【導(dǎo)讀】主控電路的設(shè)計(jì).....

　　

【正文】 轉(zhuǎn)角度反饋給 802S base line，其引腳分配如表 34所示。所連接的編碼器應(yīng)為 5V 增量式編碼器。 步進(jìn)及主軸驅(qū)動(dòng)器與 CNC 控制器的連接 (X7) X7 用于將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器及主軸驅(qū)動(dòng)器同 CNC 控制器相連，電纜分配如表 35 所示。連接示意圖如圖 36所示。 表 34 插座 X6 的引腳分配 引腳 信號(hào) 信號(hào)含義 信號(hào)類(lèi)型說(shuō)明 引腳 信號(hào) 信號(hào)含義 信號(hào)類(lèi)型說(shuō)明 1 . 9 M 電源接地 電壓輸出 2 . 10 Z 零脈沖信 號(hào) 5V 輸入信號(hào) 3 . 11 Z _N 零脈沖信號(hào) 5V 輸入信號(hào) 4 P5 _MS 電源 + 電壓輸出 12 B_N B向信號(hào) 5V 輸入信號(hào) 5 . 13 B B向信號(hào) 5V 輸入信號(hào) 6 P5 _MS 電源 + 電壓輸 出 14 A_N A向信號(hào) 5V 輸入信號(hào) 7 M 電源接地 電業(yè)輸出 15 A A向信號(hào) 5V 輸入信號(hào) 8 . 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 36 步進(jìn)及主軸驅(qū)動(dòng)器與 802S base line 的連接 表 35 電纜分配 CNC側(cè) 電纜 驅(qū)動(dòng)側(cè) 引腳 中芯顏 色 驅(qū)動(dòng)軸 引腳 5 黑 X軸 P1 38 棕 P1N 6 紅 D1 39 橙 D1N 18 黃 E1 19 綠 E1N 40 白 /灰 Y軸 P2 7 棕 /黑 P2N 41 藍(lán) D2 8 紫 D2N 20 灰 E2 21 白 E2N 9 白 /黑 Z軸 P3 42 白 /棕 P3N 10 棕 /紅 D3 43 棕 /橙 D3N 26 白 /紅 E3 27 白 /橙 E3N 17 白 /黃 主軸 9 50 白 /綠 65 4 白 /藍(lán) 14 37 白 /紫 36 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 手輪接口（ X10） 通過(guò)手輪接口 X10 可以在外部連接兩個(gè)電子手輪。 X10 有 10 個(gè)接線端子，引腳說(shuō)明見(jiàn)表 36。 表 36 高速輸入接口 X20 引腳 信號(hào) 說(shuō)明 引腳 信號(hào) 說(shuō)明 1 A1+ 手輪 1 A 相 + 6 GND 電源接地 2 A1 手輪 1 A 相 7 A2+ 手輪 2 A 相 + 3 B1+ 手輪 1 B 相 + 8 A2 手輪 2 A 相 4 B1 手輪 1 B 相 9 B2+ 手輪 2 B 相 + 5 P5V ＋ 5VDC 10 B2 手輪 2 B 相 高速 輸入接口（ X20） 通過(guò)接線端子 X20 可以連接 3 個(gè)接近開(kāi)關(guān)，其引腳說(shuō)明見(jiàn)表 37。由于數(shù)控車(chē)床只有 X 和 Z 兩軸，所以需要兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)。如圖 37 示， SQ1 SQ12 分別為 X 軸、 Z 軸回參考點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)（霍爾式、 PNP 型常開(kāi)、有效電平為 DC24V），分別接入高速輸入接口 X20 的 3號(hào)管腳 HI_3 和 5 號(hào)管腳 HI_3。 表 37 高速輸入接口 X20 引腳 信號(hào) 說(shuō)明 引腳 信號(hào) 說(shuō)明 1 RDY1 NC Ready 使用觸點(diǎn) 1 6 HI_4 2 RDY1 NC Ready 使用觸點(diǎn) 2 7 HI_5 3 HI_1 X 軸參考點(diǎn)脈沖 8 HI_6 4 HI_2 Y 軸參考點(diǎn)脈沖 9 . 5 HI_3 Z 軸參考點(diǎn)脈沖 10 M 接地 數(shù)字輸入端的連接（ X100 和 X101） PLC 數(shù)字輸入接口 X100 的接線如圖 38 所示， SQ SQ SQ SQ SQ9 和 SQ10分別為 X+硬限位、 Z+硬限位、 X－硬限位、 Z－硬限位、 X軸參考點(diǎn)減速開(kāi)關(guān)、 Z軸參考點(diǎn)減速開(kāi)關(guān)， FR1FRI、 FR2 和 FR3為熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)主電機(jī)、刀架電機(jī)或冷卻泵電機(jī)過(guò)載時(shí)將閉合，其產(chǎn)生的過(guò)載信號(hào)從 數(shù)字輸入口輸入。 SBI 為 急停按鈕，當(dāng)被按下時(shí)，所有 PLC 輸出端口均無(wú)信號(hào)輸出。 SQ SQ SQ SQ8 和 SB1 均采用常閉邏輯。若采用常開(kāi)邏輯，則當(dāng) P24 端子到 PLC輸入點(diǎn)線路接觸不良或開(kāi)路時(shí)會(huì)造成 SQ5 無(wú)圖 37 X20 接線圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 效 (即便是 SQ5閉合 )，從而會(huì)導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)重大事故。而采用常閉邏輯 (負(fù)邏輯 )，則可避免事故的發(fā)生。因?yàn)楫?dāng) P24 端子到 P LC的輸入點(diǎn)之間的線路出現(xiàn)開(kāi)路或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)床會(huì)立即報(bào)警，這樣就保證了機(jī)床只有在電路連接良好的情況下才能正常運(yùn)行，提高了機(jī)床的安全性。 圖 38 X100接線圖 X101 的接線如圖 39 所示， 接步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 2 中的 RDY準(zhǔn)備好信號(hào)。 