数控机床控制应用实例课件.ppt

1、第第7章章 数控机床控制应用实例数控机床控制应用实例7.1 CK6132(SYC-2E)数控卧式车床 7.2 数控新技术介绍基于PC平台的 工控数控机床 7.3 普通车床数控改造7.4 XH714立式加工中心电气控制 7.1 CK6132（SYC-2E）数控卧式车床）数控卧式车床7.1.1 主要用途和适用范围主要用途和适用范围 CK6132（SYC-2E）车床采用卧式车床布局，数控系统控制横（横（X）、纵（）、纵（Z）两坐标移动。适用于短轴类及盘类零件的各种内外回转表面，如圆柱面、圆锥面、特形面等，以及内外公制英制螺纹的自动化切削加工，并能够进行切槽、镗、铰等加工。该机床加工效率高、适用性强、

2、操作简便、精度高、稳定性好，特别适用于复杂零件或对精度要求较高的中、大批量生产。该机床可根据用户要求配置数控系统，编程采用ISO国际通用代码，编程简单易用，并具有掉电记忆功能。该机床还可以根据用户需要增减螺纹车削功能，刀架可选用四工位、六工位四工位、六工位等多工位电动刀架，还可以为用户特制专用的排刀架。工件夹紧可选用普通卡盘、液压卡盘或者其他专用夹具。7.1.2 主要技术规格主要技术规格 主要技术规格见表主要技术规格见表7-1(P202)。7.1.3 电气系统电气系统1.电气系统框图电气系统框图“SYC-2E”“SYC-2E”车床数控系统采用最新高速数字信号处理器DSP、大规模可编程门列矩阵P

3、LD技术和现场工业级高速CPU，实时控制高速度、高精度;运用320240点阵LCD液晶显示技术，整机结构更为合理。“SYC-2E”SYC-2E”数控系统是以车床为代表的二坐标联动、普及型全数字数控系统，直接控制交流伺服系统，也可以控制步进伺服系统，符合ISO国际代码标准。若配置高性能步进伺服系统，可实现微米级微米级控制，加工精度更高。“SYC-2E”SYC-2E”车床数控系统适用于各类仪表车床及其他二坐标联动机床的数控改造和配套。通过RS232端口与微机通讯。2.主轴电气控制主轴电气控制 由图7-1可知，“SYC-2E”数控系统通过J3接口、变频器、主轴电机、主轴编码器和数控系统的J9接口组成

4、数控机床的主轴闭环控制主轴闭环控制。主轴控制用于加工中心换刀时，作为主轴准停用主轴准停用。使主轴定向控制准停在某一固定位置上，以便在该处进行换刀等动作，只要数控系统发出M19指令，利用装在主轴上的位置编码器（通过11齿轮传动）输出的信号使主轴准停在规定的位置上。主轴控制用于车床加工车床加工。在车床上，按主轴正反转两个方向使工件定位，作为车削螺纹的进刀点和退刀点，利用Z向脉冲作为起点和终点的基准，保证不乱扣（A、B相差90，Z向为一圈的基准信号，产生零点脉冲）。图图7-2 CK6132主轴变频器控制原理图主轴变频器控制原理图 主轴变频器型号为CVF-G2。主回路端子R、S、T接电网三相交流电源，

5、主回路端子U、V、W接三相交流电动机，PE为接地端子。数字控制回路端子FWD为正转控制命令端，受数控系统M03端控制。REV为反转控制命令端，受数控系统M04端控制。CM为数字控制回路端子公共端。模拟控制回路端子V11为频率设定电压信号输入端（010V）。主轴位置控制指令经数控系统内的D/A（数（数/模转换模转换）转换器，变换为010V可调的直流电压信号送至V11端，调节主轴转速。GND为模拟控制回路端子的公共端。TA、TB、TC为变频器故障输出端子，用于故障报警。变频器正常时，TA-TB闭合、TA-TC断开。变频器故障时，TA-TB断开、TA-TC闭合。触点容量为AC250V1A，阻性负载。

6、3.CK6132主电路主电路 图图7-3 CK6132主电路图主电路图 图7-3中M1M1为主轴电动机。M2M2为刀架电动机。KA1、KA2用于控制刀架电机正反转。M3M3为冷却电动机，冷却泵电动机与主轴电动机有着顺序联锁顺序联锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机起动后才可选择起动与否;而当主轴电动机停止时，冷却泵电动机便立即停止。系统电源系统电源（交流220V）给数控系统（SYC-2E）供电。控制电源控制电源（交流110V）给数控机床操作电路供电，操作电路接触器线圈额定电压为交流110V。伺服驱动电源伺服驱动电源（交流220V）给交流伺服电机驱动器供电。4.伺服驱动控制伺服驱动控制 由图7-

