、和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。機(jī)械傳動部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動系統(tǒng)。檢測元件與反饋電路組成檢測系統(tǒng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測裝置所在位置的不同，閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)， 后者則完全置機(jī)械傳動部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在工作臺上，機(jī)械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機(jī)械傳動裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開環(huán)

15、系統(tǒng)的精度和快速性較差。全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機(jī)械傳動部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機(jī)械傳動部件的剛度、阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須對機(jī)電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對機(jī)床的要求比較高，且造價也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高、基本上不需要維護(hù)和造價低等特點(diǎn)而被廣泛采用。數(shù)控車床發(fā)展趨勢：數(shù)

16、控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。1高速、高精密化高速、精密是機(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。為滿足這個復(fù)雜多變市場的需求，當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷

17、和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動的轉(zhuǎn)動慣量，提高了主軸動態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時皮帶和帶輪等傳動的振動和噪聲問題。采用電_乇軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10000rmin以上。直線電機(jī)驅(qū)動速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用直線電機(jī)作伺服驅(qū)動，省去了滾珠絲杠這一中間傳動環(huán)節(jié)，消除了傳動間隙(包括反向間隙)，運(yùn)動慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極人地提高了伺服精度。直線滾動導(dǎo)軌副，由于其具有各向問隙為零

18、和非常小的滾動摩擦，磨損小，發(fā)熱可忽略不計，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精度。通過直線電機(jī)和直線滾動導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機(jī)床的快速移動速度由目前的1020mmin提高到6080mmin，甚至高達(dá)120mmin。2高可靠性數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。3數(shù)控車床設(shè)計CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化隨著計算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計方案選擇和大件整機(jī)靜、動態(tài)特性分析、計算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計

19、，可以對整機(jī)各工作部件進(jìn)行動態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計成本，提高市場競爭能力。通過對機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計，不僅能減少重復(fù)性勞動，而且可以快速響應(yīng)市場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計周期。4功能復(fù)合化功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時間減至最少。通過功能的復(fù)合化?？梢詳U(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工。5智能化 網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化

20、21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容、以方便系統(tǒng)的診斷及維修等。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近年來機(jī)床發(fā)展的一個熱點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式，如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。數(shù)控機(jī)床向柔性自

21、動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島、FA)、體(CIMS，分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓和完善。CNC單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP及MTS等聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集

22、成和智能化方向發(fā)展。1.3主要技術(shù)此研究課題在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的技術(shù)核心基礎(chǔ)上，對采用華中數(shù)控“世紀(jì)星”HNC-21T系統(tǒng)的數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計，此設(shè)計本著在最大限度地實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床機(jī)械設(shè)計和工藝的要求，保證數(shù)控車床穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，便于組織生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量和加工過程安全的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計。包括380V強(qiáng)電回路設(shè)計，交流、直流控制回路設(shè)計，PLC輸入、輸出以及接口設(shè)計、主軸驅(qū)動單元以及伺服驅(qū)動進(jìn)給單元設(shè)計。整臺數(shù)控車床全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1-1所示。圖1-1 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)第二章 數(shù)控車床主要控制電路設(shè)計2.1 數(shù)控車床常用電氣元件1低壓斷路器低壓斷路器又稱為自動空氣開關(guān)，是

23、將控制和保護(hù)的功能合為一體的電器。它常作為不頻繁接通和斷開的電路的總電源開關(guān)或部分電路的電源開關(guān)，當(dāng)發(fā)生過載、短路或欠壓等故障時能自動切斷電路，有效地保護(hù)串接在他后面的電器設(shè)備，并且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰鼡Q零部件。（1）塑料外殼式斷路器圖2-1 塑料外殼式斷路器外形圖、電氣圖形及文字符號塑料外殼式斷路器由手柄、操作機(jī)構(gòu)、脫扣裝置、滅弧裝置及觸頭系統(tǒng)組成，均安裝在塑料外殼內(nèi)組成一體，如圖2-1所示。機(jī)床作為配電、電動機(jī)的過載及短路保護(hù)用，亦可作為線路不頻繁轉(zhuǎn)換及電動機(jī)不頻繁啟動之用。（2）小型斷路器 如圖2-2所示圖2-2 小型斷路器外形圖、電氣圖形及文字符號機(jī)床作為過載、短路保護(hù)，同時也

