【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 自動(dòng)伸出和縮回，實(shí)現(xiàn)頂尖對(duì)工件的支撐作用。 CK6140數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)述CKA6140數(shù)控臥式車床的電氣控制系統(tǒng)是由CNC主控制裝置、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、強(qiáng)電控制部分等構(gòu)成。CNC主控制裝置以及伺服驅(qū)動(dòng)裝置，采用日本FANUC公司的產(chǎn)品，使機(jī)床性能價(jià)格比十分優(yōu)越；主軸系統(tǒng)采用日本FANUC變頻器主軸變速，方便靈活。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)框圖如圖21所示。 圖21 CK6140數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)框圖(1)機(jī)床電氣容量及要求 電源總?cè)萘浚?4KVA 滿載電流：34A 電源總?cè)蹟嚯娏鳎?0A 防護(hù)等級(jí)：IP54 (2)機(jī)床電氣主要技術(shù)要求 機(jī)床供電電源要求采用三相四線制，380V 50Hz交流電。三根相線（Ll，L2，L3）和一根中性線(N)均從電柜底部引入電氣柜內(nèi)電盤上的主接線板Ll，L2，L3和PE端子上，出廠前PE和N端子已聯(lián)接，只要將供電電源中性線接在PE端上即可。供電電源的電纜或電線的截面積應(yīng)采用不小于6mm2導(dǎo)電率高的銅線。保護(hù)地線還必須與機(jī)床所設(shè)置的專用接地螺釘牢固、可靠地連接，接地電阻R10Ω。如有三相五線制的用戶，應(yīng)把供電電源引接在端子上，將接線板上的PE和N的連線分開(kāi)，分別接在五線制中的PE和N端子上。 電網(wǎng)電壓：交流380V(177。10%) 電網(wǎng)頻率：50Hz（177。1Hz） 工作環(huán)境溫度：5～40度 相對(duì)濕度：25176。時(shí)80% （3）機(jī)床電氣的構(gòu)成 1）數(shù)控系統(tǒng)CNC 日本FANUC公司：FANUC Oi MATE 2）伺服驅(qū)動(dòng)裝置及伺服電動(dòng)機(jī)X軸：βSVM120伺服驅(qū)動(dòng)裝置 aC12/2000 伺服電動(dòng)機(jī)Z軸：βSVM120伺服驅(qū)動(dòng)裝置 aC12/2000 伺服電動(dòng)機(jī)本伺服電動(dòng)機(jī)配有絕對(duì)值編碼器，在加工過(guò)程中有斷電保護(hù)功能X軸：理論最大進(jìn)給速度6000m/min。Z軸：理論最大進(jìn)給速度8000m/min。3）強(qiáng)電控制單元主軸電動(dòng)機(jī)M1： 1000r/min 變頻電動(dòng)機(jī)刀臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2： 1500r/min潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)M3： 1400r/min冷卻電動(dòng)機(jī)M4： 2900r/min控制變壓器TC1：交流380V/220V/24V/26V/28V 630VA。主要為控制回路和冷卻風(fēng)扇提供220V電源；為整流橋提供26V交流電源；為穩(wěn)壓電源GS1提供220V交流輸入穩(wěn)壓電源GS1：為控制回路提供穩(wěn)定的220V交流?？刂谱儔浩鱐C2：交流380V/220V 2200VA。主要為穩(wěn)壓電源GS伺服驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)提供220V交流。穩(wěn)壓電源GS2：主要為CNC裝置、LCD/MDI、I/O LINK、PLC I/O、伺服驅(qū)動(dòng)裝置等提供24V穩(wěn)定的直流電源。接觸器構(gòu)成該車床電氣輸出執(zhí)行元件；繼電器構(gòu)成該車床電氣輸出放大元件；各種壓力開(kāi)關(guān)、防護(hù)開(kāi)關(guān)、腳踏開(kāi)關(guān)、按鈕等構(gòu)成該車床電氣輸入元件。5）保護(hù)接地 本車床接地系統(tǒng)如圖22所示。 圖22 CKA6150數(shù)控車床接地系統(tǒng) 電柜與車床接地線用6mm2黃綠雙色線；電柜與其它部件接地線用1～3mm2黃綠雙色線。 第三章 CK6140數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動(dòng)裝置和主軸電動(dòng)機(jī)。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器或主軸伺服驅(qū)動(dòng)控制的方式。本課題數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器控制的方式。主軸驅(qū)動(dòng)部分是數(shù)控機(jī)床的大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)（CNC）的S代碼速度指令及M代碼輔助功能指令，驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行切削加工。在數(shù)控機(jī)床上，同樣由主軸夾持工件或刀具旋轉(zhuǎn)，直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的最高與最低轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速范圍、傳遞功率和動(dòng)力特性，決定了數(shù)控機(jī)床的切削加工效率和加工工藝能力。主軸組件的回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形，直接影響加工零件的尺寸、位置精度和表面質(zhì)量。：一般要求，主軸必須具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)選用合理的切削用量，從而獲得最佳切削效率、加工精度和表面質(zhì)量。調(diào)速范圍的指標(biāo)，主要由各種加工工藝對(duì)主軸最低速與最高速的要求來(lái)確定。，能在整個(gè)速度范圍內(nèi)均能提供切削所需的功率或轉(zhuǎn)矩，特別是滿足機(jī)床強(qiáng)力切削時(shí)的要求。并且有一定的過(guò)載能力和較硬的調(diào)速機(jī)械特性，即在負(fù)載變化的情況下（如斷續(xù)切削時(shí)），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較小。即要求在大力矩、強(qiáng)過(guò)載能力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)級(jí)變速。并具有足夠的剛度和抗振性，具在較好的熱穩(wěn)定性，即主軸的軸向和徑向尺寸隨溫度變化較小。，調(diào)速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。對(duì)有的機(jī)床需同時(shí)能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切削，則要求換向時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，即要求有四象限驅(qū)動(dòng)能力。查機(jī)電一體化手冊(cè)車削功率在58kw之間根據(jù)切削功率PC與主傳動(dòng)鏈的總效率η估算,即P=。主傳動(dòng)鏈的功率效率η=—， 數(shù)控車床多采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和較短的機(jī)械傳動(dòng)鏈，效率較大，因此取=,~。