7、1可见，SYC-2E数控系统通过J5接口、交流伺服驱动器、伺服电动机及编码器组成X、Z轴位置闭轴位置闭环控制。环控制。X、Z轴伺服驱动控制图如图7-4所示。数控系统P1、P14、P2、P15端口用于控制X轴交流伺服驱动器，X轴交流伺服驱动器驱动X轴交流伺服轴交流伺服电动机电动机。数控系统P5、P18、P6、P19端口用于控制Z轴交流伺服驱动器轴交流伺服驱动器，Z轴交流伺服驱动器驱动Z轴交流伺服电动机。图图7-4 X、Z轴伺服驱动控制图轴伺服驱动控制图 由图可见，X、Z轴交流伺服电动机已附装了增量式光电编码器增量式光电编码器，用于电动机速度控制及位置反馈使用。目前许多数控机床均采用这种半闭环半闭

8、环的控制方式，而无需在机床导轨上安装传感器。若需全闭环控制，则需在机床上安装光栅传感器。伺服驱动器控制信号电源（控制信号电源（DC 24V）由数控系统内开关电源提供。SRV-ON信号连接到COM-时，驱动器被允许工作，伺服使能。P3、P4是指令脉冲的输入端子。驱动器通过高速光电耦合器光电耦合器接收数控系统发出的位置控制信号。P5、P6是数控系统发出的伺服电动机正反转正反转控制指令。控制指令。驱动器主电路输出三相交流电（端子A、B、Z）给伺服电动机供电。A、B、Z提供来自分配器的编码器信号的差分输出。FG为内部连接到地端子。驱动器输出DC5V为编码器电源。7.2 数控新技术介绍数控新技术介绍基于

9、基于PC平台的工控数控机床平台的工控数控机床 将现代PC机机丰富的界面、大容量内存和强大的软件功能与传统的数控系统的稳定性、可靠性相结合制作成新型的基于PC平台的数控工控系统是一个值得注意的发展方向。目前，国内外数控系统生产厂家都在这方面投入巨大的力量进行研制工作。我国在这方面也取得了可喜的成绩，与发达国家的水平已经相当接近。仅举SANYING180M铣床系统铣床系统为例做一下该方面的技术介绍。7.2.1 系统概述系统概述 该系统是以高性能工业控制计算机为硬件平硬件平台台，以Windows2000/NT/XP为软件平台软件平台，针对铣削加工中心研制开发的开放式数控系统。系统运动控制内核和PLC

10、程序运行基于独立的实时控制引擎子系统，不受Windows操作系统的管理和调度，确保数控系统的稳定性。7.2.2系统硬件结构系统硬件结构 该系统的硬件是由带有带有10.4英寸真彩液晶显示器的英寸真彩液晶显示器的轻触式薄膜操作板、高性能嵌入式轻触式薄膜操作板、高性能嵌入式CPU工控主板、工控主板、128MB内存、内存、40G硬盘、硬盘、USB可移动可移动U盘拷贝接口、高盘拷贝接口、高抗干扰电源、主轴伺服调速抗干扰电源、主轴伺服调速/主轴变频调速控制单元、主轴变频调速控制单元、手摇脉冲发生器及手动操作盒、网络加工接口手摇脉冲发生器及手动操作盒、网络加工接口等九部九部分组成。其主电路结构也结合了PC机

11、和传统工控机两方面的特点，如图7-5所示。图图7-5 数控系统主电路数控系统主电路 利用PC机做平台，重要的是电路设计要考虑电源的电源的高稳定和高抗干扰性能高稳定和高抗干扰性能。为此，该系统采用一系列保证措施。一是采用双电源双电源，如图7-6所示。其中共“GND”（模拟控制回路端子的公共端）的“VCC”、“-12V”、“+12V”为系统内部电源系统内部电源，用于提供与系统直接（不用隔离）连接的信号电源;另一组“IPE”与“+24V”构成+24V的外部接口电源外部接口电源，由系统外部电源模块（DC24V/3A）单独供电。此电源与系统内部是全隔离的，主要向外部接口（通用I/O、限位、基点等）、电器

