【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(jī)。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(jī)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(jī)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(jì)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(dāng)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(qiáng)大，代表并引領(lǐng)著當(dāng)今數(shù)控技術(shù)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(shí)用性很強(qiáng)，應(yīng)用非常廣泛。三菱電機(jī) 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(jī)械加工。三菱電機(jī)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(yùn)動控制性能和先進(jìn)的信息化、智能化功能在技術(shù)上同樣居于世界領(lǐng)先地位。 繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)極延時(shí)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(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動現(xiàn)象。繼電器 控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯后動作實(shí)現(xiàn)延時(shí)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。控制速度 PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴(yán)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(jī)床主軸驅(qū)動裝置。變頻器有多方面的優(yōu)點(diǎn)：可以和通用的籠型異步電動機(jī)配套使用，具有多種可供選擇的功能，可應(yīng)用于各種不同性質(zhì)的負(fù)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(jī)床和生產(chǎn)機(jī)械的特 點(diǎn)，在市場的占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shè)計(jì)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(qiáng)的抵抗惡劣環(huán)境影響的能力。鄭州大學(xué)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(hù)措施。 FANUC對自身的系統(tǒng)采用比較好的保護(hù)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(xiàng)功能。對于一般的機(jī)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(jī)床側(cè) PMC 控制程序，而且增加了編程的靈活性。 （ 6）具有很強(qiáng)的 DNC 功能。系統(tǒng) 提供串行 RS232C 傳輸接口，使通用計(jì)算機(jī) PC 和機(jī)床之間的數(shù)據(jù)傳輸能方便、可靠地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)高速的 DNC 操作。 （ 7）提供豐富的維修報(bào)警和診斷功能。 FANUC維修手冊為用戶提供了大量的報(bào)警信息，并且以不同的類別進(jìn)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(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大。 PLC 的特點(diǎn)： 1 編程方法簡單易學(xué) 2 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 3硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 4可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(xué)畢業(yè)論文 共 27 頁 第 10 頁 第二 章電氣原理圖的設(shè)計(jì) 電氣原理圖的設(shè)計(jì) 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(guān)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(hù)。 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(qiáng)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(jī)，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(jī)的轉(zhuǎn)速，通過設(shè)置變頻器的參數(shù)，實(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。Ｍ１ — Ｋ２為急停，當(dāng)變頻器有異常情況是，通過 １、 2 端口輸出報(bào)警信號到 PLC。 強(qiáng)電電路 強(qiáng)電電路見附錄 （ 圖 4） 當(dāng)按下急停按鈕 M1SB1 時(shí)， 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(jī)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(jī)接通、斷開、循環(huán)啟動按鈕；按下急停按鈕時(shí)發(fā)出急停信號 M1K2，機(jī)床立即停止工作；當(dāng)機(jī)床 設(shè)備異常，出現(xiàn)一個報(bào)警信號鄭州大學(xué)畢業(yè)論文 共 27 頁 第 11 頁 時(shí)，報(bào)警燈亮。 M3K1 為接通主軸電動機(jī)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(hù)電器。在電路中主要起短路保護(hù)作用，選擇熔斷器時(shí)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(dǎo)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(jī)械的負(fù)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(yīng)掌握傳動系統(tǒng)的以下參數(shù)： (1)電動機(jī)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(diǎn)：（ 1） 變頻器效率 96%至 97%； （ 2） 過載能力強(qiáng)，內(nèi)置制動單元， 5分鐘內(nèi)持續(xù)時(shí)間 60 秒 150%(恒轉(zhuǎn)矩 )負(fù)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(hù)齊全。 由于矢量控制是著眼于轉(zhuǎn)子磁通來控制電機(jī)的定子電流，因此在其內(nèi)部的算法中大量涉及到電機(jī)參數(shù)。電機(jī)除了考慮常規(guī)的參數(shù)如電機(jī)極數(shù)、額定功率、額定電流外，還應(yīng)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(diǎn)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(jī)床主軸的需求， 5Hz 時(shí)起動轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到 150%以上 。 (3)載波頻率范圍 0~15kHz，減小電機(jī)的電磁噪音 。 (4)提供標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng) 。 (5)過載能力