【文章內(nèi)容簡介】 享用系統(tǒng)公用存儲器或 I/O 接口，并分擔(dān)一部分?jǐn)?shù)控功能，從而將單微處理器的 CNC 裝置中順序基于西門子 802S 數(shù)控車床的刀架控制設(shè)計5完成的工作，轉(zhuǎn)變?yōu)槎辔⑻幚砥鞑⑿小⑼瑫r完成的工作，因而大大增強了整個系統(tǒng)的性能。多微處理器結(jié)構(gòu)的 CNC 裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)備要求選用功能模塊構(gòu)成 CNC 系統(tǒng)。如果某個模塊出了故障，其它模塊仍能工作，可靠性高。由于硬件一般是通用的，容易配置，因此只要開發(fā)新的軟件就可以構(gòu)成不同的 CNC 裝置，便于組織規(guī)模生產(chǎn)，能夠成批量生產(chǎn)并保證質(zhì)量。圖 21 西門子 802S 數(shù)控車床系統(tǒng)控制圖德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文6 主軸控制驅(qū)動系統(tǒng)西門子 802S 數(shù)控車床的主軸變頻器采用日立式 L100—007HFE 變頻器配三相異步電機，變頻器采用正弦波脈寬調(diào)制控制，額定容量 ,額定輸入電壓三相交流 380V ,額定輸出電流 ,輸出頻率范圍 0650HZ ,適用電機容量 。三相異步電機采用普通三相異步電機，輸入電壓 380V，額定電流 ，額定功率 ，額定轉(zhuǎn)速 1390r/m 。變頻器特點：VVVF 通用型變頻（）， 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小， ISPM 專利技術(shù)，集成了驅(qū)動電機的功率器件和控制電路元件， 抗電磁干擾能力強 ，速度調(diào)節(jié)旋鈕標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置 ，電網(wǎng)電壓自動穩(wěn)壓，保持輸出穩(wěn)定 ，瞬時失電重起動， CE；UL；cUL；CTick amp。 CSA 認(rèn)證，V/F 特性可選恒轉(zhuǎn)矩，可手動或自動提升轉(zhuǎn)矩， 電流過載能力強：150%，60 秒， 電機熱電阻輸入（ PTC輸入）， 內(nèi)置 PID 功能 ，可預(yù)設(shè) 16 級多步速， 載波頻率 ，連續(xù)可調(diào)加減速過程中可分段改變加減速時間。變頻器主要是用于主軸的變頻調(diào)速。變頻器通過電流的高低來控制主軸電機的轉(zhuǎn)速，指令值模擬量作為差分信號輸出。ECU 一側(cè)插主軸驅(qū)動接口，插座名稱：X3 SPINDLE， 插座類型：9 芯 D 型插座（針）。如表 21表 21 座引腳分配X3引腳 信號 類型 引腳 信號 類型12345SWVOK6789BS VOK模擬驅(qū)動中：SW（指令值）；BS（指令值參考地（模擬量接地））；RF． 1,RF．2 （使能觸點），信號類型：V0， 電壓輸出： K 開關(guān)觸點，信號：每個通道提供一個電壓信號和一個使能信號。SW（指令值）：：模擬量電壓信號，177。10V 范圍，用于輸出一個轉(zhuǎn)速指令值；BS（參考地）：指令值信號的參考地（模擬量接地），內(nèi)部與邏輯“地”相連?；谖鏖T子 802S 數(shù)控車床的刀架控制設(shè)計7RF（使能）。對繼電器觸點，功率部件（比如 SIMODRIVE 驅(qū)動裝置）通過這對觸點獲得使能。在循環(huán)運行方式時由 ECU 控制使能信號。主軸電機的正反轉(zhuǎn)由 KA2，KA3 的常開觸點的動作決定。RL1B，RL1C 為變頻器的故障輸出，接入相應(yīng)的輸入輸出點 99，108。變頻器的主要功能為改變電路的頻率來實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)，其控制輸入由 CNC 的 X3 輸入。圖 22 變頻器的電氣原理圖主軸電機的轉(zhuǎn)速是由主速指令所給定的電壓來確定的，設(shè)定的額定電壓為 10V。就是假設(shè)當(dāng)額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min 時，主速電壓 10V 時主軸電機的轉(zhuǎn)速為 1500 轉(zhuǎn)每分鐘；而如果額定轉(zhuǎn)速變?yōu)?1500r/min 時，主速電壓為 5V 時，主軸電機的轉(zhuǎn)速就是 750 r/min。