12、（控制继电器、电磁刹车）提供电源。图图7-6 双电源双电源 二是所有I/O接口均采用晶体管输入输出电路以及输入“IPE”有效接口原理。例如，本系统中的输入信号X00-X07为“IPE”有效如图7-7所示。图图7-7 接口电路接口电路 在系统与伺服接口方面，由于信号线中有高速脉冲信号高速脉冲信号，因而导线必须使用双绞线并有双绞线并有良好的屏蔽层良好的屏蔽层，如图7-8所示。图图7-8 系统与伺服接口系统与伺服接口7.3 普通车床数控改造普通车床数控改造 普通车床的数控改造涉及到两个方面问题两个方面问题:一是机械传动链的改造;二是电气控制系统的配置。现以C618车床为例，说明车床数控改造的方法。7

13、.3.1 机械结构改造机械结构改造 1.进给传动链进给传动链 改造后的纵向（X轴）、横向（Z轴）传动链如图7-9所示。图图7-9 改造后改造后C618传动系统简图传动系统简图1主轴步进电动机;2主轴脉冲编码器;3主轴箱;4溜板箱;5刀架溜板;6电动刀架;7尾座;8Z轴滚珠丝杠;9床身;10X轴滚轴丝杠;11X轴步进电动机 改造后，原横向进给传动链中的丝杠和光杆由滚珠滚珠丝杠丝杠取代，Z轴步进电动机和滚珠丝杠采用同步齿形带同步齿形带变速变速，一方面增大了输出转矩，另一方面由于同步齿形带的柔性，可克服由于电动机轴和丝杠不平行而引起的失步现象。步进电动机和滚珠丝杠的安装方式如图7-10所示。X轴滚珠

14、丝杠采用一端支承的方式，同样采用同步齿形带变速方式。1步进电动机;2同步齿形带;3箱体;4联轴器;5滚珠丝杠螺母副;6支承座 图图7-10 Z轴步进电动机与滚珠丝杠的安装轴步进电动机与滚珠丝杠的安装2.主转动主转动 保留原机床的主轴传动链，采用手动齿轮变速的方法（也可拆除主轴传动链，通过对主电动机的变频调速实现机床主轴的无级调速）。拆卸挂轮，在主轴末端安装主轴脉冲编码器（1024脉冲/r，六脉冲输出），以进行螺纹切削。主轴脉冲编码器的安装如图7-11所示。图图7-11 主轴脉冲编码器的安装主轴脉冲编码器的安装1主轴脉冲编码器;2闷头;3主轴;4主轴箱 3.刀架刀架 采用LD4系列电动刀架取代原

15、手动四方刀架，如图7-12所示。刀架的定位过程定位过程如下:系统发出换刀信号刀架电动机正转刀架上升并转位刀架到位发出信号刀架电动机反转初定位精定位夹紧刀架电动机停转换刀应答。刀架的到位信号由刀架定轴上端4个霍尔开关个霍尔开关和永久磁永久磁铁铁检测获得。四个霍尔开关分别为四个刀位的位置，当刀台旋转时，带动磁铁一起旋转。当到达规定刀位时，通过霍尔开关输出到位信号。图图7-12 LD4系列电动刀架系列电动刀架1罩壳;2刀台;3刀架座;4刀架电动机;5霍尔开关;6永久磁铁 7.3.2 数控系统配置数控系统配置1.数控系统数控系统 数控系统采用上海开通数控公司KT400-T经济型车床数控系统。图图7-1

16、3 KT400-T系统面板系统面板1CRT;2数字及符号键;3字母键;4输入键;5功能键;6循环停止键;7复位键;8循环起动键;9进给倍率修调键;10主轴速度修调键;11手动方向键7.3.2 数控系统配置数控系统配置CRT在系统运行过程中，显示下列信息在系统运行过程中，显示下列信息:操作方式表;现行的操作方式;正在执行的程序和程序段;正在编辑的程序和程序段;已装入存储器内的程序分配表;各轴的坐标值;跟随误差;进给率、主轴转速和现在执行的功能;刀具表;出错代码。1.数控系统数控系统（1）系统面板及功能）系统面板及功能功能键功能键:操作方式键操作方式键（OPERATE MODE）按下该键，在显示屏

