【文章內(nèi)容簡介】 主軸驅(qū)動裝置兩類。模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置采用變頻器來控制主軸電機。串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動裝置是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家用來驅(qū)動該廠家專業(yè)主軸電機的驅(qū)動裝置，不同數(shù)控系統(tǒng)其主軸驅(qū)動裝置各不相同。 目前國內(nèi)中高端用戶大多采用的即是西門子、發(fā)那科、三菱電機等這些國際知名公司的 數(shù)控系統(tǒng)，尤其是在汽車及零部件制造業(yè)這樣的大規(guī)模生產(chǎn)線上，這些品牌的數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)著中高端的主流市場，其他國內(nèi)外多種品牌特別是經(jīng)濟性數(shù)控系統(tǒng)在中低端市場則有百花齊放之勢，還有很多專用數(shù)控系統(tǒng)亦是各有用武之地。 當前，第六代數(shù)控系統(tǒng)以西門子的 840D 和 810D 數(shù)控系統(tǒng)為代表，它的硬件結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊、模塊化，軟件內(nèi)容更加豐富，功能更強大，代表并引領著當今數(shù)控技術的發(fā)展方向。發(fā)那科 0i和 21i 數(shù)控系統(tǒng)也很典型，其最新開發(fā)的是 18i 系統(tǒng)，穩(wěn)定易用，實用性很強，應用非常廣泛。三菱電機 M60S 數(shù)控系統(tǒng)的替代品 —— C70適用于大規(guī)模生產(chǎn)線，其最新推出的 M70/M700 可更廣泛地用于多種機械加工。三菱電機還與山崎馬扎克合作，開發(fā)了 Mazatrol Fusion 640 數(shù)控系統(tǒng)。 Mazatrol Fusion 640 數(shù)控系統(tǒng)以其高品質(zhì)的運動控制性能和先進的信息化、智能化功能在技術上同樣居于世界領先地位。 繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現(xiàn)象。繼電器 控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制 PLC 采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可?？刂扑俣?PLC 是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。 本課題采用模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置， FANUC 公 0i MATE 數(shù)控系統(tǒng)。 隨著數(shù)字 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，越來越多的采用通用變頻器作為數(shù)控機床主軸驅(qū)動裝置。變頻器有多方面的優(yōu)點：可以和通用的籠型異步電動機配套使用，具有多種可供選擇的功能，可應用于各種不同性質(zhì)的負載。 FANUC 的數(shù)控 系統(tǒng)具有高質(zhì)量、高性能、全功能，適用于各種機床和生產(chǎn)機械的特 點，在市場的占有率遠遠超過其他的數(shù)控系統(tǒng)。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。 （ 1）系統(tǒng)在設計中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易于拆裝，各個控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。 （ 2）具有很強的抵抗惡劣環(huán)境影響的能力。鄭州大學畢業(yè)論文 共 27 頁 第 9 頁 其工作環(huán)境溫度為 0～ 45℃ ，相對濕度為 75％。 （ 3）有較完善的保護措施。 FANUC對自身的系統(tǒng)采用比較好的保護電路。 （ 4） FANUC 系統(tǒng)所配置的系統(tǒng)軟件具有比較齊全的基本功能和選項功能。對于一般的機床來說，基本功能完全能滿 足使用要求。（ 5）提供大量豐富的 PMC 信號和 PMC 功能指令。這些豐富的信號和編程指令便于用戶編制機床側(cè) PMC 控制程序，而且增加了編程的靈活性。 （ 6）具有很強的 DNC 功能。系統(tǒng) 提供串行 RS232C 傳輸接口，使通用計算機 PC 和機床之間的數(shù)據(jù)傳輸能方便、可靠地進行，從而實現(xiàn)高速的 DNC 操作。 （ 7）提供豐富的維修報警和診斷功能。 FANUC維修手冊為用戶提供了大量的報警信息，并且以不同的類別進行分類。 PLC 采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可。 PLC 是由程序指令控 制半導體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大。 PLC 的特點： 1 編程方法簡單易學 2 功能強，性能價格比高 3硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強 4可靠性高，抗干擾能力強 5系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少 6 維修工作量少，維修方便 7 體積小，能耗低。 