24、可以在正常情況下不頻繁的通斷電器裝置和照明線路。2接觸器接觸器是一種用來頻繁地接通或分?jǐn)嚯娐穾в胸?fù)載（如電動機(jī)）的自動控制電器。接觸器由電磁機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧裝置及其他部件四部分組成。如圖2-3（a）、2-3(b)所示，其工作原理是當(dāng)線圈通電后，鐵芯產(chǎn)生電磁吸力將銜鐵吸合。銜鐵帶動觸點(diǎn)系統(tǒng)動作，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng)線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在反作用彈簧力的作用下釋放，觸點(diǎn)系統(tǒng)隨之復(fù)位。按其主觸點(diǎn)通過電流的種類不同，可分為直流、交流兩種。機(jī)床上應(yīng)用最多的是交流接觸器。 圖2-3(a) 交流接觸器外形圖圖2-3(b) 交流接觸器電氣圖形及文字符號3繼電器繼電器是一種根據(jù)輸入信號的

25、變化接通或斷開控制電路的電器。繼電器的輸入信號可以是電流、電壓、等電量，也可以是溫度、速度、等非電量，輸出為相應(yīng)的觸點(diǎn)動作。繼電器的種類很多，按輸入信號的性質(zhì)分為：電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器等。按工作原理可分為：電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器等。 （1）電磁式繼電器，如圖2-4(a)、2-4(b)所示圖2-4（a） 電磁繼電器外形圖圖2-4（b） 電磁式繼電器電氣圖形及文字符號電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理與電磁式接觸器相似，也是有電磁機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)和釋放彈簧等部分組成。根據(jù)外來信號（電壓或電流）實(shí)銜鐵產(chǎn)生閉合動作，從而帶動觸點(diǎn)動作，使控制電路

26、接通或斷開，實(shí)現(xiàn)控制電路的狀態(tài)改變。但是，繼電器的觸點(diǎn)不能用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路。由于電磁式繼電器具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，故在數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。電磁式繼電器按吸引線圈電源種類不同，有交流和直流兩種。按功能分分為電流繼電器、電壓繼電器和中間繼電器。（2）時間繼電器 如圖2-5所示時間繼電器是一種用來實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)延時接通或斷開的控制電器，按其動作原理與構(gòu)造不同，可分為電磁式、空氣阻尼式、電動式和晶體管式等類型。機(jī)床控制電路中應(yīng)用較多的是空氣阻尼式時間繼電器，晶體管式時間繼電器也獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床中一般由計算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)時間控制，而不采用時間繼電

27、器方式來進(jìn)行時間控制。圖2-5 時間繼電器電氣圖形及文字符號（3）熱繼電器 如圖2-6(a)、2-6(b)所示圖2-6(a) 熱繼電器外形圖圖2-6(b) 熱繼電器電氣圖形及文字符號熱繼電器是一種利用電流熱效應(yīng)工作的保護(hù)電器。熱繼電器由發(fā)熱元件（電阻絲）、雙金屬片、傳導(dǎo)部分和常閉觸點(diǎn)組成，當(dāng)電動機(jī)過載時，通過熱繼電器中發(fā)熱元件的電流增加，使雙金屬片受熱彎曲，帶動常閉觸點(diǎn)動作。熱繼電器用于電動機(jī)的長期過載保護(hù)。（4）固態(tài)繼電器 如圖2-7所示圖2-7 固態(tài)繼電器電氣圖形及文字符號固態(tài)繼電器，簡稱SSR,是一種新發(fā)展起來的新型無觸點(diǎn)繼電器。固態(tài)繼電器使用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)，而在