17、上就立刻显示出“操作方式表”，这就是进入任何操作方式的第一步操作。显示方式键显示方式键（DISPLAY MODE）在显示屏上可显示所选择的操作方式中的各种信息。前后移动键前后移动键（和）利用此两键可使操作者看到编辑前后的程序段及刀具表;另外此两键还用作光标的前后移动。删除键删除键（DELETE）用于删除一个程序或一个程序段;删除译码M功能表及清除图形显示。检索键检索键（RECALL）用于选取一个程序;程序中的一个程序段或程序段相应的刀具表中的一组刀具。下一步键下一步键（NEXT）按下该键，能在多种操作方式下使CNC进入相应的下一步操作。清除键清除键（CLEAR）在编辑一个程序段的过程中按下此键

18、，可以逐个清除字符。输入键输入键（ENTER）将数据输入到CNC存储器内。循环起动键循环起动键（START）按下循环起动键，系统开始运行程序，机床进行自动加工。循环停止键循环停止键（STOP）按下循环停止键，CNC停止执行正在加工的那个程序段。若要继续执行那个程序段，则要按循环起动按键。复位键复位键（RESET）使CNC回到初始条件。主轴速度修调键主轴速度修调键 使已编入程序的主轴速度能按百分比修调（当主轴采用独立的手动齿轮变速时，该功能无效）。进给倍率修调键进给倍率修调键 用于修调已编入程序中的进给速度，以及在各种不同手动方式时的进给速度（连续、增量和手动脉冲发生器）。手动方向键手动方向键

19、手动操作时用于移动X或Z轴的正、负方向。在加工时，与进给倍率修调键配合，用于对刀。（2）接口）接口 A1端口端口 X轴脉冲输出，9芯连接器。A3端口端口 Z轴脉冲输出，9芯连接器。A4端口端口 主轴编码器和手摇脉冲发生器信号输入，15芯连接器。I/O1端口端口 强电箱的输入和输出信号，37芯连接器。I/O2端口端口 强电箱的输入和输出信号，25芯连接器。A5端口端口 RS232C（V24）9芯连接器。图图7-14 KT400-T系统背面示意图系统背面示意图1A1端口;2I/O1端口;3I/O2端口4A3端口;5A4端口;6A5端口2.机床操作面板机床操作面板 在KT400-T数控系统面板上已集

20、成了机床操作按键，为适应操作需要，另设机床操作面板，如图7-15所示。图图7-15 KT400-T数控系统机床操作面板数控系统机床操作面板 1急停按钮（SA1）;2主轴正转（SB7）、反转（SB8）、停（SB6）按钮3X轴正向（SB2）、负向（SB3）按钮;4Z轴正向（SB4）、负向（SB5）按钮5冷却开/关（SB1）按钮;6循环停止STOP（SB9）按钮7循环起动START（SB10）按钮 3.进给驱动及步进电动机进给驱动及步进电动机 步进电动机采用110BYG550系列五相步进电动机五相步进电动机，步距角步距角0.36/0.72，其中，Z轴步进电动机扭矩为12Nm，X轴为9Nm。步进驱动装

21、置为KT300步进驱动装置，该装置采用环形分配集成电路、MOSFET功放元件、恒流斩波及锁定自动降电流等控制技术。KT300外观如图7-16所示。数控系统KT400-T和步进驱动装置KT300及步进电动机的连接关系如图7-17所示。图图7-16 KT300步进驱动装置步进驱动装置 1脉冲信号指示灯;2电源指示灯;3控制信号输入插座4电源输入接线端子;5步进电动机驱动电源接线端子图图7-17 KT400-T与与KT300的连接的连接 系统中A1和A3端口与驱动装置的信号连接有两种方式两种方式，即正转（CW、CW）、反转（CCW、CCW）或公共脉冲（CW、CW）加方向信号（DIR、DIR），两者取

22、其一。主轴脉冲反馈信号有六脉冲输出六脉冲输出，即辨向脉冲A、A，B、B和零标志C、C。其他有电源0V和5V、屏蔽FRAME。4.电气控制电气控制图图7-18 机床电源配置机床电源配置（1）电源）电源 数控系统由隔离变压器T1提供AC220V电源，以避免电网扰动对系统的干扰。X轴 和Z轴的驱动装置分别由机床变压器T2和T3提供AC220V电源。有条件的话，可采用两个稳压电源分别提供I/O+24V和中间继电器+24V，以避免干扰对I/O信号的影响。整个系统的电源配置应注意接地的可靠性，因为接地的好坏直接影响到系统的抗干扰性和安全性。（2）I/O信号信号 图7-19（a）、（b）分别为I/O1、I/