鄭州大學畢業(yè)論文 共 27 頁 第 10 頁 第二 章電氣原理圖的設計 電氣原理圖的設計 電源電路 電源電路 見附錄 （圖 1） 原理： D1 — QF1 為電源總斷路器，電源 AC380V 供給變頻器 。 D1— TC1 為控制變壓器，一次側(cè)為 AC380V，二次側(cè)為 220V，為照明和交流接觸器提供電源。 D1— VC1為開關電源，為 CNC、 CRT\MDI、中間繼電器提供 DC24V 電源。 D1— Fu — Fu —Fu — Fu — Fu5為電路的短路保護。 電路 圖 CNC 電路圖見附錄（圖 2） 本課題采用 FANUC 公司 POWER 0i MATE 數(shù)控系統(tǒng)， CNC 電路 圖 ， W1A1為 CNC 裝置。 CNC 裝置控制 模擬主軸（ 變頻器 JA11）、主軸位置編碼器 (JA12)、手搖脈沖發(fā)生器（ W1GP）及強電柜； M1K1 為接通 /斷開繼電器 主軸電路 主軸電路見附錄 （ 圖 3） 原理：采用模擬主軸控制，配置 3Kw、 2880r\min 的交流異步電動機，速度開環(huán)控制系統(tǒng)。 CNC輸出的模擬信號到變頻器的 10與 15端口，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，通過設置變頻器的參數(shù)，實現(xiàn)從最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的調(diào)速。 H1— K1 為主軸交流接觸器，接通或斷開主軸動力電源。主軸位置上的編碼器 H1— GP 使主軸能與進給驅(qū)動同步控制，以便加工螺紋； M3— K M3— K4 為主軸正反轉(zhuǎn)繼電器，通過 PLC 實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。Ｍ１ — Ｋ２為急停，當變頻器有異常情況是，通過 １、 2 端口輸出報警信號到 PLC。 強電電路 強電電路見附錄 （ 圖 4） 當按下急停按鈕 M1SB1 時， SB SB3 為 CNC 接通 /斷開按鈕，發(fā)出急停信號 K2停止主軸轉(zhuǎn)動，打開電源鑰匙 M1SA1,接通中間繼電器 K3， AC220V 上電， M3K1 為通過 PLC 接通主軸電動機接觸器 H1K1 的信號。 PLC 輸入、輸出電路 PLC 輸入、輸出電路見附錄圖 圖 6 M2SB SB SB3 分別為主電動機接通、斷開、循環(huán)啟動按鈕；按下急停按鈕時發(fā)出急停信號 M1K2，機床立即停止工作；當機床 設備異常，出現(xiàn)一個報警信號鄭州大學畢業(yè)論文 共 27 頁 第 11 頁 時，報警燈亮。 M3K1 為接通主軸電動機繼電器， K K4 為主軸正反轉(zhuǎn)繼電器， HL3 為故障燈。 電氣元件的選擇 熔斷器的選擇 熔斷器是一種簡單而有效的保護電器。在電路中主要起短路保護作用，選擇熔斷器時主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電流及熔體的額定電流。 選 15A，選 RT1832 控制線路中Ｉ＝ Pｎ \U＝ 12*3\220V= 選擇 2A 型號為 RT1832 變頻器的選擇 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能 控制裝置。按照課題的要求，本課題選用的是 型號的變頻器。 根據(jù)生產(chǎn)機械的負載特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩的要求，決定選用那種控制方式的變頻器，在變頻器選型前應掌握傳動系統(tǒng)的以下參數(shù)： (1)電動機的極數(shù)。 (2)轉(zhuǎn)矩特性、臨界轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩。 (3)電磁兼容性。 主要具有以下特點：（ 1） 變頻器效率 96%至 97%； （ 2） 過載能力強，內(nèi)置制動單元， 5分鐘內(nèi)持續(xù)時間 60 秒 150%(恒轉(zhuǎn)矩 )負載電流過載，或 1 分鐘內(nèi)持續(xù) 3 秒 200%過載；（ 3） 起動沖擊電流小于額定輸入電 流； （ 4） 各種保護齊全。 由于矢量控制是著眼于轉(zhuǎn)子磁通來控制電機的定子電流，因此在其內(nèi)部的算法中大量涉及到電機參數(shù)。電機除了考慮常規(guī)的參數(shù)如電機極數(shù)、額定功率、額定電流外，還應考慮定子電阻、定子漏感抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子漏感抗、互感抗和空載電流。 數(shù)控車床用變頻器特點如下： (1)體積小，屬于迷你型產(chǎn)品，占用控制柜空間較小 。 (2)控制方式為正弦波 SPWM(提供無速度反饋矢量控制 )，控制性能較以前的 VF控制方式性 能上有很大的改善，特別是在低速轉(zhuǎn)矩上滿足機床主軸的需求， 5Hz 時起動轉(zhuǎn)矩能夠達到 150%以上 。 (3)載波頻率范圍 0~15kHz，減小電機的電磁噪音 。 (4)提供標準的 0～ 10V 模擬量接口 (輸入阻抗 47kΩ，輸出阻抗 250kΩ )，能夠與大多數(shù)數(shù)控 系統(tǒng)接口兼容，通用性強 。 (5)過載能力