德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文8 進給控制驅(qū)動系統(tǒng)西門子 802S 數(shù)控車床的進給驅(qū)動控制系統(tǒng)主要包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)和步進驅(qū)動系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)是 CNC 裝置和機床的聯(lián)系環(huán)節(jié)。 CNC 裝置發(fā)出的控制信息，通過伺服驅(qū)動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)軸的運動，完成程序所規(guī)定的操作。伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，它是以機械為運動的驅(qū)動設(shè)備,電動機為控制對象,以控制器為核心,以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu),在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。它屬于特殊電動機，也叫執(zhí)行電機，在自動控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能對數(shù)控機床的性能在很大程度上有決定性的作用，所以對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求也比較高，主要有：（1）進給調(diào)速范圍要寬。在各種數(shù)控機床中，用于加工用刀量、被加工材料及零件加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳的切削條件，要求進給驅(qū)動必須具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍；（2）位置精度高。數(shù)控機床在加工時免除了操作者的人為誤差，它是按預(yù)定的程序自動進行加工的，不可能應(yīng)付事先沒有預(yù)料到的情況；（3）速度響應(yīng)要快。即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，過度時間要快；（4）低速大轉(zhuǎn)距。根據(jù)數(shù)控機床的加工特點，大都是在低速進行重切削，即在低速時進給驅(qū)動要有大的轉(zhuǎn)距輸出。西門子 802S 數(shù)控車床采用的步進驅(qū)動器和步進電機,是細(xì)分型高性能步進驅(qū)動器，適合驅(qū)動中小型任何兩相或四機混合式步進電機。電流控制采用先進的雙極性等角度恒力矩技術(shù)，每秒兩萬次的斬波頻率。在驅(qū)動器的側(cè)邊裝有一排撥碼開關(guān)組，可以用來選擇細(xì)分精度，以及設(shè)置動態(tài)工作電流和表態(tài)工作電流。TYPE 110 BYG 550A2 是混合式步進電機，步進電機步進角為 度/ 度，靜轉(zhuǎn)矩 6N*m ，額定相電流 。步進電機為 X、Z 軸電機，用來控制 X、Z 軸的正向進給和反向進給，KA10 用來執(zhí)行控制電機的正反轉(zhuǎn)，接電機繞組 A 和 C，B 和 D短接后，再 A 接驅(qū)動的 A ， C 接驅(qū)動的 A，B 接驅(qū)動的 B ，D 接驅(qū)動的 B 。步進電機的控制號由 CNC 的 XS30 端輸入，電源信號由 +V1 和 GND 端輸入。 步進驅(qū)動器其實是一個步進電機配合使用，來控制機床工作臺 X 軸移動的一個系統(tǒng)。步進電動機是一種將電信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的電磁機械裝置。由于所用電源是脈沖電源，也稱脈沖馬達。步進電動機是一種特殊的電動機，其跟隨步進驅(qū)動系統(tǒng)給定的輸入脈沖按節(jié)拍一步一步的轉(zhuǎn)動。對步進電動機施加一個電脈沖信號時，步進電動機就旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，稱為一步，沒一步轉(zhuǎn)過的角度叫步距角。步進電動機的角位移量和輸入的脈沖個數(shù)嚴(yán)格地成正比例，在時間上與輸入脈沖同步。