23、O2的输入、输出信号定义。图图7-19 I/O定义定义（3）主轴及刀架控制）主轴及刀架控制图图7-20 主轴及刀架控制线路图主轴及刀架控制线路图 7.3.3 调试调试 系统参数P0P120涉及到有关坐标轴参数、驱动特性参数等，调整好这些参数将有利于机床的正常运行。1.有关坐标轴的参数有关坐标轴的参数 （1）限位限位 P21、P22参数为X轴正向和负向极限位值，最大值为+8388mm和-8388mm。（2）反向间隙反向间隙 P23参数设定X轴反向间隙，最大设置值255，单位为脉冲。（3）机床参考点机床参考点 本机床X轴和Z轴各采用一个行程开关和接近开关作为参考点时的减速开关和参考点基准开关，并由

24、P94参数确定，返回参考点时，以G00（由P102、P103参数设定）向参考点运动，当碰到减速开关后，轴减速，当运动到达接近开关时，轴停止运动，即到达机床参考点，如图7-21所示。参考点精确度为+1和-1脉冲，这与接近开关的性能有关。图图7-21 机床参考点机床参考点2.有关驱动特性的参数有关驱动特性的参数 （1）G00方式时的自动升降速控制方式时的自动升降速控制 P27P31、P32及P107参数为X轴第1步至第5步的起跳频率起跳频率，第6步至第9步及第10步至第16步的起跳频率。和X轴相对应，P67P71、P72及P108为Z轴的第1步至第16步的起跳频率。P109和P110为X轴和Z轴的

25、线性升降速时间常数。升降速曲线如图7-22所示。图图7-22 升降速曲线升降速曲线 （2）X轴最大可编辑切削进给率轴最大可编辑切削进给率 由于切削进给（G01、G02.G03）无加减速控制，P24参数应根据机床X轴步进电动机的实际起跳频率设定，以保证不失步。（3）Z轴升降速轴升降速 P117参数为螺纹切削时，Z轴升降速的调节量。XH714立式加工中心立式加工中心是一种中小规格、高效通用的数控机床。该机床设有可容20把刀具把刀具的自动换刀系统，并配有三菱三菱MELDAS50数控系统数控系统，通过编程，在一次装夹中可自动完成铣、钻、铰、镗、攻螺纹铣、钻、铰、镗、攻螺纹等多种工序的加工。若选用数控转

26、台，可实现四轴控制，进行多面加工。XH714的主传动采用三菱三菱SJ-PSJ-P系列交流主轴电动机及MDS-A-SPJ系列交流主轴驱动装置，在45454500r/min4500r/min范围无级变速，利用主轴电动机内装编码器实现同步攻螺纹。伺服进给采用三菱HA系列交流伺服电动机及MDS-A-SVJ交流伺服驱动器装置，通过交流伺服电动机内装编码器实现半闭环的位置控制。7.4 XH714立式加工中心电气控制立式加工中心电气控制 XH714立式加工中心的外观及传动链分别如图7-23和图7-24所示。图图7-23 XH714立式加工中心外观立式加工中心外观1CRT/MDI及机床操作面板;2主轴;3主轴

27、箱;4主轴气缸;5主轴电动机;6Z轴伺服进给电动机;7电气控制柜;8回转刀库;9X轴伺服进给电动机;10Y轴伺服进给电动机图图7-24 XH714传动链图传动链图1刀库气缸;2直线滚动导轨;3低速力矩电动机;4槽轮机构;5刀盘;6同步齿轮带轮同步齿轮带轮1;7碟形弹簧;8拉杆;9主轴拉杆气缸;10同步齿轮带;11同步齿轮带轮同步齿轮带轮2;12主轴电动机;13Z轴伺服电动机;14弹性磨片联轴器;15Z轴滚珠丝杠螺母副;16主轴;17Y轴伺服电动机;18Y轴滚珠丝杠螺母副;19X轴伺服电动机;20X轴滚珠丝杠螺母副图图7-25 电气控制柜元器件布置电气控制柜元器件布置1输入输入/输出接线端输出接

28、线端子子;2CNC单元;3I/O单元;4X、Y、Z轴伺服单元;5主轴驱动装置;6I/O接线端子板;7开关电源;8外接再生电阻;9输入输入/输出接线端子输出接线端子;10压敏电阻;11机床控制变压器;12中间继电器;13接触器;14阻容吸收元件;15断路器;16熔断器 7.4.1 数控系统数控系统图图7-26 MELDAS50控制单元示意图控制单元示意图 机床采用的机床采用的MELDAS50数控系统具有如下数控系统具有如下特点特点:（1）采用32bit RISC（精简指令微处理器）的超小型数控装置。（2）利用高速串行方式与高性能的伺服系统连接，实现了全数字式全数字式的控制方式。对应于最大的NC轴