數(shù)控車床的加工范圍一般都比較大，切削功率PC可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力PC=KW主切削力的切向分力，N；切削速度N??；查金屬切削手冊(cè)知，以硬質(zhì)合金刀具車削合金結(jié)構(gòu)鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切向分力大約在2500左右，切削速度取90—250r/min，則知道 PC=2500120/60000=5kwP==考慮到空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動(dòng)件在空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的摩損功耗，傳動(dòng)件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動(dòng)載荷的摩擦損耗等。CK6140數(shù)控車床床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國(guó)內(nèi)外同類機(jī)床的電動(dòng)機(jī)功率，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范圍比較大，選用交流變頻電動(dòng)機(jī)TLD12YVP112，額定轉(zhuǎn)矩60N?m 。 FANUC 0i Mate主軸驅(qū)動(dòng)裝置 主軸系統(tǒng)主要由主軸驅(qū)動(dòng)裝置及主軸電動(dòng)機(jī)組成。FANUC 0i Mate數(shù)控裝置提供了模擬主軸和串行主軸接口供用戶選擇。當(dāng)用戶選擇模擬主軸時(shí)，一般選用通用變頻器作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置；當(dāng)用戶選擇串行主軸時(shí)，F(xiàn)ANUC 0i Mate數(shù)控系統(tǒng)提供了SPM系列專用主軸驅(qū)動(dòng)裝置。 本機(jī)床采用通用變頻器作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置。（1）變頻器的工作原理：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。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。（2）變頻器的調(diào)速：基于調(diào)速方便、節(jié)能、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)，變頻調(diào)速器已逐漸替代傳統(tǒng)的變極調(diào)速、電磁調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速方式。在推出PWM磁通矢量控制的變頻器數(shù)年后，1998年末又出現(xiàn)采用DTC控制技術(shù)的變頻器。ABB公司的ACS600系列是第一代采用DTC技術(shù)的變頻器，它能夠用開(kāi)環(huán)方式對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行準(zhǔn)確控制，而且動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)已優(yōu)于PWM閉環(huán)控制指標(biāo)。直接轉(zhuǎn)矩控制以測(cè)量電機(jī)電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機(jī)模型的輸入。該模型每隔25μs產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通實(shí)際值，轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器將轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值與轉(zhuǎn)矩和磁通的給定值進(jìn)行比較，以確定最佳開(kāi)關(guān)位置。由此可以看出它是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁通的測(cè)量，即刻調(diào)整逆變電路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通，以達(dá)到精確控制的目的。 設(shè)備的選型方法 根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。如負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載可選擇西門子MMV/MDV變頻器，F(xiàn)ANUC變頻器，ABB 公司ACS400 系列變頻器等；如負(fù)載為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載可選擇西門子ECO 、MM430 變頻器，ABB 公司ACS800 系列變頻器等。選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加10％而溫升會(huì)增加20％左右。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防止溫升過(guò)高，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一、兩檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺(tái)電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過(guò)規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來(lái)選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F 控制方式，并且變頻器無(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、過(guò)載保護(hù)，此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)側(cè)加熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高環(huán)境溫度、高開(kāi)關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。使用變頻器控制高速電機(jī)時(shí)，由于高速電動(dòng)機(jī)的電抗小，會(huì)產(chǎn)生較多的高次諧波。而這些高次諧波會(huì)使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。 變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作，否則會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會(huì)造成變頻器損壞。驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器沒(méi)有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所之外。使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤(rùn)滑方式的制約。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，在低速范圍內(nèi)沒(méi)有限制；在超過(guò)額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤(rùn)滑油用光的危險(xiǎn)。