第4章 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)

第4章數(shù)控機床的電氣控制系統(tǒng)2/3/20234.1數(shù)控系統(tǒng)的電氣控制4.1.1數(shù)控系統(tǒng)的電源控制4.1.2數(shù)控系統(tǒng)的連接2/3/2023一臺數(shù)控機床要想按照指定的動作要求來實現(xiàn)各種進給切削，除了要有來自CNC的各種運動及功能指令之外，還需要有各種電氣控制和執(zhí)行元件，使數(shù)控機床的各運動部件能夠準(zhǔn)確地、有序地、安全地運行，才能完成各種加工任務(wù)。一臺典型的數(shù)控機床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖4-1所示。2/3/2023圖4-1數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)2/3/20234.1.1數(shù)控系統(tǒng)的電源控制數(shù)控系統(tǒng)的電源控制，包括從工頻交流電的輸入，到各控制模塊正常工作以及執(zhí)行元件的動作實現(xiàn)?？梢哉f，電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成了整個數(shù)控機床的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)控系統(tǒng)的全部工作，實際上是按照程序指定的要求，控制作電能的傳輸和變換，使數(shù)控機床的各個部件在這些受控電能的驅(qū)動下，按照程序指定的方式和步驟有條不紊地工作。以FANUC系統(tǒng)為例，對數(shù)控系統(tǒng)的電源控制系統(tǒng)進行說明。2/3/2023圖4-2AI（A16B—1211—0100）電源模塊主回路原理圖2/3/20234.1.2數(shù)控系統(tǒng)的連接FANUC0i系統(tǒng)的連接如圖4-3所示，0系統(tǒng)和其他系統(tǒng)與此類似。由圖可見，系統(tǒng)輸入電壓為DC[24±(24×10%)]V，約7A。伺服和主軸電動機為AC200V（不是220V）輸入。這兩個電源的通電及斷電順序是有要求的，不滿足要求會出現(xiàn)報警或損壞驅(qū)動放大器。原則是要保證通電和斷電都在CNC的控制之下。其他系統(tǒng)如0系統(tǒng)，系統(tǒng)電源和伺服電源均為AC200V輸入。2/3/2023圖4-3機床連接框圖2/3/20234.2數(shù)控機床的電氣控制4.2.1數(shù)控車床的電氣控制系統(tǒng)4.2.2數(shù)控銑床的電氣控制4.2.3典型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)原理圖2/3/20234.2.1數(shù)控車床的電氣控制系統(tǒng)下面以TK1640數(shù)控車床為例進行說明，TK1640數(shù)控車床采用主軸變頻調(diào)速，機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動由5.5kW變頻主軸電動機經(jīng)皮帶傳動至I軸，經(jīng)三聯(lián)齒輪變速將運動傳至主軸E，并得到低速、中速和高速三段范圍內(nèi)的無級變速。機床進給為兩軸聯(lián)動，配有四工位電動刀架，可滿足不同需要的加工。Z坐標(biāo)為大拖板左右運動方向，其運動由GK6063-6AC31交流永磁伺服電動機與滾珠絲杠直聯(lián)實現(xiàn)；X坐標(biāo)為中拖板前后運動方向，其運動由GK6062-6AC31交流永磁伺服電動機通過同步齒形帶及帶輪帶動滾珠絲杠和螺母實現(xiàn)。為保證螺紋車削加工時主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架移動一個導(dǎo)程（即被加工螺紋導(dǎo)程）。主軸箱的左側(cè)安裝了一光電編碼器配合縱向進給交流伺服電動機，主軸至光電編碼器的齒輪傳動比為1:1。2/3/2023圖4-5TK1640強電回路2/3/2023圖4-6TK1640電源回路2/3/2023圖4-7TK1640交流控制回路圖2/3/2023圖4-8TK1640直流控制回路圖2/3/20234.2.2數(shù)控銑床的電氣控制以XK714A數(shù)控銑床為例進行說明，XK714A數(shù)控銑床采用主軸變頻調(diào)速，機床主軸的旋轉(zhuǎn)運動由5.5kW變頻主軸電動機經(jīng)皮帶傳動至I軸，經(jīng)三聯(lián)齒輪變速將運動傳至主軸E，并得到低速、中速和高速三段范圍內(nèi)的無級變速。機床進給為三軸聯(lián)動，換刀采用自動松夾、手動換刀，可滿足不同需要的加工。XK714A數(shù)控銑床工作臺左右運動為X坐標(biāo)，前后運動為Y坐標(biāo)，均由GK6062-6AF31交流永磁伺服電動機通過同步齒形帶、帶輪、滾珠絲杠和螺母實現(xiàn)；主軸箱上下運動為Z坐標(biāo)，其運動由GK6063-6AF31帶抱閘的交流永磁伺服電動機通過同步齒形帶、帶輪、滾珠絲杠和螺母實現(xiàn)。機床主軸旋轉(zhuǎn)運動則由YPNC-50-5.5-A主軸電動機經(jīng)同步帶及帶輪傳至主軸。主軸電動機為變頻調(diào)速三相異步電動機，由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器的輸出頻率實現(xiàn)主軸無級調(diào)速。2/3/2023圖4-9XK714A數(shù)控銑床動力電路2/3/2023圖4-10XK714A數(shù)控銑床電源控制線路2/3/2023圖4-11XK714A數(shù)控銑床直流控制線路2/3/2023圖4-12XK714A數(shù)控銑床交流控制線路2/3/2023圖4-13數(shù)控銑床主軸單元電氣原理圖2/3/20234.2.3典型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)原理圖2/3/2023圖4-14典型數(shù)控機床電源供電系統(tǒng)原理圖2/3/2023圖4-15數(shù)控機床伺服驅(qū)動電路電氣控制原理圖2/3/20234.3數(shù)控機床電氣控制設(shè)計示例4.3.1CK6142數(shù)控車床的電氣控制要求4.3.2CK6142數(shù)控車床的電氣控制方案

