【正文】 GK6 系列交流伺服電動(dòng)由定子、轉(zhuǎn)子、高精度反饋元件（如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器）等組成 GK6系列交流永磁同步伺服電機(jī)特點(diǎn)： ? 力矩 70Nm ? 額定轉(zhuǎn)速 1200、 1500、 20xx、 3000rpm ? 光電編碼器： 2500線 ? 失電制動(dòng)器電源： DC24V ? 過熱保護(hù)：熱敏電阻輸出 ? 多種機(jī)座安裝尺寸 ? 正弦波交流伺服電機(jī) ? 結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高 ? 轉(zhuǎn)子慣量小、響應(yīng)速度快 ? 超強(qiáng)矯頑力稀土永磁 ? 抗去磁能力強(qiáng) ? 全密封設(shè)計(jì) 1） GK6交流永磁同步伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)如表 ： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 表 GK6交流永磁同步電機(jī)技術(shù)參。由脈寬調(diào)制變頻器控制運(yùn)行，具有良好的力矩性能和寬廣的調(diào)速范圍。 該電機(jī)采用自冷式，防護(hù)等級為 IP64IP67 。 8 BK 9 U 伺服電機(jī)輸出 伺服電機(jī)輸出端子，必須和電機(jī) U、 V、 W端子對應(yīng)連接 10 V 11 W 12 PE 系統(tǒng)接地 接地端子，伺服電機(jī)輸出和電源輸入公共一點(diǎn)接地 2）串 口端子 XS1如表 ： 表 串口端子 XS1 注：本次設(shè)計(jì)中不使用串口端子。本次設(shè)計(jì)不加外接電阻。其中 TB1為端子排， XS XS XS3為插 件，XS4為端子排。 ? 內(nèi)部速度控制方式： HSV16 系列伺服驅(qū)動(dòng)器在內(nèi)部速度控制方式下可根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)定的速度運(yùn)行。 ? 轉(zhuǎn)矩控制方式（模擬量接口） :HSV16 系列 伺服驅(qū)動(dòng)器可以通過內(nèi)部參數(shù)設(shè)置為轉(zhuǎn)矩控制方式 ,可接收幅值不超過 10V 的 (如 10V~+10V) 模擬量。 （ 1）伺服驅(qū)動(dòng)器 運(yùn)行模式簡介 HSV16 系列伺服驅(qū)動(dòng)器有五種控制方式 : ? 位置控制方式（脈沖量接口） :HSV16 系列伺服驅(qū)動(dòng)器可以通過內(nèi)部參數(shù)設(shè)置接收三種形式的脈沖指令 (正交脈沖；脈沖 +方向；正、負(fù)脈沖 )。 3 寬調(diào)速比（與電機(jī)及反饋元件有關(guān)） HSV16 伺服驅(qū)動(dòng)器的最高轉(zhuǎn)速可設(shè)置為 3000 轉(zhuǎn) /分，最低轉(zhuǎn)速為 轉(zhuǎn) /分，調(diào)速比為 1 ： 6000。 HSV16 交流伺服驅(qū)動(dòng)器具有以下特點(diǎn)： 1 控制簡單靈活 通過修改伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，可對伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的工作方式、內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行修改以適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境和要求。該驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)小巧、使用方便、可靠性高等特點(diǎn)。 3）正交脈沖： CP 與 DIR 的相位差為脈沖信號， CP 與 DIR 的相位超前與落后關(guān)系決定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。假設(shè) CP、 DIR 為驅(qū)動(dòng)裝置的脈沖指令接口，則不同的工作模式 CP、 DIR 的含義如表 所示： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 表 三種脈沖指令類型波形圖 注： 1）脈沖加方向： CP 為脈沖信號， DIR 為方 向信號。 脈沖指令接口有如上表所示三種類型。 脈沖指令的三種類型如表 所示： 表 脈沖指令的三種類型 采用脈沖指令接口時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)裝置一 般工作在位置半閉環(huán)控制模式下，速度環(huán)和位置環(huán)的控制都是由伺服驅(qū)動(dòng)裝置完成。 XS1— XS3接口布局如圖 ： 圖 軸控制接口 XS1XS3 布局圖 軸控制接口各引腳定義如表 所示： 表 XS1XS3 接口引腳定義 1）技術(shù)規(guī)格 ? 高脈沖頻率： 800KHZ ? 24V 電源： 200ma ? 編碼器信號： RS422 電平 2)等效電路脈沖指令輸 出等效電路如圖 所示： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 脈沖指令輸出等效電路 碼盤輸入等效電路如圖 所示： 圖 碼盤信號輸入接口等效電路 3）脈沖形式 在數(shù)控裝置內(nèi)部，通過修改參數(shù)，可以將脈沖輸出形式設(shè)定為脈沖 +方向，雙向脈沖，兩相正交三種模式。其特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，信號傳遞抗干擾能力強(qiáng)，不會(huì)發(fā)生漂移，但構(gòu)成全閉環(huán)需在驅(qū)動(dòng)裝置中完成。 