数控机床电气系统的安装与调试

数控机床电⽓系统的安装与调试CK0630数控机床电⽓系统的安装与调试⽬录⼀、内容提要-----------------------------------------------------⒊⼆、关键词-------------------------------------------------------⒊三、正⽂---------------------------------------------------------53.1机床的总体设计与使⽤的元器件---------------------------------63.1.1机床的配置---------------------------------------------------63.1.2技术要求-----------------------------------------------------63.1.3机床数控系统的选择-------------------------------------------73.1.4机床电⽓原件的选择-------------------------------------------73.2控制对象的选择-----------------------------------------------83.3对控制对象的要求---------------------------------------------93.4对控制要求的实现--------------------------------------------123.4.1主轴的实现--------------------------------------------------123.4.2进给轴的实现------------------------------------------------133.4.3⾃动换⼑的实现----------------------------------------------153.5系统参数的设置----------------------------------------------163.5.1⼑具参数设置------------------------------------------------173.5.2主轴参数设置------------------------------------------------173.5.3进给轴参数设置----------------------------------------------173.5.4回零设置----------------------------------------------------173.6机床的调试--------------------------------------------------173.6.1系统的调试--------------------------------------------------173.6.2变频器的调试------------------------------------------------193.7常见故障现象分析--------------------------------------------203.8机床的开机调试----------------------------------------------20四总结与体会--------------------------------------------------21五参考⽂献---------------------------------------------------21⼀内容提要数字控制技术简称为数控（NC）技术，是⼀种⾃动控制技术，它能够对机器的运动和动作进⾏控制。采⽤数控技术的控制系统称为数控系统。装备了数控系统的机床称为数控机床。由于数控机床的种类多、数量⼤，这就促进了数控技术的发展。本⽂通过CK0630数控车床阐述了数控技术的应⽤。重点介绍了控制要求的实现和机床的调试。。CK0630数控车床电⽓系统的安装与调试主要由三部分组成：主轴控制系统、进给轴控制系统、⾃动换⼑装置。1主轴控制系统采⽤三相异步电动机拖动，由安川变频器控制，其动⼒U、V、W三相电源由变频器提供，主轴电机的转速由数控系统输出，再经变频器控制主轴转速，主轴参数设置分为变频器参数的设置和系统参数的设置。2进给轴控制系统：⼑架滑板由纵向（Z轴）滑板和横向（X轴）滑板组成。纵向滑板安装再在床⾝导轨上，可以沿床⾝纵向运动，横向滑板安装在纵向滑板上能沿滑板导轨进⾏横向运动。X轴、Z轴采⽤⼴数伺服电机驱动由⼴数伺服驱动器控制包括硬件连接和信号连接3⾃动换⼑装置：数控⼑架安装在车床滑板上在加⼯中实现换⼑，主要包括：⼑架电⽓原理、⼑架机械原理、⼑架电机、⼑架系统参数的设定等组成。⼆关键词变频器调速、4⼯位电动⼑架、系统参数设置、霍尔原件、⼑架电机三正⽂1机床的总体设计与使⽤的元器件3.1.1机床的配置：系统为：GSK928TE车床系统驱动器为：⼴数DA98A系列伺服电机为：⼴数110SJT—MO40D主轴电机为：三相交流异步电动机主轴变频器为：安川变频器检测装置为：光电编码器，接近开关。数控⼑架为：4⼯位电动⼑架1主轴转速范围：100—15002Z轴⾏程范围：-0344—0052.5423X轴⾏程范围：-0142.606—0066.8124在⼿动⽅式下调试主轴⽅向上的进给与后退。5在⼿动⽅式下完成机床的回零。6在⼿动与指令输⼊⽅式下调试主轴的正反转与主轴的⽆级变速。7在⼿动与指令输⼊⽅式下完成⼑具的⾃动换⼑。3.1.2技术要求：1主轴转速范围：100—15002Z轴⾏程范围：-034—0052.5423X轴⾏程范围：-0142.606—0066.8124在⼿动⽅式下调试主轴⽅向上的进给与后退。