28、前級中與光電隔離器融為一體。因此，固態(tài)繼電器實(shí)際上是一種帶光電隔離器的無觸點(diǎn)開關(guān)。4變壓器變壓器是一種將某一數(shù)值的交流電壓變換成頻率相同但數(shù)值不同的交流電壓的靜止電器。（1）機(jī)床控制變壓器 如圖2-8(a)、2-8(b)所示機(jī)床控制變壓器適用于頻率50Hz60Hz，輸入電壓不超過交流660V的電路。常作為各類機(jī)床、機(jī)械設(shè)備中一般電器的控制電源和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器、局部照明及指示燈的電源。圖2-8(a) 機(jī)床控制變壓器外形圖圖2-8(b) 雙繞組變壓器電氣圖形及文字符號（2）三相變壓器 如圖2-9(a)、2-9(b)所示在三相交流系統(tǒng)中，三相電壓的變換可用三臺單相變壓器也可用一臺三相變壓器來實(shí)現(xiàn)。

29、從經(jīng)濟(jì)性和縮小安裝體積等方面考慮，可優(yōu)先選擇三相變壓器。在數(shù)控機(jī)床中三相變壓器主要是給伺服驅(qū)動系統(tǒng)供電。圖2-9(a) 三相變壓器外形圖圖2-9(b) 三相變壓器電氣圖形及文字符號5直流穩(wěn)壓電源 如圖2-10(a)、2-10(b)所示直流穩(wěn)壓電源的功能是將非穩(wěn)定交流電源變成穩(wěn)定直流電源。在數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中，需要穩(wěn)壓電源給驅(qū)動器、控制單元、直流繼電器、信號指示燈等提供直流電源。圖2-10(a) 開關(guān)電源外形圖圖2-10(b) 直流穩(wěn)壓電源電氣圖形及文字符號6熔斷器熔斷器是一種廣泛應(yīng)用的最簡單的有效的保護(hù)電器。在使用時，熔斷器串接在所保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，它的熔斷體能自動

30、迅速的熔斷，從而切斷電路，使導(dǎo)線和電氣設(shè)備不致?lián)p壞。熔斷器主要由熔斷體（俗稱保險絲）和熔座（俗稱保險座）兩部分組成。如圖2-11(a)、2-12(b)所示。圖2-11(a) 熔斷器及熔斷隔離器外形圖圖2-11(b) 熔斷器電氣圖形及文字符號7開關(guān)電器（1）行程開關(guān) 如圖2-12(a)、2-12(b)所示行程開關(guān)是根據(jù)運(yùn)動部件位置而切換電路的自動控制電器，用來控制運(yùn)動部件的運(yùn)動方向、行程大小或位置保護(hù)。圖2-12(a) 行程開關(guān)外形圖圖2-12(b) 行程開關(guān)電氣圖形及文字符號（2）接近開關(guān) 如圖2-13(a)、2-14(b)所示接近開關(guān)是非接觸式的監(jiān)測裝置，當(dāng)運(yùn)動著的物體接近它到一定距離范圍內(nèi)

31、，就能發(fā)出信號。從工作原理看，接近開關(guān)有高頻振蕩型、感應(yīng)電橋型、霍爾效應(yīng)型、光電型、永磁及磁敏元件型、電容型、超聲波型等多形式。圖2-13(a) 接近開關(guān)外形圖圖2-13(b) 接近開關(guān)電氣圖形及文字符號2.2 380V強(qiáng)電控制回路圖2-14 380V強(qiáng)電回路(a)圖2-14為數(shù)控車床的主電路的一部分，也是機(jī)床的動力電路，斷路器QF1為機(jī)床電源的總開關(guān)，亦用來對整個動力線路進(jìn)行過載及短路保護(hù)，交流接觸器KM2和KM3采用互鎖連接用來控制主軸電動機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)，斷路器QF3作為主軸電動機(jī)的過載及短路保護(hù)；伺服變壓器TC1是將交流380V電壓轉(zhuǎn)換為交流220V電壓給伺服模塊供電，QF2作為伺服強(qiáng)電