因此，不要超過(guò)最高轉(zhuǎn)速容許值。 變頻器驅(qū)動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)機(jī)繞組的阻抗小，因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過(guò)電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。1 變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，與工頻電源相比，會(huì)降低輸出容量10％～20％，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動(dòng)機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。1變頻器驅(qū)動(dòng)潛水泵電動(dòng)機(jī)時(shí)，因?yàn)闈撍秒妱?dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流大， 所以選擇變頻器時(shí)，其額定電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流。1當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)或特種風(fēng)機(jī)時(shí)，由于其起動(dòng)電流很大，所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大。1選擇變頻器時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級(jí)是否與現(xiàn)場(chǎng)的情況相匹配。否則現(xiàn)場(chǎng)的灰塵、水汽會(huì)影響變頻器的長(zhǎng)久運(yùn)行。1單相電動(dòng)機(jī)不適用變頻器驅(qū)動(dòng)。 FANUC通用變頻器本機(jī)床采用通用FANUC通用變頻器作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置。FANUC通用變頻器各端子功能如圖3－1所示。圖31 FANUC通用變頻器接線端子說(shuō)明變頻器控制端子說(shuō)明： STF：正轉(zhuǎn)啟動(dòng)。當(dāng)STF信號(hào)ON時(shí)為正轉(zhuǎn)，OFF時(shí)為停止指令。 STR：反轉(zhuǎn)啟動(dòng)。當(dāng)STR信號(hào)ON時(shí)為反轉(zhuǎn)，OFF時(shí)為停止指令。 RH、RM、RL：多段數(shù)選擇。可根據(jù)端子RH、RM、RL信號(hào)的短路組合，進(jìn)行多段速度的選擇。根據(jù)輸入端子功能的選擇（—）可改變端子的功能。SD：接點(diǎn)（端子STF、STR、RH、RM、RL）輸入的公共端子。10：頻率設(shè)定用電源，DC5V，允許負(fù)荷電流為10mA。2：頻率設(shè)定（電壓信號(hào)）。輸入DC0~5V（0~10V）時(shí)，輸出成比例：輸入5V（10V）時(shí)，輸出為最高頻率。5V/“0—5V，0—10V選擇”進(jìn)行。5：頻率設(shè)定公共輸入端。 變頻器主軸伺服驅(qū)動(dòng)電路如圖32所示，采用三相交流380V電源供電；速度指令由0、L腳輸入(在數(shù)控車床上一般由數(shù)控裝置或PLC的模擬量輸出接口輸入)，指令電壓范圍是010V；主軸電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停止以及旋轉(zhuǎn)方向由繼電器KAKA2控制，當(dāng)KA1閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)KA2閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，若KAKA2同時(shí)都斷開(kāi)或閉合則電動(dòng)機(jī)停止，也可以定義為KA1控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，KA2控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。變頻器根據(jù)輸入的速度指令和運(yùn)行狀態(tài)指令輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電壓，控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。圖32變頻器主軸伺服驅(qū)動(dòng)圖第四章 CK6140數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述伺服控制系統(tǒng)是聯(lián)接數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床的樞紐，其性能是影響數(shù)控機(jī)床精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分組成。對(duì)于數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)，按其反饋信號(hào)的有無(wú)，分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種位置控制方式。位置控制系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動(dòng)器中的位置控制模塊、速度控制模塊、位置檢測(cè)及反饋控制等各部分組成。開(kāi)環(huán)位置控制不需要位置檢測(cè)及反饋，閉環(huán)位置控制需要位置檢測(cè)及反饋。位置控制反饋能夠精確地控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，快速而準(zhǔn)確地跟蹤指令運(yùn)動(dòng)。根據(jù)其位置檢測(cè)信號(hào)所取的位置不同，它又分為半閉環(huán)與全閉環(huán)兩種。所謂半閉環(huán)控制系統(tǒng)即采取的反饋檢測(cè)元件是與伺服電機(jī)同軸連接地旋轉(zhuǎn)編碼器，其直接與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子后部相連接，與伺服電機(jī)構(gòu)成一體。因?yàn)榫幋a器不能直接反映機(jī)床各個(gè)進(jìn)給軸的實(shí)際位置，而是反映電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和圈數(shù)。此種控制方式的機(jī)床其機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分（如傳動(dòng)絲杠和工作臺(tái)）的機(jī)械誤差沒(méi)有因反饋而獲得改善。但是對(duì)于這些機(jī)械誤差，可以在CNC系統(tǒng)中通過(guò)反向間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償來(lái)大大減小，所以使用這種控制方式的機(jī)床也可達(dá)到很高的精度。對(duì)于全閉環(huán)系統(tǒng)需要采用直線位置檢測(cè)裝置，現(xiàn)在生產(chǎn)中多用光柵尺或磁尺作為全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置。 CK6140數(shù)控車床對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o(wú)級(jí)調(diào)速范圍（通常大于1：10000），尤其在低速（）時(shí)