SQ SQSQ3 和 SQ4 為四個(gè)霍爾式接近開(kāi)關(guān)，分別對(duì)應(yīng)于刀架的四個(gè)工位。當(dāng)某一刀位處于工作位置時(shí)，其位置傳感器 (霍爾元件 )輸出低電平，其余三個(gè)刀位的霍爾元件輸出處于懸空狀態(tài)，沒(méi)有電平輸出。而 SINUMERIK 802S base line 系統(tǒng)的 PLC 輸入線是高電平輸入有效，由于系統(tǒng)內(nèi)有緩沖電路，可以定義為常開(kāi)連接 (輸入閉合有效 )或常閉連接 (輸入斷開(kāi)有效 )，故在每個(gè)刀位的霍爾元件輸出端接上一個(gè) “ 上拉電阻 ()” ，輸入定義為常閉連接 (輸入斷開(kāi)有效 )，這樣一來(lái)當(dāng)某一刀位處于工作位置時(shí)，該刀位輸出的是低電平，相當(dāng)于 PLC 輸入端沒(méi)有高電平輸入而處于斷開(kāi)狀態(tài)，由于刀架輸入定義為斷開(kāi)有效，所以該輸入點(diǎn)被激活有效；三個(gè)刀位由于不在工作位置其輸出電平處于懸空狀態(tài)，由于上拉電阻的接入，三個(gè)刀位的輸出信號(hào)至 PLC 的輸入端實(shí)際上接入了高電平，同樣由于輸入點(diǎn)定義為常閉連接，是斷開(kāi)時(shí)有效，所以另外三個(gè)刀位的 PLC 輸入點(diǎn)沒(méi)有被激活有效。 圖 39 X102接線圖 數(shù)字輸出端的連接 (X200 和 201） X200 和 X201 的接線如圖 3 311所示， KA KA KA KA KA5 和 KA6分別為主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)、刀架正轉(zhuǎn)、刀架反轉(zhuǎn)、冷卻泵和主軸制動(dòng)用中間繼電器， VD2VD7本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 為繼電器線圈兩端浪涌電壓吸收二極管。 圖 310 X200 接線圖 圖 311 X201 接線圖 步進(jìn)電機(jī)的連接 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接如圖 312 所示。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 312 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)的連接 回參考點(diǎn)配置 為了使系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)以后能夠立即精 確地識(shí)別機(jī)床零點(diǎn)，必須使系統(tǒng)與進(jìn)給軸的位置測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行同步，該過(guò)程就是所謂的回參考點(diǎn)過(guò)程。對(duì)于使用步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給軸，盡管沒(méi)有測(cè)量系統(tǒng)，但也必須有回參考點(diǎn)過(guò)程。為了確定參考點(diǎn)位置，每個(gè)坐標(biāo)軸必須配備一個(gè)接近開(kāi)關(guān) (PNP 型常開(kāi)，即 24VDC 電平輸出 )，用于產(chǎn)生返回參考點(diǎn)的零脈沖。返回參考點(diǎn)的配置形式有兩種：別為雙開(kāi)關(guān)方式和單開(kāi)關(guān)方式。為了提高返回參考點(diǎn)的速度、精度和可靠性，決定采用雙開(kāi)關(guān)方式，如圖 313 所示。該方式可高速尋找減速開(kāi)關(guān)，然后低速尋找接近開(kāi)關(guān)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 313 雙開(kāi)關(guān)方式接近開(kāi)關(guān)的布置 動(dòng)電流設(shè)定 所選用的 110BF003 型步進(jìn)電機(jī)。在調(diào)試時(shí)需按照所使用電機(jī)的扭矩設(shè)定驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流。設(shè)定方法如圖 314所示。 圖 314 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)定方法 主控電路的設(shè)計(jì) 電氣控制線路主電路如圖 316 所示， QF1QF4 為空氣開(kāi)關(guān)， FU 為熔斷器，對(duì)電路實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。 Ml為 主電機(jī)，選擇三菱 變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，交流接觸器 KM1 控制變頻器的通電和斷電，當(dāng)變頻器無(wú)故障時(shí)， B 端觸頭閉合， KM1 吸合，變頻器通電；當(dāng)變頻器有故障時(shí)， B 端觸頭斷開(kāi)， KM1線圈失電，其 常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，變頻器自動(dòng)斷電，同時(shí) A 端觸頭閉合，報(bào)警燈 HL 顯示報(bào)警。 FR1 為熱繼電器，對(duì)主軸電機(jī)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)， RC1 為三相滅弧器，構(gòu)成三相負(fù)載的阻容吸收回路，能夠抑制接觸器吸合釋放時(shí)的干擾噪聲。 L 是為改善功率因素而使用的交流電抗器。 R、 S、 T 為變頻器的電源輸入端， U、 V、 W 為輸出控制電機(jī)端， STF 和 STR 分別接主軸正反轉(zhuǎn)控制繼電器觸頭 KA1 和 KA2， 2 和 5 分別接主軸模擬量輸出信號(hào) (0~+10V)AO4 和 AGND4，以控制變頻器的輸出電壓頻率。 