32、的過載及短路保護(hù)，KM3用作開關(guān)控制，滅弧器RC1、RC2用來保護(hù)交流接觸器的主觸點(diǎn)，防止當(dāng)主觸點(diǎn)斷開時，在動、靜觸點(diǎn)間產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧，燒壞主觸點(diǎn)。圖2-15為數(shù)控車床的主電路的另一部分，斷路器QF4和QF5分別作為冷卻電機(jī)和刀架電機(jī)的過載及短路保護(hù)；交流接觸器KM6用來控制冷卻電動機(jī)M2的啟動和停止，KM4和KM5也是采用互鎖電路控制刀架電機(jī)的M3的正反轉(zhuǎn)，滅弧器RC3、RC4用來保護(hù)交流接觸器的主觸點(diǎn)，防止當(dāng)主觸點(diǎn)斷開時，在動、靜觸點(diǎn)間產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧，燒壞主觸點(diǎn)。圖2-15 380V強(qiáng)電回路(b)典型電路控制分析：實(shí)際生產(chǎn)中考慮到經(jīng)濟(jì)、高效、準(zhǔn)確等因素，此次設(shè)計中采用了互鎖電路控制實(shí)現(xiàn)主軸和刀

33、架電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，有三相異步電動機(jī)的原理可知，只要將電動機(jī)接到三相電源中的任意兩根連線對調(diào)，即可使電動機(jī)反轉(zhuǎn)。圖2-16 互鎖控制線路如圖2-16所示，啟動按鈕SB2、SB3使用復(fù)合按鈕，復(fù)合按鈕的常閉觸點(diǎn)用來斷開轉(zhuǎn)向相反的接觸器線圈的通電回路，兩個接觸器的常閉觸點(diǎn)KM1、KM2起互鎖作用，即當(dāng)一個接觸器通電時，其常閉觸點(diǎn)斷開，使另一個接觸器線圈不能通電。2.3 電源回路圖2-17 電源回路圖圖2-17為機(jī)床的電源線路，圖中變壓器TC1 原邊接三相AC380V，副邊三組繞組分別提供AC220V、AC24V、AC110V電壓，AC220V給開關(guān)電源供電，AC24V給工作燈供電，AC110V給電柜

34、風(fēng)扇供電，熔斷器FU1-FU3用來對線路進(jìn)行過載及短路保護(hù)。2.4 交流控制回路圖2-18為機(jī)床的交流控制線路，圖中交流接觸器KM2線圈和KM3一對常閉輔助觸點(diǎn)串接，交流接觸器KM3線圈和KM2一對常閉輔助觸點(diǎn)串接，從而實(shí)現(xiàn)主軸電動機(jī)正反向接觸器間的互鎖控制；交流接觸器KM4線圈和KM5一對常閉輔助觸點(diǎn)串接，交流接觸器KM5線圈和KM4一對常閉輔助觸點(diǎn)串接，從而實(shí)現(xiàn)刀架電動機(jī)正反向接觸器間的互鎖控制；交流接觸器KM1線圈和KM6線圈分別用來控制KM1和KM6的主觸點(diǎn)吸合。繼電器KA1-KA8觸點(diǎn)由可編程控制器或數(shù)控裝置I/O口控制，用來控制交流接觸器KM1-KM6的線圈通電或斷電。圖2-18

35、交流控制回路2.5 直流控制回路圖2-19為機(jī)床的直流控制線路，在伺服強(qiáng)電和主軸強(qiáng)電通電的條件下，當(dāng)機(jī)床未壓限位開關(guān)、伺服未報警、急停未壓下、主軸未報警時，KA2、KA3繼電器線圈通電，繼電器觸點(diǎn)吸合，并且PLC輸出點(diǎn)Y00發(fā)出伺服允許信號，KA1繼電器線圈通電，繼電器觸點(diǎn)吸合。當(dāng)主軸交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點(diǎn)吸合，主軸變頻器上加上AC380V電壓，若有主軸正轉(zhuǎn)或主軸反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速指令時，PLC輸出主軸正轉(zhuǎn)Y10和主軸反轉(zhuǎn)Y11有效，主軸轉(zhuǎn)速指令輸出對應(yīng)于主軸轉(zhuǎn)速的直流電壓值（0-10V）至主軸變頻器上，主軸按指令值的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當(dāng)有換刀指令時，經(jīng)過系統(tǒng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)閾Q刀信號，PLC輸出Y