因此，只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及基于西門子 802S 數(shù)控車床的刀架控制設(shè)計9旋轉(zhuǎn)方向。在無脈沖輸入時，在繞組電源激勵下，氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置而處于定位狀態(tài)。圖 23 步進驅(qū)動單元框框圖德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文10圖 24 外觀結(jié)構(gòu)圖 輔助裝置刀架控制主要有手動換刀、程序換刀、刀架卡緊時間控制三方面。表 22 刀架信號表，，，I0.5 刀位檢測信號 鎖緊到位檢測信號零件程序中的 T 碼輸入信號機床控制面板上的手動換刀鍵刀架正轉(zhuǎn)（）輸出信號刀架反轉(zhuǎn)（）表 23 刀架邏輯控制表 條 件 結(jié) 果基于西門子 802S 數(shù)控車床的刀架控制設(shè)計11自動方式下當(dāng)零件程序中的程遍刀碼 T不等于刀架實際刀位刀架正轉(zhuǎn)有效。有效信號一直保持到刀位信號與編程 T 碼相等，然后刀架反轉(zhuǎn)信號自動生效。反轉(zhuǎn)信號的保持時間由機床參數(shù)設(shè)定在點動方式下按下手動換刀鍵，一直按到刀架轉(zhuǎn)到所要位置刀架正轉(zhuǎn)信號有效，有效信號一直保持的按鍵松開當(dāng)手動換刀鍵一松開 刀架反轉(zhuǎn)信號自動生成，并按機床參數(shù)中設(shè)定的時間保持有效在手動方式下短促按下手動換刀鍵 刀架正轉(zhuǎn)信號有效，該信號保持到一個想鄰的刀位，然后自動按機床參數(shù)設(shè)定的鎖緊時間產(chǎn)生并保持刀架反轉(zhuǎn)信號 輸入輸出 PLC 轉(zhuǎn)接口輸入輸出裝置是連接 PLC 變頻器等重要部件。　　表 　輸入/輸出接線端子分配表表 　各種軟元件分配表各種軟器件 標(biāo)號 作用特殊狀態(tài) M8002 上電運行分類 元器件輸入/輸出標(biāo)號 作用按鈕SB1 X000開始輸入 按鈕SB2 X001停止Y001 A 相接正 5V 電源A 相繞組 Y000 A 相接負(fù) 5V 電源Y002 B 相接負(fù) 5V 電源輸出 B 相繞組 Y003 B 相接正 5V 電源德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文12寄存器T0軟時間繼電器 T1 確定步進電動機轉(zhuǎn)速狀態(tài)寄存器 D0 轉(zhuǎn)速參數(shù)存儲S20 第 1 拍步進運行S21 第 2 拍步進運行S22 第 3 拍步進運行S23 第 4 拍步進運行S24 第 5 拍步進運行S25 第 6 拍步進運行S26 第 7 拍步進運行S27 第 8 拍步進運行步進狀態(tài)寄存器S0 初始化 機床本體機床本體就是數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)，包括床身、箱體、立柱、導(dǎo)軌、工作臺、主軸、進給機構(gòu)、刀具交換機構(gòu)等。此外，為了保證數(shù)控機床功能的充分發(fā)揮，還有一些輔助系統(tǒng)，如冷卻、潤滑、液壓（或氣動）、排屑、防護系統(tǒng)等。基于西門子 802S 數(shù)控車床的刀架控制設(shè)計13圖 25 機床床身德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文14第三章 刀架控制系統(tǒng)硬件組成 刀架的有關(guān)概況 刀架的產(chǎn)生電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于該類刀架采用全電控制，無需另加液壓或氣動等其它動力源，故對簡化機床控制的復(fù)雜程度帶宋好處。合理的選配電動刀架，可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)工作的工作能力也明顯提高。尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制算法，對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控機床須配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活，方便地完成各種幾何形狀的加工。 刀架的分類