29、数为4根伺服轴+2根主轴+2根PLC轴。（3）通过高速串行连接，实现与I/O装置的配置，并可在数控系统的MDI（手动数据输入）（手动数据输入）面板上，进行梯形图开发，无需专用梯形图编程器。表表7-2为为MELDAS50数控系统的部分性能数控系统的部分性能(P219)。图图7-27 MELDAS50通信终端系统面板示意图通信终端系统面板示意图1CRT;2字母键;3功能键;4数字、符号键;5输入键;6光标键;7复位键;8菜单键 功能键的作用功能键的作用:（1）MONITORMONITOR键键 通过菜单键切换，显示现在的坐标值、指令值及程序找寻等。（2）TOOL PARAMTOOL PARAM键键

30、通过菜单键切换，显示工件坐标、加工参数、轴参数、I/O参数、刀具补偿、刀具登录及刀具寿命管理等。（3）EDIT MDIEDIT MDI键键 在编辑画面下，能增加、删除或改变存储器中加工程序的内容，并可编辑新的加工程序。在MDI画面下，在缓冲寄存器中输入一段程序或一个程序，执行后消除。（4）DIAGN IN/OUTDIAGN IN/OUT键键 通过菜单键切换，显示报警信息、伺服监视、主轴监视及PLC输入/输出信号设定、显示。（5）SFGSFG键键 在CRT上模拟所编程序的加工轨迹，并监控加工过程中刀具的运动轨迹。（6）FOFO功能键功能键 显示梯形图，并用于PLC梯形图开发。1.驱动单元驱动单元

31、 MDS-A-SVJ交流伺服驱动单元与MELDAS50CNC组成全数字式的伺服控制。伺服驱动单元通过串行通信串行通信的方式，接收系统的指令脉冲串，完成位置控制和速度控制。从驱动特性上看，由于采用了SHG（平滑高增益）（平滑高增益）和高速度定位高速度定位等技术，使系统在高增益的情况下具有良好的响应特性且稳定的位置环控制。伺服驱动采用IGBT功率晶体管及SP-WM控制技术。图7-28（a）为MDS-A-SVJ交流伺服驱动单元外观示意图。7.4.2 伺服系统伺服系统图图7-28 MDS-A-SVJ驱动单元及驱动单元及HA系列交流伺服电动机系列交流伺服电动机 1操作状态及报警显示窗口;2运行状态指示灯

32、;3电源接线盒（U、V、W、R、S、T）;4电动机电源连接座;5编码器信号连接座 MDS-A-SPJ系列交流主轴驱动单元通过采用高速高速DSP（数字信号处理）（数字信号处理）和IPM（智能电源组件）（智能电源组件）实现了小型化和高性能，利用主轴电动机内装编码器实现同步攻螺纹，并可进行主轴高速定向来缩短定向时间。本机床X、Y轴伺服单元型号为MDS-A-SVJ-10，Z轴为MDS-A-SVJ-20，与之相配的HA系列交流伺服电动机，X、Y轴轴为HA80NT-E33，额定转速2000r/min，输出功率1.0kW，锥形轴端，内装增量式25000脉冲/r脉冲编码器;Z轴轴为HA100NBS-E33，额

33、定转速2000r/min，输出功率2.0kW，直轴轴端，内装增量式2000脉冲/r脉冲编码器，带电磁制动器。主轴驱动单元为MDS-A-SPJ-75，交流主轴电动机为SJ-PF7.5，输出功率7.5kW。数控系统与伺服驱动、主轴驱动等装置的连接如图7-29所示。图图7-29 系统连接图系统连接图7.4.3 I/O控制控制图图7-30为为I/O单元示意图单元示意图 输入/输出信号经I/O单元进行PLC控制，在MELDAS50中，PLC的指的指令有令有:基本指令、功能指令、算术运算指令、BCD码和BIN码转换指令、数据传送指令、程序分支指令、逻辑运算指令、循环指令和数据处理指令;专用指令主要用于刀具