36、06有效，KA6繼電器線圈通電，繼電器觸點(diǎn)閉合，交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點(diǎn)吸合，刀架電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)PLC輸出Y07有效時，KA7繼電器線圈通電，繼電器觸點(diǎn)閉合，交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點(diǎn)吸合，刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)，延時一定時間后,PLC輸出Y07有效撤銷，交流接觸器主觸點(diǎn)斷開，刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)停止，換刀過程完成。圖2-19 直流控制回路第三章 PLC輸入輸出控制3.1 可編程控制器概述可編程控制器（以下簡稱PLC）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型自動化控制裝置，目前已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備。可編程控制器是計算機(jī)技術(shù)與自動控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種通用工業(yè)控制器。在此之前，機(jī)床的順序

37、控制是以機(jī)床當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，使機(jī)床按預(yù)先規(guī)定好的動作依次地工作，這種控制方式的實(shí)現(xiàn)，是由傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路RLC完成的。RLC是將繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等機(jī)電式控制器件用導(dǎo)線、端子等連接起來的電路，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能。1969年，美國DEC 公司研制出世界上第一臺型號為“PDP-14”的可編程控制器，在通用汽車公司的自動裝配線上使用，獲得了成功。因?yàn)檫@種裝置當(dāng)時稱為“可編程邏輯控制器”（Programmable Logic Controller），故簡稱PLC。可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用于存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制

38、、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等特定功能的用戶指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其輔助設(shè)備都應(yīng)按易于構(gòu)成一個工業(yè)控制系統(tǒng)，且它們所具有的全部功能易于應(yīng)用的原則設(shè)計。數(shù)控機(jī)床的控制由數(shù)控裝置和可編程控制器協(xié)調(diào)配合共同完成：數(shù)控裝置主要完成與數(shù)字運(yùn)算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等； 可編程控制器（以下簡稱PLC）主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動作，沒有實(shí)現(xiàn)軌跡運(yùn)動上的具體要求。1可編程控制器（PLC）具有如下特點(diǎn)：（1）PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機(jī)系統(tǒng)。為了適應(yīng)順序控制的要求，PLC省去了微機(jī)的一些數(shù)字運(yùn)算功能，而

39、強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算控制功能，是一種介于繼電器控制和微機(jī)控制之間的自動控制裝置；（2）PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計的，所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力。除輸入/輸出部分采用光電隔離的措施外，對電源、運(yùn)算器、控制器、存儲器等也設(shè)置了多種保護(hù)和屏蔽。PLC沒有繼電器那種機(jī)械觸點(diǎn)，因此，不存在觸點(diǎn)的接觸不良、熔焊、磨損和線圈損壞等故障；（3）相對于RLC，PLC采用軟件實(shí)現(xiàn)用戶控制邏輯，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)動作復(fù)雜的控制邏輯和數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化；（4）目前大多數(shù)的PLC，均采用梯形圖編程方式。梯形圖與繼電器邏輯控制電路圖十分相似，圖形符號形象直觀、工作原理易于理解

40、和掌握、編程簡單、操作方便、改變程序靈活；（5）PLC可與編程器、個人計算機(jī)等聯(lián)接，可以很方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。2可編程控制器的分類：從數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的角度可編程控制器可分為兩類：一類是CNC的生產(chǎn)廠家專為數(shù)控機(jī)床順序控制而將數(shù)控裝置（CNC）和PLC綜合起來而設(shè)計制造的“內(nèi)裝型”PLC。另一類是專業(yè)的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，它們的輸入/輸出信號接口技術(shù)規(guī)范，輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、程序存儲容量以及運(yùn)算和控制功能均能滿足數(shù)控機(jī)床的控制要求，稱為“獨(dú)立型”PLC。3可編程控制器的組成及工作方式：PLC實(shí)質(zhì)是一種專用計算機(jī)，它的組成形式基本上與微機(jī)相同，主要包括：微處理器（CPU