數(shù)控裝置與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的連接 HNC18i數(shù)控裝置脈沖式軸控制接口提供脈沖 +方向、雙向脈沖、正交脈沖三種指令類型，具備反饋接口，可以控制脈沖指令式的伺服驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置。 變頻器 R1C 和 R1A 是故障繼電器觸點(diǎn)，用于遠(yuǎn)程指示變頻器狀態(tài)。 主軸的啟?？刂朴?PLC 承擔(dān)，利用 和 控制中間繼電器線圈的通斷，從而實(shí)現(xiàn)控制觸點(diǎn)的閉合與斷開。 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理圖如圖 ： 圖 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理圖 3）變頻器動(dòng)力端子定義如表 所示： 表 變頻器動(dòng)力端子定義 在充分學(xué)習(xí)和理解數(shù)控裝置與變頻器之間的接口定義與功能后，就可以根據(jù)它們的定義和端子功能設(shè)計(jì)主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制了。 變頻器的正反轉(zhuǎn)控制是通過控制端子上的 24V、 LI LI2 進(jìn)行的， LI1 控制電機(jī)正轉(zhuǎn)， LI2 控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，它們分別與中間繼電器的常開觸點(diǎn)相連，當(dāng)數(shù)控裝置的 和 發(fā)出正反轉(zhuǎn)信號后，相應(yīng)的中間繼電器線圈通電，觸點(diǎn)閉合。 ? 主軸速度模擬電壓信號 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 電壓范圍： 0V~+10V 負(fù)載電流：最大 10mA 施耐德變頻器接口定義 1）變頻器接口原理圖如圖 所示： 圖 變頻器接口原理圖 2）變頻器控制端子布局圖如圖 所示： 圖 變頻器控制端子布局圖及主要引腳定義 在變頻器的控制端子中，僅僅使用到了 COM(模擬 I/O 公共端 ， 0V)和 AI1（模擬南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 電壓輸入， +10V）。 主軸控制接口 XS5 定義 XS5 主軸控制接口，包括主軸速度模擬電壓指令輸出和主軸狀態(tài)控制 PLC 開關(guān)量信號，其信號引腳分布如圖 ： 圖 主軸控制接口 XS5 引腳分布 信號定義如表 所示： 表 主軸控制接口 XS5 引腳定義 信號名 說明 +24V,24VG PLC DC24V 電源 主軸定向完成 主軸速度到達(dá) 主軸零速度 主軸報(bào)警 復(fù)位（報(bào)警消除） 主軸正轉(zhuǎn) 主軸反轉(zhuǎn) 主軸制動(dòng) 主軸定向 AOUT 主軸模擬量指令 0~+10V 輸出 GND 模擬量輸出地 注：上表中加粗信號為本次設(shè)計(jì)中需要的信號。 常用的主軸驅(qū)動(dòng)器包括交流變頻器、主軸伺服單元（可獲得較寬的調(diào)速范圍和良好的低速性能）等，可利用主軸控制接口（ XS5）中的模擬量電壓輸出信號（ AOUT:0~+10V），作為主軸驅(qū)動(dòng)器的信號給定，在一定范圍內(nèi) 實(shí)現(xiàn)主軸的無級調(diào)速。 數(shù)控裝置與主軸裝置的連接 HNC18i數(shù)控裝置通過 XS5 主軸控制接口可連接各種主軸驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)、定向、調(diào)速等控制，還可以通過 XS4 外接主軸編碼器，實(shí)現(xiàn)螺紋車削和銑床上的剛性攻絲功能。 當(dāng)系統(tǒng)上電后，直流電源的 0V 電壓連接到 X 軸伺服故障連鎖輸入端，再由 X 軸故障連鎖輸出端連接到 Y 軸故障連鎖輸入端，如此依次連接到 Z 軸故障連鎖輸入端，由 Z 軸故障連鎖輸出端連接到中間繼電器觸點(diǎn) KA1。電路如圖 所示： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 伺服變壓器控制電路設(shè)計(jì) 如圖 所示，伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)額定電壓為 220V，所以采用 220V 三相變壓器，通過空氣開關(guān) QF4 連接到接觸器 KM5。 電源設(shè)計(jì)中，由于中間繼電器需要 24V 直流電源，因此需要設(shè)計(jì)直流電源， 220V交流電源進(jìn)入整流裝置后，輸出 24V 直流電源，供中間繼電器和和系統(tǒng)使用 。 當(dāng)加工工 作完畢需要關(guān)閉系統(tǒng)電源時(shí)，按下按鈕 SB3，接觸器 KM1 線圈斷電，主觸點(diǎn)斷開，系統(tǒng)關(guān)閉。按下系統(tǒng)上電按鈕 SB2，接觸器 KM1 通電，輔助觸點(diǎn)閉合自鎖，主觸點(diǎn) KM1 閉合， 220V 系統(tǒng)電源上電，系統(tǒng)通電。 24V 中間繼電器直流電源。 QF1………… ...電源總開關(guān) , 開關(guān)電源指示燈亮，機(jī)床外圍電源接通。 本機(jī)床共用了 5 個(gè)空氣開關(guān)，其中 QF QF QF5 是三相空氣開關(guān)， QF QF3是單相空氣開關(guān)。水泵電機(jī)的啟停是通過系統(tǒng)操作面板上的冷卻開關(guān)和用戶程序指令來控制完成的。