【正文】 和放大后，驅(qū)動伺服電電動機，從而通過機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床的執(zhí)行部件實現(xiàn)精確的工作進(jìn)給和快速移動。6．可靠性高要求數(shù)控機床的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高，工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾能力。因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。因此，要求進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性和較高的剛度，從而達(dá)到較高的定位精度，以保證機床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差（，），同時進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)要有較好的動態(tài)性能，以保證機床具有較高的輪廓跟隨精度。 CK6140數(shù)控車床對伺服驅(qū)動進(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)給電動機提供的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之比，即。但是對于這些機械誤差，可以在CNC系統(tǒng)中通過反向間隙補償和螺距誤差補償來大大減小，所以使用這種控制方式的機床也可達(dá)到很高的精度。因為編碼器不能直接反映機床各個進(jìn)給軸的實際位置，而是反映電機的旋轉(zhuǎn)速度和圈數(shù)。根據(jù)其位置檢測信號所取的位置不同，它又分為半閉環(huán)與全閉環(huán)兩種。開環(huán)位置控制不需要位置檢測及反饋，閉環(huán)位置控制需要位置檢測及反饋。對于數(shù)控機床伺服控制系統(tǒng)，按其反饋信號的有無，分為開環(huán)和閉環(huán)兩種位置控制方式。圖32變頻器主軸伺服驅(qū)動圖第四章 CK6140數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計 機床進(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)與機床的樞紐，其性能是影響數(shù)控機床精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。 變頻器主軸伺服驅(qū)動電路如圖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；主軸電動機的啟動/停止以及旋轉(zhuǎn)方向由繼電器KAKA2控制，當(dāng)KA1閉合時電動機正轉(zhuǎn)，當(dāng)KA2閉合時電動機反轉(zhuǎn)，若KAKA2同時都斷開或閉合則電動機停止，也可以定義為KA1控制電動機的啟動和停止，KA2控制電動機的旋轉(zhuǎn)方向。5V/“0—5V，0—10V選擇”進(jìn)行。2：頻率設(shè)定（電壓信號）。SD：接點（端子STF、STR、RH、RM、RL）輸入的公共端子?？筛鶕?jù)端子RH、RM、RL信號的短路組合，進(jìn)行多段速度的選擇。當(dāng)STR信號ON時為反轉(zhuǎn)，OFF時為停止指令。當(dāng)STF信號ON時為正轉(zhuǎn)，OFF時為停止指令。FANUC通用變頻器各端子功能如圖3－1所示。1單相電動機不適用變頻器驅(qū)動。1選擇變頻器時，一定要注意其防護(hù)等級是否與現(xiàn)場的情況相匹配。1變頻器驅(qū)動潛水泵電動機時，因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大， 所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機的額定電流。 變頻器驅(qū)動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機時，由于繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比，繞線電動機繞組的阻抗小，因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。潤滑油潤滑時，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險。驅(qū)動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險場所之外。 變頻器用于變極電動機時，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。而這些高次諧波會使變頻器的輸出電流值增加。對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。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。所以在選擇電動機和變頻器時，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會使電動機的功率因數(shù)和效率變壞。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、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。由此可以看出它是通過對轉(zhuǎn)矩和磁通的測量，即刻調(diào)整逆變電路的開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，以達(dá)到精確控制的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制以測量電機電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機模型的輸入。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。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、直流儲能和緩沖無功功率。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機。 本機床采用通用變頻器作為主軸驅(qū)動裝置。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。CK6140數(shù)控車床床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國內(nèi)外同類機床的電動機功率，考慮到數(shù)控機床變速范圍比較大，選用交流變頻電動機TLD12YVP112，額定轉(zhuǎn)矩60N?m 。主傳動鏈的功率效率η=—， 數(shù)控車床多采用調(diào)速電動機和較短的機械傳動鏈，效率較大，因此取=,~。對有的機床需同時能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切削，則要求換向時均可進(jìn)行自動加減速控制，即要求有四象限驅(qū)動能力。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。并且有一定的過載能力和較硬的調(diào)速機械特性，即在負(fù)載變化的情況下（如斷續(xù)切削時），電動機轉(zhuǎn)速波動較小。調(diào)速范圍的指標(biāo)，主要由各種加工工藝對主軸最低速與最高速的要求來確定。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。在數(shù)控機床上，同樣由主軸夾持工件或刀具旋轉(zhuǎn)，直接參加表面成形運動。本課題數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng)采用交流主軸電動機配備變頻器控制的方式。主軸驅(qū)動系統(tǒng)分為直流驅(qū)動系統(tǒng)和交流驅(qū)動系統(tǒng)。 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。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；各種壓力開關(guān)、防護(hù)開關(guān)、腳踏開關(guān)、按鈕等構(gòu)成該車床電氣輸入元件。主要為穩(wěn)壓電源GS伺服驅(qū)動裝置和伺服電動機提供220V交流。