34、控制，如选刀、寿命管理等。1.机床操作面板信号输入机床操作面板信号输入 图7-31为机床操作面板示意图，图7-32为面板上开关至I/O单元DI-L口的输入信号。图图7-31 机床操作机床操作面板示意图面板示意图图图7-32 面板开关输入信号面板开关输入信号 模式选择（又称工作方式选择）模式选择（又称工作方式选择）开关在机床操作中有很重要的作用。（1）TYPETYPE方式方式 通过纸带阅读机，运行穿孔纸带上的程序。（2）MEMMEM方式方式 自动运行存储器中的程序。在调用到存储器中所需的加工程序后，按循环起动键（CYCLE START），程序执行，在执行过程中，若按循环停止键（CYCLE STO

35、P），程序停止，再按循环起动键，程序继续执行。（3）MDIMDI方式方式 在缓冲寄存器中，输入一个程序段或一个程序，运行后自行消除。（4）JOGJOG方式方式 手动连续运动。选择JOG方式后，再进行坐标轴选择（AXIS SELECT），按JOG+键或JOG-键，则轴正向或负向移动，释放JOG+或JOG-键，则轴停止，移动的速度可通过进给倍率开关（FEED RATE OVERRIDE）来调整。（5）HANDLEHANDLE方式方式 选择HANDLE方式后，再进行坐标轴选择和手动倍率（HANDLE MUL TIPLER）调整，顺时针或逆时针转动手摇脉冲发生器（MANUAL PULSE GENERA

36、TOR，俗称电子手轮或手脉），则轴正向或负向移动。手轮上每格所代表的进给量由手动倍率来决定，1、10、100和1000分别代表1m、10m、100m和1000m。（6）RAPIDRAPID方式方式 快速移动。当选择RAPID方式后，选择坐标轴，按JOG+或JOG-键则轴以G00的速度正向或负向移动，移动的速度由进给倍率开关来调整。（7）ZRNZRN方式方式 回参考点方式。当选择ZRN方式后，选择坐标轴，并按JOG-键，则轴快速向参考点方向运动，当碰到参考点减速开关后，轴减速至参考点，同时，面板上的X、Y、Z的HOME指示灯点亮，CRT上显示参考点坐标值。回参考点结束后，按JOG+键，使轴脱离参

37、考点。机床断点重新起动后，必须先进行回参考点操作，以建立机床坐标系，方能进行其他方面的操作。2.换刀控制换刀控制 换刀控制是数控机床PLC控制中较复杂的一个内容，涉及到刀库的选刀及机械手的换刀控制。本机床采用主轴箱上下运动的自卸式换刀方式自卸式换刀方式。图7-33所示为有关换刀控制的输入/输出信号，图7-34为换刀控制的直流、交流控制回路。图图7-33 换刀控制的输入换刀控制的输入/输出信号输出信号 图图7-34 换刀控制的直流、交流控制回路换刀控制的直流、交流控制回路 参见图7-33，换刀过程换刀过程如下:（1）主轴箱在Z向运动至换刀点（SQ10），主轴定向。（2）低速力矩电动机通过槽轮机构

38、以实现刀盘的分度，将刀盘上接收现主轴中刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置。（3）刀库气缸活塞推出，将刀盘上的空刀座送至主轴下方（SQ7），并卡住刀柄定位槽。（4）主轴拉杆上移（SQ9），主轴松刀，主轴箱上移，原主轴中刀具卸留在空刀座内。（5）刀盘再次分度，将刀盘上被选定的下一把刀具转移到主轴正下方。（6）主轴箱下移（SQ10），主轴拉杆下移（SQ8），主轴夹刀。（7）刀库气缸后塞缩回（SQ6），刀盘复位。过程中的（2）和（5）步应用了PLC特殊指令中的ATC和ROT指令，其中ATC功能见表功能见表7-4。ROT指令指令是根据刀号搜索处理得到的结果来决定刀库的旋转方向及旋转步数的。本机床采用刀具

39、随机换刀的方式，刀盘旋转时，通过刀盘上的行程开关（SQ5）对刀盘进行计数。表表7-4 ATC功能功能ATCKn功能功能ATCKn功能功能ATCK1刀号搜索刀号搜索ATCK7刀具表正向旋转刀具表正向旋转ATCK2刀号逻辑与搜索刀号逻辑与搜索ATCK8刀具表反向旋转刀具表反向旋转ATCK3刀具固定位置交换刀具固定位置交换ATCK9读刀具表读刀具表ATCK4刀具随机位置交换刀具随机位置交换ATCK10写刀具表写刀具表ATCK5正向旋转指针正向旋转指针ATCK11自动写刀具表自动写刀具表ATCK6反向旋转指针反向旋转指针7.4.4 电源电源 机床从外部动力线获得三相交流电（三相交流电（380V）后，在

