第4章 数控机床电气控制系统

第4章数控机床的电气控制系统2/3/20234.1数控系统的电气控制4.1.1数控系统的电源控制4.1.2数控系统的连接2/3/2023一台数控机床要想按照指定的动作要求来实现各种进给切削，除了要有来自CNC的各种运动及功能指令之外，还需要有各种电气控制和执行元件，使数控机床的各运动部件能够准确地、有序地、安全地运行，才能完成各种加工任务。一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图4-1所示。2/3/2023图4-1数控机床电气控制系统2/3/20234.1.1数控系统的电源控制数控系统的电源控制，包括从工频交流电的输入，到各控制模块正常工作以及执行元件的动作实现。可以说，电气控制系统构成了整个数控机床的神经网络。数控系统的全部工作，实际上是按照程序指定的要求，控制作电能的传输和变换，使数控机床的各个部件在这些受控电能的驱动下，按照程序指定的方式和步骤有条不紊地工作。以FANUC系统为例，对数控系统的电源控制系统进行说明。2/3/2023图4-2AI（A16B—1211—0100）电源模块主回路原理图2/3/20234.1.2数控系统的连接FANUC0i系统的连接如图4-3所示，0系统和其他系统与此类似。由图可见，系统输入电压为DC[24±(24×10%)]V，约7A。伺服和主轴电动机为AC200V（不是220V）输入。这两个电源的通电及断电顺序是有要求的，不满足要求会出现报警或损坏驱动放大器。原则是要保证通电和断电都在CNC的控制之下。其他系统如0系统，系统电源和伺服电源均为AC200V输入。2/3/2023图4-3机床连接框图2/3/20234.2数控机床的电气控制4.2.1数控车床的电气控制系统4.2.2数控铣床的电气控制4.2.3典型数控机床电气控制系统原理图2/3/20234.2.1数控车床的电气控制系统下面以TK1640数控车床为例进行说明，TK1640数控车床采用主轴变频调速，机床主轴的旋转运动由5.5kW变频主轴电动机经皮带传动至I轴，经三联齿轮变速将运动传至主轴E，并得到低速、中速和高速三段范围内的无级变速。机床进给为两轴联动，配有四工位电动刀架，可满足不同需要的加工。Z坐标为大拖板左右运动方向，其运动由GK6063-6AC31交流永磁伺服电动机与滚珠丝杠直联实现；X坐标为中拖板前后运动方向，其运动由GK6062-6AC31交流永磁伺服电动机通过同步齿形带及带轮带动滚珠丝杠和螺母实现。为保证螺纹车削加工时主轴转一圈，刀架移动一个导程（即被加工螺纹导程）。主轴箱的左侧安装了一光电编码器配合纵向进给交流伺服电动机，主轴至光电编码器的齿轮传动比为1:1。2/3/2023图4-5TK1640强电回路2/3/2023图4-6TK1640电源回路2/3/2023图4-7TK1640交流控制回路图2/3/2023图4-8TK1640直流控制回路图2/3/20234.2.2数控铣床的电气控制以XK714A数控铣床为例进行说明，XK714A数控铣床采用主轴变频调速，机床主轴的旋转运动由5.5kW变频主轴电动机经皮带传动至I轴，经三联齿轮变速将运动传至主轴E，并得到低速、中速和高速三段范围内的无级变速。机床进给为三轴联动，换刀采用自动松夹、手动换刀，可满足不同需要的加工。XK714A数控铣床工作台左右运动为X坐标，前后运动为Y坐标，均由GK6062-6AF31交流永磁伺服电动机通过同步齿形带、带轮、滚珠丝杠和螺母实现；主轴箱上下运动为Z坐标，其运动由GK6063-6AF31带抱闸的交流永磁伺服电动机通过同步齿形带、带轮、滚珠丝杠和螺母实现。机床主轴旋转运动则由YPNC-50-5.5-A主轴电动机经同步带及带轮传至主轴。主轴电动机为变频调速三相异步电动机，由数控系统控制变频器的输出频率实现主轴无级调速。2/3/2023图4-9XK714A数控铣床动力电路2/3/2023图4-10XK714A数控铣床电源控制线路2/3/2023图4-11XK714A数控铣床直流控制线路2/3/2023图4-12XK714A数控铣床交流控制线路2/3/2023图4-13数控铣床主轴单元电气原理图2/3/20234.2.3典型数控机床电气控制系统原理图2/3/2023图4-14典型数控机床电源供电系统原理图2/3/2023图4-15数控机床伺服驱动电路电气控制原理图2/3/20234.3数控机床电气控制设计示例4.3.1CK6142数控车床的电气控制要求4.3.2CK6142数控车床的电气控制方案