M2 是刀架電機(jī)， KM2吸合時(shí)，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)， KM3 吸合時(shí)，刀架電 機(jī)反轉(zhuǎn)，刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)來(lái)自數(shù)控系統(tǒng) PLC 輸出口 和 。 M3為冷卻泵電機(jī)，其控制信號(hào)來(lái)自數(shù)控系統(tǒng) PLC 輸出口 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 圖 315 主電路圖 交流控制電路如圖 317， RC RC5 和 RC6 為單相滅火器， M4和 M5為兩點(diǎn)柜風(fēng)扇，線路電壓為 AC110V。 圖 316 交流控制電路圖 本章小結(jié) 本章首先論述了 SINUMERIK 802S base line 數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)，從安全性和可靠性出發(fā)，確立了電柜設(shè)計(jì)及電源選用原則，闡述了數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接方法。接下來(lái)設(shè)計(jì)了數(shù)控系統(tǒng) PLC I/O 口接線圖， I/O 口接線圖中的 I/O 口定義與廠家提供的 PLC 實(shí)例程序 “SAMPLE178。PTP” 中的接口定義保持一致，其目的是為了利用廠家提供的 PLC 實(shí)例程序，這樣就無(wú)需自編 PLC 程序，所要做的工作只是設(shè)定一下 PLC 機(jī)床參數(shù)。再接下來(lái)闡述了各軸接近開(kāi)關(guān)的配置方法和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的設(shè)定方法。最后設(shè)計(jì)了車(chē)床主控電路原理圖及交流控制電路圖。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 第 4 章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 將一臺(tái) C6132 普通車(chē)床改造成微機(jī)數(shù)控機(jī)床，采用 SINUMERIK 802S base line 控制系統(tǒng)。 已知參數(shù)： 加工最大直徑：在床面上 ? 320mm ，在床鞍上 ? 175mm 加工最大長(zhǎng)度： 700mm 溜板及刀架重力： 橫向 500N 縱向 800N 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 刀架快速移動(dòng)速度： 橫向 最大進(jìn)給速度： 橫向 主電動(dòng)功率： 起動(dòng)加速時(shí)間： 25ms 機(jī)床定位精度： ? mm 控制坐標(biāo)數(shù)： 2 最小指令值： 刀具補(bǔ)償量： 自動(dòng)升降速性能： 有 機(jī)床的外形尺寸： （長(zhǎng) 寬 高） 2340? 900? 1190 主軸的轉(zhuǎn)速 ： 4 6 9 1 16 250、 3 500、 7 9 1350、 200（ r/min） 可完成的功能：直線與圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償與螺紋誤差補(bǔ)償、加工軌跡顯示、 RS232C 通訊接口、 〞液晶顯示 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：選擇脈沖當(dāng)量，計(jì)算切削力，滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型，齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算，步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型?，F(xiàn)分述如下： 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向 ，橫向： /步。 計(jì)算切削力 縱車(chē)外圓 主切削力 zF （ N）按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 NDF Z 3 8 3 53 2 06 7 5..15..1m a x ???? 按切削力各分力比例： ::1:: ?Yxz FFF NFF zx ??? ??? zy FF N 橫切端面 主切削力 ?zF (N)可取縱切力的 1/2 NFF zz 1 9 1 821 ??? 此時(shí)走刀抗力為 : ?yF (N)，吃刀抗 力為 ?xF (N)，仍按上述比例粗略計(jì)算 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 ::1:: ???? yxz FFF NFF zy 4 8 ????? NFF zx 77 ????? 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 縱向進(jìn)給絲杠 mF （ N） 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給分力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩檫力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。 縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 ? ? NGFfkFF zxm 1 8 4 38 0 03 8 3 5 )( ?????????? 式中： K —考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)綜合導(dǎo)軌，取 K=； f? —活動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)： ~； G —溜板及刀架重力： G =800N； C 選用滾珠絲杠副的直徑 0d 時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)荷作用下，絲杠在回轉(zhuǎn) 100萬(wàn)轉(zhuǎn)后，在