設(shè)計4.3.3強電控制回路的設(shè)計4.3.4HANUC輸入輸出控制回路的連接與

參數(shù)設(shè)置4.3.5機床信號的連接4.3.6HANUC系統(tǒng)伺服軸接口與伺服驅(qū)動

器以及伺服電動機的連接與參數(shù)設(shè)置4.3.7HANUC系統(tǒng)與變頻器、主軸編碼器

的連接與參數(shù)設(shè)置2/3/20234.3.2CK6142數(shù)控車床的電氣控制方案設(shè)計1．輸入點數(shù)的確定根據(jù)要求，輸入信號包括四工位電動刀架的四個到位信號和刀架鎖緊信號、急停信號、報警信號，以及主軸換擋的2個到位信號，一共9個輸入點。為了擴展方便，預(yù)留3個報警輸入點，所以按12個輸入點計算。2．輸出點數(shù)的確定根據(jù)要求，輸出信號包括主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止信號，電動刀架的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號，主軸換擋的輸出信號，冷卻電動機控制信號、潤滑油泵控制信號，一共9個輸出點。為了擴展方便，預(yù)留3個輸出點，所以按12個輸出點計算。3．交流伺服電動機的確定交流伺服電動機采用日本SANYODENKIP6系列電動機，X軸采用1.0kW的伺服電動機P60B13100HXS00，Z軸采用1.5kW的伺服電動機P60B13150HXS00。由于伺服電機驅(qū)動器需要提供三相200V的電壓，所以必須采用專門定做的伺服變壓器：容量為3KVA（大于X軸和Z軸伺服電動機的功率之和2.5kW），輸入端為三相380V交流電，輸出端為三相200V。4．控制變壓器的確定強電控制回路主要控制交流接觸器的通斷，采用交流220V的控制電源，因此需要選擇一個控制變壓器：容量為400VA，輸入端為交流380V，輸出端為交流220V和36V（工作照明燈用）。2/3/20235．強電主回路的設(shè)計強電主回路如圖4-16所示，從電網(wǎng)上接入三相交流380V電源，實現(xiàn)到主軸電動機、冷卻電動機、潤滑電動機等的主回路。圖4-16強電主回路

2/3/20234.3.3強電控制回路的設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)采用深圳市海納科數(shù)控科技有限公司生產(chǎn)的AE-08數(shù)控系統(tǒng)，AE-08系統(tǒng)是以嵌入式

PC

為平臺，率先采用DSP運動控制模塊的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并且具備速度和加速度前饋控制，使得整機具有良好的加工精度和動態(tài)性能。系統(tǒng)可同時控制4個伺服運動軸，采用模擬量電壓控制，速度指令給定電壓為?10V～+10V，還可以實現(xiàn)脈沖型運動控制。系統(tǒng)具有豐富的加工功能，指令代碼兼容FANUC0系統(tǒng)指令集，同時具有良好的結(jié)構(gòu)性、可操作性和可擴展性。2/3/20231．HANUC系統(tǒng)的上電回路如圖4-17所示，SB1為接操作面板上的“電源開”按鈕，連接其常開觸點，SB2為操作面板上的“電源關(guān)”按鈕，連接其常閉觸點。圖4-17上電回路2/3/20232．交流接觸器的控制回路交流接觸器的回路連接如圖4-18所示，圖中KM表示交流接觸器線圈或觸點，KA表示中間直流繼電器的常開或常閉觸點。圖4-18交流接觸器控制回路2/3/20234.3.4HANUC輸入輸出控制回路的連接與參數(shù)設(shè)置1．輸入控制回路的連接2．輸入量參數(shù)設(shè)置3．輸出控制回路的連接4．輸出量參數(shù)設(shè)置2/3/20234.3.5機床信號的連接圖4-21機床信號的連接2/3/20234.3.6HANUC系統(tǒng)伺服軸接口與伺服驅(qū)動器以及伺服電動機的連接與參數(shù)設(shè)置1．伺服軸接口與伺服驅(qū)動器以及伺服電動機的連接2．SANYO、DENKI、PY2伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置3．伺服進給軸的參數(shù)配置2/3/20234.3.7HANUC系統(tǒng)與變頻器、主軸編碼器的連接與參數(shù)設(shè)置1．主軸接口（軸4）與變頻器、主軸編碼器的連接2．主軸