设计4.3.3强电控制回路的设计4.3.4HANUC输入输出控制回路的连接与

参数设置4.3.5机床信号的连接4.3.6HANUC系统伺服轴接口与伺服驱动

器以及伺服电动机的连接与参数设置4.3.7HANUC系统与变频器、主轴编码器

的连接与参数设置2/3/20234.3.2CK6142数控车床的电气控制方案设计1．输入点数的确定根据要求，输入信号包括四工位电动刀架的四个到位信号和刀架锁紧信号、急停信号、报警信号，以及主轴换挡的2个到位信号，一共9个输入点。为了扩展方便，预留3个报警输入点，所以按12个输入点计算。2．输出点数的确定根据要求，输出信号包括主轴的正转、反转和停止信号，电动刀架的正转和反转信号，主轴换挡的输出信号，冷却电动机控制信号、润滑油泵控制信号，一共9个输出点。为了扩展方便，预留3个输出点，所以按12个输出点计算。3．交流伺服电动机的确定交流伺服电动机采用日本SANYODENKIP6系列电动机，X轴采用1.0kW的伺服电动机P60B13100HXS00，Z轴采用1.5kW的伺服电动机P60B13150HXS00。由于伺服电机驱动器需要提供三相200V的电压，所以必须采用专门定做的伺服变压器：容量为3KVA（大于X轴和Z轴伺服电动机的功率之和2.5kW），输入端为三相380V交流电，输出端为三相200V。4．控制变压器的确定强电控制回路主要控制交流接触器的通断，采用交流220V的控制电源，因此需要选择一个控制变压器：容量为400VA，输入端为交流380V，输出端为交流220V和36V（工作照明灯用）。2/3/20235．强电主回路的设计强电主回路如图4-16所示，从电网上接入三相交流380V电源，实现到主轴电动机、冷却电动机、润滑电动机等的主回路。图4-16强电主回路

2/3/20234.3.3强电控制回路的设计数控系统采用深圳市海纳科数控科技有限公司生产的AE-08数控系统，AE-08系统是以嵌入式

PC

为平台，率先采用DSP运动控制模块的闭环控制系统，并且具备速度和加速度前馈控制，使得整机具有良好的加工精度和动态性能。系统可同时控制4个伺服运动轴，采用模拟量电压控制，速度指令给定电压为−10V～+10V，还可以实现脉冲型运动控制。系统具有丰富的加工功能，指令代码兼容FANUC0系统指令集，同时具有良好的结构性、可操作性和可扩展性。2/3/20231．HANUC系统的上电回路如图4-17所示，SB1为接操作面板上的“电源开”按钮，连接其常开触点，SB2为操作面板上的“电源关”按钮，连接其常闭触点。图4-17上电回路2/3/20232．交流接触器的控制回路交流接触器的回路连接如图4-18所示，图中KM表示交流接触器线圈或触点，KA表示中间直流继电器的常开或常闭触点。图4-18交流接触器控制回路2/3/20234.3.4HANUC输入输出控制回路的连接与参数设置1．输入控制回路的连接2．输入量参数设置3．输出控制回路的连接4．输出量参数设置2/3/20234.3.5机床信号的连接图4-21机床信号的连接2/3/20234.3.6HANUC系统伺服轴接口与伺服驱动器以及伺服电动机的连接与参数设置1．伺服轴接口与伺服驱动器以及伺服电动机的连接2．SANYO、DENKI、PY2伺服驱动器参数设置3．伺服进给轴的参数配置2/3/20234.3.7HANUC系统与变频器、主轴编码器的连接与参数设置1．主轴接口（轴4）与变频器、主轴编码器的连接2．主轴