41、）、存儲器、用戶輸入/輸出部分、輸入/輸出擴(kuò)展接口、外圍設(shè)備以及電源等。對于內(nèi)裝型PLC，CPU、存儲器、外圍設(shè)備、電源等部分一般與CNC裝置共用。PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序，每一時刻執(zhí)行一條指令，由于相對于外部電氣信號有足夠的執(zhí)行速度，從宏觀上看是實(shí)時響應(yīng)的。對用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時掃描兩種，掃描過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，圖3-1為數(shù)控車床中的PLC系統(tǒng)。圖3-1 數(shù)控車床中的PLC3.2 PLC輸入/輸出與通信接口1PLC輸入開關(guān)量定義：X10（ 輸入接口I0-I19）表3-1 輸入開關(guān)量定義引腳號信號名標(biāo)號信號定義13I00X0

42、.0X 軸正超程限位開關(guān)，常開點(diǎn)，閉合有效。25I01X0.1X 軸負(fù)超程限位開關(guān)，常開點(diǎn)，閉合有效。12I02X0.2Z 軸正超程限位開關(guān)，常開點(diǎn)，閉合有效。24I03X0.3Z 軸負(fù)超程限位開關(guān)，常開點(diǎn)，閉合有效。11I04X0.423I05X0.510I06X0.622I07X0.79I08X1.021I09X1.1主軸電機(jī)報警，常閉點(diǎn)，斷開有效。8I10X1.2X 軸回參考點(diǎn)開關(guān)，常開點(diǎn)，閉合有效。20I11X1.3Z 軸回參考點(diǎn)開關(guān)，常開點(diǎn)，閉合有效。7I12X1.4刀架電機(jī)過熱報警，常閉點(diǎn)，斷開有效。19I13X1.5冷卻系統(tǒng)報警，常閉點(diǎn)，斷開有效。6I14X1.618I15X1.

43、75I16X2.01號刀到位，常開點(diǎn)，閉合有效。17I17X2.12號刀到位，常開點(diǎn)，閉合有效。4I18X2.23號刀到位，常開點(diǎn)，閉合有效。16I19X2.34號刀到位，常開點(diǎn)，閉合有效。3空1，2，14，1524V地外部直流24V 電源接地2PLC輸出開關(guān)量定義：X20（輸出接口00-015）表3-2 輸出開關(guān)量定義引腳號信號名標(biāo)號信號定義13000Y0.0運(yùn)行允許， 低電平有效。25001Y0.1系統(tǒng)復(fù)位， 低電平有效。12002Y0.2伺服允許 ，低電平有效。24003Y0.311004Y0.423005Y0.5冷卻開，低電平有效。10006Y0.6刀庫正轉(zhuǎn)，低電平有效。22007Y0

44、.7刀庫反轉(zhuǎn)，低電平有效。9008Y1.0主軸正轉(zhuǎn)，（主軸使能）， 低電平有效。21009Y1.1主軸反轉(zhuǎn)，（主軸使能）， 低電平有效。8010Y1.220011Y1.37012Y1.419013Y1.56014Y1.618015Y1.75空17ESTOP3急停回路驅(qū)動KA ，繼電器控制動力電源的輸出端子4ESTOP1急?；芈放c超程回路的串聯(lián)的接入端子16OTBS2超程限位開關(guān)的接入端子3OTBS1超程限位開關(guān)的接入端子1，2，14，1524V地外部直流24V 電源接地3通訊接口數(shù)控機(jī)床PLC主要包括兩類接口信息：（1）硬件電氣接口信息：PLC與數(shù)控裝置、機(jī)床及機(jī)床電氣設(shè)備之間的電氣連接部分；

45、（2）軟件寄存器接口信息：PLC為了運(yùn)算和實(shí)現(xiàn)某些特殊功能的需要，以及內(nèi)裝式PLC與NC間，數(shù)據(jù)交換的需要設(shè)置的寄存器變量或功能函數(shù)。PLC常用的電氣接口一般有開關(guān)量輸入接口、開關(guān)量輸出接口和模擬量輸出接口等三種。主軸控制接口：XS9如圖3-2所示。圖3-2 主軸控制接口模擬接口式、脈沖接口式伺服驅(qū)動器控制接口：XS30-XS33如圖3-3所示。 圖3-3 伺服驅(qū)動器控制接口第四章 伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計4.1 概述數(shù)控裝置所發(fā)出的控制指令，是通過進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動機(jī)械執(zhí)行部件，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)床精確的進(jìn)給運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)是一種位置隨動與定位系統(tǒng)，它的作用是快速、準(zhǔn)確地執(zhí)行由數(shù)控裝置發(fā)出的