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。Z軸：理論最大進(jìn)給速度8000m/min。1Hz） 工作環(huán)境溫度：5～40度 相對濕度：25176。 電網(wǎng)電壓：交流380V(177。保護(hù)地線還必須與機床所設(shè)置的專用接地螺釘牢固、可靠地連接，接地電阻R10Ω。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。機床電氣控制系統(tǒng)框圖如圖21所示。 CK6140數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡述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)動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、強電控制部分等構(gòu)成。尾座體可在床身上移動和固定。潤滑形式有電動間歇潤滑泵和定量式集中潤滑泵。冷卻系統(tǒng)數(shù)控機床的冷卻系統(tǒng)主要包括用于在切削過程中的冷卻刀具和工件，同時也起沖屑作用，由冷卻泵實現(xiàn)。刀架傳動刀架運動是指實現(xiàn)刀架上刀架的轉(zhuǎn)動和刀架的開定位、定位與夾緊的運動，以實現(xiàn)刀具的自動轉(zhuǎn)換。主運動傳動由交流主軸電動機配備變頻器實現(xiàn)無級變速調(diào)速。 快速進(jìn)給速度X/Z: 6000/8000mm/min 每轉(zhuǎn)切削進(jìn)給量 進(jìn)給電機扭矩(功率): X向4Nm，Z向6Nm 定位精度(全程)：， 重復(fù)定位精度: X向 ，Z向 尾架套筒內(nèi)孔錐度: 莫氏5號脈沖當(dāng)量： 最高加工精度：IT6表面粗糙度： 四工位電動刀架刀桿截面尺寸：25mm25mm主軸電動機M1： 1000r/min 刀臺電動機M2： 1500r/min潤滑電動機M3： 1400r/min冷卻電動機M4： 2900r/min尾座套筒壓緊力 90000N 尾座套筒直徑85尾座套筒行程 110 CK6140數(shù)控車床運動分析數(shù)控車床的運動系統(tǒng)包括，主軸驅(qū)動系統(tǒng)，對主軸的控制，進(jìn)給系統(tǒng)，各個坐標(biāo)軸的控制，包括各坐標(biāo)軸伺服電機速度、位置控制，刀具庫（對于數(shù)控車床指電動刀架）、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等輔助功能的控制。 主軸通孔直徑: Φ52mm。 最大車削長度: 850mm。拖板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑:Φ200mm。 然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、 分配，使各坐標(biāo)移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對數(shù)控機床的控制。當(dāng)PLC用于控制機床順序動作時，也可稱之為編程機床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。⑹可編程控制器可編程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。和伺服單元相對應(yīng)，驅(qū)動裝置有步進(jìn)電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。每個進(jìn)給運動的執(zhí)行部件都有相應(yīng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，整個機床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。它的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動。輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)（含機床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等），一般在機床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常。 ⑶輸入/輸出設(shè)備輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機的外部設(shè)備。⑵、CNC單元CNC單元是數(shù)控機床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成。電 氣 回 路輔 助 裝 置PLC主軸伺服單元操 作 面 板主軸驅(qū)動裝置進(jìn)給驅(qū)動裝置測量反饋裝置進(jìn)給伺服單元輸入/輸出設(shè) 備計算機數(shù) 控裝 置機 床 本 體⑴、機床本體數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，由主軸傳動裝置、進(jìn)給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。 第二章 數(shù)控車床的基本組成和工作原理 數(shù)控車床組成數(shù)控車床一般由輸入輸出設(shè)備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅(qū)動裝置（或稱執(zhí)行機構(gòu)）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量反饋裝置組成。 （10）配有內(nèi)冷卻，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷卻液飛濺。主軸扭矩大，剛性強，可強力切削。 （7）主控制系統(tǒng)為FANUC 0iMATE。主軸箱配有獨立潤滑系統(tǒng)。 （4）配置立式四工位刀架。 （3）進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服電機，精密滾珠絲杠，高剛性精密復(fù)合軸承結(jié)構(gòu)。 基本配置： （1）機床采用臥式平床身結(jié)構(gòu)，床身及床腿采用樹脂砂鑄造，時效處理，導(dǎo)軌采用高頻淬火，整體剛性強。主要承擔(dān)各種軸類及盤類零件的半精加工及精加工。 該機床為萬能型通用產(chǎn)品。 CK6140數(shù)控車床主簡介不同制造廠商制造的CKA6140數(shù)控車床選用FANUC OTD，F(xiàn)ANUC 0iMATE TC，F(xiàn)ANUC 0iTA，F(xiàn)ANUC 0iTB、安川J50L、SIEMENS 802D，F(xiàn)AGOR 8025T，F(xiàn)AGOR 8055T等世界知名公司的數(shù)控系統(tǒng)。美國的STEP Tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型(Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前，歐美國家非常重視STEPNC的研究，歐洲發(fā)起了STEPNC的IMS計劃（～）。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。STEPNC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描述如何加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。我國在2000年也開始進(jìn)行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型五軸聯(lián)動機床和復(fù)合加工機床（含五面加工機床）的發(fā)展。但過去因五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價格要比三軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了五軸聯(lián)動機床的發(fā)展。 五軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機床快速發(fā)展采用五軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6000小時以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000小時以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