改變變頻器輸入信號就可以完成對主軸的無級調(diào)速控制，主軸的正反轉(zhuǎn)及停止信號由系統(tǒng)指令控制或手動(dòng)控制，主軸正反轉(zhuǎn)由繼電器 KA2 和 KA3 控制，速度從 70 轉(zhuǎn) /每分鐘 —4200 轉(zhuǎn) /每分鐘可調(diào) ,出廠設(shè)定 4200 轉(zhuǎn) /每分鐘為最高轉(zhuǎn)速。用戶可以根據(jù)顯示屏提示信息及要求進(jìn)行各種操作，如需要停止以上狀態(tài)，按 SB3 系統(tǒng)停止按鈕，則系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)停止工作。 在電源總開關(guān)合上的情況下，按機(jī)床操作面板上的系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕 SB2，系統(tǒng)上電啟動(dòng)， 系統(tǒng)讀完數(shù)據(jù)執(zhí)行 PLC 后開始工作， X、 Y、 Z 軸故障連鎖無異常，伺服驅(qū)動(dòng)器準(zhǔn)備好，軸制動(dòng)器釋放，顯示屏無報(bào)警，這個(gè)時(shí)候說明已經(jīng)開始可以工作。首先由外部提供交流三相四線制 AC380V 電源接到電柜內(nèi)的電源開關(guān)上，即 L L L3 和 PE 接地端子。綜上所述，設(shè)計(jì)數(shù)控裝置與外圍設(shè)備連接框圖如圖 所示。輸出開關(guān)量主要有：主軸正反轉(zhuǎn)信號，冷泵開關(guān)信號。 另外，由于華中數(shù)控系統(tǒng)的面板與系統(tǒng)集成于一體，很多面板操作功能都集成在系統(tǒng)中，不需要額外設(shè)計(jì)，因此機(jī)床輸入輸出量比較簡單。主軸電機(jī)為三相異步電機(jī)。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 數(shù)控裝置與外圍設(shè)備連接框圖 數(shù)控系統(tǒng)通過主軸變頻器控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向。主要內(nèi)容包括：主軸電機(jī)的變頻調(diào)速控制、三坐標(biāo)伺服驅(qū)動(dòng)控 制、升降臺的自動(dòng)與手動(dòng)升降控制、冷卻潤滑控制等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)基本思路 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成基于華中 HNC18iM 數(shù)控系統(tǒng)的精密升降臺數(shù)控銑床的電氣設(shè)計(jì)。數(shù)控裝置通過 XS1~XS3 接口控制進(jìn)給裝置。電源接口在數(shù)控裝置背部的開關(guān)電源上。 ? 系統(tǒng)外形尺寸為 420 260 115 毫米（ W H D 體積小巧，結(jié)構(gòu)牢靠，造型美觀。 內(nèi)置以太網(wǎng) RS232 接口易于實(shí)現(xiàn)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)。 ? 反向間隙和單、雙向螺距誤差補(bǔ)償功能，有效提高加工精度。 ? 小線段連續(xù)加工功能，特別適合于復(fù)雜模具零件加工。 ? 采用 ” 單色（ 18i 系列） /彩色（ 19i 系列）液晶顯示器 (分辨率為 240 320 )全漢字操作界面 ,具有故障診斷與報(bào)警設(shè)置 ,圖形加工軌跡顯示和仿真功能 ,操作簡便 ,易于掌握和使用。 ? 配置標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床工程面板不占用 PLC 的輸入 /輸出接口。具有高性能、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高、價(jià)格低的特點(diǎn)： ? 最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為 3 軸。輔助裝 置雖不直接參加切削運(yùn)動(dòng)，但對數(shù)控機(jī)床的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此，也是數(shù)控機(jī)床不可缺少的部分。本次設(shè)計(jì)采用半閉環(huán)方式。 4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，其性能是決定機(jī)床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。計(jì)算機(jī)和其它裝置之間可通過接口設(shè)備聯(lián)接。中央處理器又由存儲器、運(yùn)算器、控制器和 總線組成。它們是銑床執(zhí)行順序控制程序控制動(dòng)作和完成加工過程中的控制中心。本機(jī)床采用臺灣專用數(shù)控銑頭，通過變頻調(diào)速。其啟動(dòng)、停止和轉(zhuǎn)動(dòng)等動(dòng)作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運(yùn)動(dòng)，是切削加工的功率輸出部件。本機(jī)床床身為樹脂砂鑄鐵。數(shù)控機(jī)床的外形結(jié)構(gòu)如圖 所示 : 圖 CNC6KI 精密數(shù)控升降臺數(shù)控銑床外形結(jié)構(gòu)圖 機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)如下（ mm）： 工作臺尺寸： 1370 330 T 型槽（寬槽數(shù)槽距）： 16 3 65 行程 左右（ X）： 800 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 前后（ Y）： 330 上下（ Z）： 150 主軸管直徑： 105 主軸端面距工作臺最大距離： 430 主軸 轉(zhuǎn)速： 70