46、運(yùn)動命令，精確地控制機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的坐標(biāo)運(yùn)動。它的性能指標(biāo)決定了數(shù)控機(jī)床的許多性能指標(biāo)，如最高移動速度、輪廓跟隨精度、定位精度等。 伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)概念伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)是CNC裝置跟機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)。CNC裝置發(fā)出的控制信息通過進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的運(yùn)動，完成程序所規(guī)定的操作。進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的作用可歸納如下：（1）放大CNC裝置的控制信號，具有功率輸出的能力；（2）根據(jù)CNC裝置發(fā)出的控制信號對機(jī)床移動部件的位置和速度進(jìn)行控制。 數(shù)控車床對伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)的要求1調(diào)速范圍要寬調(diào)速范圍是指進(jìn)給電動機(jī)提供的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之比，即。在各種數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中，由

47、于加工用刀具、被加工材料、主軸轉(zhuǎn)速以及零件加工工藝要求不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，要求進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o級調(diào)速范圍（通常大于1：10000），尤其在低速（如轉(zhuǎn)速小于0.1r/min）時，要仍能平滑運(yùn)動而無爬行現(xiàn)象，2定位精度高使數(shù)控機(jī)床加工零件主要是為了保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，減少廢品率；就決復(fù)雜曲面零件的加工問題；解決復(fù)雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等。因此，要求進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性和較高的剛度，從而達(dá)到較高的定位精度，以保證機(jī)床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差（目前進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分辨率可達(dá)到1m或0.1m，甚至0.01m），同時進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)

48、要有較好的動態(tài)性能，以保證機(jī)床具有較高的輪廓跟隨精度。3有足夠的傳動剛性和較高的速度穩(wěn)定性4快速響應(yīng)，無超調(diào)為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。5低速大扭矩，過載能力強(qiáng)一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時間內(nèi)可以過載4-6倍而不損壞。6可靠性高要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高，工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾能力。4.2伺服驅(qū)動進(jìn)給裝置的接口設(shè)

49、計在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)給驅(qū)動裝置根據(jù)來自CNC的指令，控制電動機(jī)的運(yùn)行，以滿足數(shù)控機(jī)床工作的要求。因此進(jìn)給驅(qū)動裝置至少要求具備工作電源接口、接收CNC或其他設(shè)備指令以及控制電動機(jī)運(yùn)行的接口，這些都是最基本的接口，如圖4-1所示，標(biāo)出最簡單地進(jìn)給驅(qū)動器接線圖。此外，為了伺服系統(tǒng)的安全，進(jìn)給驅(qū)動裝置一般提供了工作狀態(tài)信息和報警接口；為了方便，有些進(jìn)給驅(qū)動裝置還提供了通信接口等，根據(jù)不同的伺服類型和功能的強(qiáng)弱，除了基本接口外，進(jìn)給驅(qū)動裝置的接口會相差很多，例如，交流伺服驅(qū)動裝置一般比步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動裝置具有更豐富的接口。圖4-1 進(jìn)給驅(qū)動裝置的基本接口進(jìn)給驅(qū)動裝置的接口，按照功能不同可分為： 1、電源接口

50、2、指令接口 3、控制接口 4、狀態(tài)與安全報警接口 5、通信接口 6、反饋接口 7、電動機(jī)電源接口如圖4-2是X軸伺服模塊的連接圖圖4-2 X軸伺服模塊圖中體現(xiàn)了X 軸伺服模塊的強(qiáng)電回路即反饋回路接線圖，電源接口R1,T1進(jìn)給驅(qū)動裝置的電源一般分為動力電源和邏輯電源電路，對于交流伺服進(jìn)給驅(qū)動裝置，還需要控制電源。進(jìn)給驅(qū)動裝置提供了一系列的接口裝置。指令接口一般采用脈沖接口或模擬量接口，有些還提供通信和總線的方式作為接口?？刂平涌趯M(jìn)給驅(qū)動伺服裝置而言是輸入信號接口，用于接受CNC、PLC以及其他設(shè)備的控制指令，以便調(diào)整驅(qū)動裝置的工作狀態(tài)、工作特性或?qū)︱?qū)動裝置和電動機(jī)驅(qū)動的機(jī)床設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。狀態(tài)