40、电控柜中进行再分配，以获得AC100V CNC系统电源;三相AC220230V驱动装置电源;单相AC110V交流接触器线圈电压及DC+24V稳压电源，同时进行电源保护，如熔断器、断路器等。图7-35为该机床电源配置图。图图7-35 机床电源配置图机床电源配置图 本节作业本节作业 P200 7-1 7-2 7-3 7-4 7-5 1.读图7-1结构图简述电气组成。答：如图7-1所示：电气系统由主轴编码器、编码器接口、RS2320、串行接口、机床电器接口、刀架接口、伺服驱动借口、交流伺服驱动器、伺服电动机、刀架电机、变频器、主轴电动机、行程开关、CPU等组成。图图7-1 电气系统框图电气系统框图

41、2.读图7-2，查阅有关手册，简述变频器基本使用和端子接线。图图7-2 CK6132主轴变频器控制原理图主轴变频器控制原理图 答：变频器要接交流380v电源、接交流电动机、要按照电动机的铭牌和要求设置变频器参数。变频器要可靠接地。主回路端子R、S、T接电网三相交流电源，主回路端子U、V、W接三相交流电动机，PE为接地端子，数字控制回路端子FWD为正转控制命令端,受数控系统M03端控制。REV为反转控制命令端，受数控系统M04端控制。CM为数字控制回路端子公共端。模拟控制回路端子V11为频率设定电压信号输入端(0-10V)。主轴位置控制指令经数控系统内的D/A(数模转换)转换器，变换为0-10V

42、可调的直流电压信号送至V11端，调节主轴转速。GND为模拟控制回路端子的公共端。TA、TB、TC为变频器故障输出端子，用于故障报警。变频器正常时，TA-TB闭合、TA-TC断开。变频器故障时，TA-TB断开、TA-TC闭合。触点容量为AC250V 1A，阻性负载。3.读图7-3简述主电路组成。答：如图7-3所示，CK6132主电路由旋转开关、熔断器、变频器、主轴电动机、刀架电动机、冷却泵电动机、导线、行程开关、交流接触器、主触点等组成。图图7-3 CK6132主电路图主电路图 4.读图7-4，查阅有关手册，简述伺服驱动器、编码器等基本使用和端子接线。答：SYC-2E数控系统通过J5接口、交流伺

43、服驱动器、伺服电动机及编码器组成X、Z轴位置闭环控制。数控系统P1、P14、P2、P15口用于控制X轴交流伺服驱动器,X轴交流伺服驱动器驱动X轴交流伺服电动机。数控系统P5、P18、P6、P19口用于控制Z轴交流伺服驱动器,Z轴交流伺服驱动器驱动Z轴交流伺服电动机。图图7-4 X、Z轴伺服驱动控制图轴伺服驱动控制图 X、Z轴交流伺服电动机已附装了增量式光电编码器，用于电动机速度控制及位置反馈使用。目前许多数控机床均采用这种半闭环的控制方式，而无需在机床导轨上安装传感器。若需全闭环控制，则需在机床上安装光栅传感器。伺服驱动器控制信号电源（24VDC）由数控系统内开关电源提供。SRV-ON信号连接

44、到COM-时，驱动器被允许工作，伺服使能。P3、P4是指令脉冲的输入端子。驱动器通过高速光电耦合器接收数控系统发出的位置控制信号。P5、P6是数控系统发出的伺服电机正反转控制指令。驱动器主电路输出三相交流电（端子A、B、C）给伺服电动机供电。A、B、Z、提供来自分配器的编码器信号的差分输出。FG为内部连接到地端子。驱动器输出5VDC为编码器电源。ABZ 5.简述本章讲述的抗干扰措施。答：1）利用PC机做平台，重要的是电路设计要考虑电源的高稳定和高抗干扰性能。为此，该系统采用一系列保证措施。一是采用双电源;二是所有I/O接口均采用晶体管输入输出电路以及输入“IPE”有效接口原理。2）电源 数控系统由隔离变压器T1提供AC220V电源，以避免电网扰动对系统的干扰。整个系统的电源配置应注意接地的可靠性，因为接地的好坏直接影响到系统的抗干扰性和安全性。