51、與安全報警接口對進(jìn)給驅(qū)動裝置而言是輸出信號接口，用于通知CNC、PLC以及其他設(shè)備驅(qū)動裝置目前的工作狀態(tài)。反饋接口一般分為來自位置、速度檢測元件、和輸出到CNC的位置反饋接口。電動機(jī)電源接口一般采用端子的形式，小功率的電動機(jī)也會采用插接件的形式。伺服系統(tǒng)接線分為三個模塊，即，電源模塊標(biāo)準(zhǔn)接線，位置控制方式標(biāo)準(zhǔn)接線，速度控制方式標(biāo)準(zhǔn)接線。第五章 主軸控制系統(tǒng)設(shè)計5.1 概述主軸驅(qū)動系統(tǒng)就是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動的動力裝置部分。它帶動工件或刀具作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而能配合進(jìn)給運(yùn)動，加工出理想的零件。機(jī)床的主軸驅(qū)動和進(jìn)給驅(qū)動有較大的差別。機(jī)床主軸的工作運(yùn)動通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，不像進(jìn)給驅(qū)動需要絲杠或其他直線運(yùn)

52、動裝置往復(fù)運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床通常通過主軸回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的快速的相對切削運(yùn)動。隨著刀具計數(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、加工工藝的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對主軸傳動提出了更高的要求：1.調(diào)速范圍寬為保證加工時選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，特別對于具有自動換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應(yīng)各種刀具、工序和材料的加工要求，對主軸的調(diào)速范圍提出了更高的要求，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，并減少中間傳動環(huán)節(jié)。2.恒功率范圍要寬要求主軸在調(diào)速范圍內(nèi)均能提供所需的切削功率，并盡可能在調(diào)速范圍內(nèi)提供主軸電機(jī)的最大功率。

53、由于主軸電機(jī)與驅(qū)動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機(jī)床低速、強(qiáng)力切削的需要，常采用分段無級變速的方法（即在低速段采用機(jī)械減速裝置），以擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩。3.具有四象限驅(qū)動能力要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動時均可進(jìn)行自動加、減速控制，并且加、減速時間要短。目前一般伺服主軸可以在1S內(nèi)從靜止加速到6000r/min。4.具有位置控制能力即進(jìn)給功能（C軸功能）和定向功能（準(zhǔn)停功能），以滿足加工中心自動換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車削中心的某些加工工藝的需要。 主軸驅(qū)動變速的三種形式1.主軸電動機(jī)齒輪換檔，目的在于降低主軸轉(zhuǎn)速，增大傳動比，放大主軸功率以適應(yīng)切削的需要；2.主軸電動機(jī)通過同步齒形

54、帶或皮帶驅(qū)動主軸，該類主軸電動機(jī)又稱寬域電機(jī)或強(qiáng)切削電動機(jī)，具有恒功率寬的特點(diǎn)。由于無需機(jī)械變速，主軸箱內(nèi)省卻了齒輪和離合器，主軸箱實(shí)際上成了主軸支架，簡化了主傳動系統(tǒng)，從而提高了傳動鏈的可靠性。3.電主軸調(diào)速的主要指標(biāo)1、調(diào)速范圍：2、調(diào)速的平滑性：一般的變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該小于或等于0.3r/min5.2 交流主軸驅(qū)動裝置的特性早期的數(shù)控機(jī)床多采用直流主軸驅(qū)動系統(tǒng)，為使主軸電動機(jī)能輸出較大的功率，所以一般采用它激式的直流電動機(jī)。為縮小體積，改善冷卻效果，以免電動機(jī)過熱，常采用軸向強(qiáng)迫風(fēng)冷或熱冷管冷卻技術(shù)。20世紀(jì)80年代后，微電子技術(shù)、交流調(diào)速計數(shù)、現(xiàn)代控制理論等有了很大發(fā)展，同時新型大功率半導(dǎo)體器件如大功率晶