5在⼿动⽅式下完成机床的回零。6在⼿动与指令输⼊⽅式下调试主轴的正反转与主轴的⽆级变速。7在⼿动与指令输⼊⽅式下完成⼑具的⾃动换⼑。3.1.3数控系统的选择数控系统是数控机床的灵魂。其性能的稳定性直接影响零件加⼯精度、位置精度精度及操作者的⼈⾝安全。数控机床的价格主要由数控系统来决定。数控系统从功能上可分为抵挡、中档、⾼档，从使⽤的⾓度出发我选择了⼴数GSK928TE车床系统，给系统采⽤先进的开放式体系结构内置式⼯业PC。配置7.5吋彩⾊显⽰屏和⼯程⾯板。集成进给轴接⼝。内置固化PLC与⼀体，具有RS232通讯功能具有低价格，该系统性能配置灵活易于使⽤可靠性⾼的特点两进给轴具有⾃动加⼯换⼑、车螺纹等功能是教学⽣产两⽤型的数控系统。·3.1.4机床电⽓元件选择1.伺服驱动器：型号DA98A—10软件版本V2.3适配电机：110SJT—M040D输⼊电源3相220V正负10%⼯频：50Hz/60Hz。2.伺服电机type：110SJT—MO40DUn220v,In4.5ATn：4N.MNn2500rpmNmax:3000rpm。3隔离变压器：BS---120三相隔离变压器输⼊：380V50/60Hz输出：220V4控制变压器：初级220V⼯频50Hz次级110V5交流接触器：型号（CJX4—D）---1206中间继电器：OMRON型号：MY2NJMY4NJ7空⽓断路器：型号DZX4---40交流三相380V交流单向220V8变频器：安川变频器型号：CLMR---V7AT41P5SPEC:41P50INPUT:AC3PH380---46050/60Hz7ALOTNO:NRV7A44---OX49开关电源：型号D---30B3.2控制对象的选择数控车床主要⽤于中⼩型轴类零件的加⼯。这些零件⼯艺上要求机床完成的⼯作内容有以下三点。1能够控制主轴正反转，实现不同切削速度的主轴速度，实现的⽅法⽤变频器去控制主轴的正反转与⽆级调速1.⼑架能实现纵向和横向进给运动，实现⽅法在每个进给轴上安装⼀交流伺服电动机⽤伺服去控制X轴、Z轴⽅向的进给与后退，2在换⼑点⾃动改变四个⼑位，完成选择⼑具的功能实现的⽅法：选⽤四⼯位电动⼑架来完成⼑具的⾃动换⼑，这些就是数控系统需要控制的对象⼴州数控CK0630数控车床系统对车床的控制对象：主轴、进给轴、⼑架、润滑及冷却液。3.3对其各控制对象要求对其各控制对象要求为：主轴——转速在0—1500r/min内实现⽆级变速，并能实现正、反转，在任意时刻都可以急停，加、减速时间短，并能保证运动过程中车床的稳定性。进给轴——能控制X、Z两轴的动作，最⼩指令单位为：0.001mm，能使X、Z轴进⾏⾼低速的转换以实现快速进给和⼯进。⼑架——能实现四⼯位的⾃动换⼑和锁紧，电动机控制，换⼑必须准确⽆误。冷却液——能控制冷却液的开、关。润滑——能实现⾃动润滑。主轴控制系统主轴采⽤三相交流异步电动机拖动，由安川变频器控制控制，其动⼒U.V.W三相电源由变频器提供，主轴电机的正反转由数控系统输出。再经变频器控制主轴电机转速。由数控系统经X7的13管脚（SVC）和25管教（0V）输出⼀个（0—10V）的模拟电压给变频器的FR/FC端⼦，电压不同对应于电机的转速就不同。主轴控制原理：在机床⾯板上按下主轴正转按钮时，X7接⼝上22号管脚x系统侧24V变为0V，KA3线圈得电，变频器上S1与SC构成回路主轴正转当按下主轴反转按钮时，X7接⼝上9号管脚系统侧由24V变为0V，22号管脚由0V变为24V主轴正转停⽌。KA4线圈得电，S2与SC构成回路，主轴反转当按下主轴停⽌按钮按钮，KA3、KA4失电，主轴停⽌FR/RC由系统x7⼝输出主要⽤于主轴的⽆级调速，下表给出了转速随电压变化的函数（系统P10号参数设置为3000转每分）表3.3—13000/1400=x/50X=107Hz因为最⼤电压由限制了最⾼频率，所以先设置N09在设置N11N09=N11=107HzN16=15N16为设置主轴电机加速时间N17=3N17为设置主轴电机制动时间变频器的联机调试N01=8设置为出⼚默认值N02=2控制端⼦有效，此时可以进⾏联机调试N03=2表⽰控制端⼦的指令电压有效（接收系统给的0---10V模拟电压）N05=0可反转N09、N11同上N16、N17根据实际需要设定主轴系统参数的设定P10=1500设置主轴的最⾼转速，系统在使⽤变频器控制控制主轴，主轴齿轮档位处于⾼档位，系统输出10V模拟电压机床所对应的最⾼转速变频器的频率范围为0.2---400HzP12第零位设为1主轴转速为0---10V模拟电压（变频器调速主轴）P11D2=11主轴编码器每转脉冲数为1024脉冲/转。（要求主轴转速⼤于120转/分，否则不能正常检查进给轴控制Z轴、X轴采⽤⼴数伺服电机驱动，由⼴数伺服驱动器控制，其动⼒由R、S、T三相隔离变压器提供三相交流220V电压。伺服电机控制⼑架的Z轴。X轴纵向、横向的进给与后退（正反转）及进给速度和进给量由数控系统发出，们与数控系统的接⼝为X4、X5接⼝。伺服的启动与停⽌电路按下SB3后KA5的电并吸合，⾃锁“启动指⽰灯”亮，按下SB2后KA5失电“启动指⽰灯”灭，”停⽌指⽰灯”亮，只要开关电源⼯作。则“停⽌指⽰灯”⼀直亮从三相电源上引出三根⽕线L1、L2、L3由QF5到KM1到三相隔离变压器输出三相交流220V到X轴、Z轴从伺服驱动器的R、S、T三相交流220V电源上任意引两根线作为伺服驱动器的控制电压在和对应的X、Z轴并联起来伺服电机上的编码器把反馈回来的信号传送给伺服驱动器构成⼀个闭环控制系统。信号连接原理图。⾃动换⼑装置⼑架总述数控⼑架安装在数控车床的滑板上。它上⾯可以装夹多把⼑具，在加⼯中实现⾃动换⼑⼑架的作⽤是装夹车⼑，孔加⼯⼑具及螺纹⼑具并能准确迅速的选择⼑具进⾏对⼯件的切削。⼑架滑板由纵向（Z轴）滑板和横向（X轴）滑板组成，纵向滑板安装在床⾝导轨上，可以沿床⾝纵向运动，横向滑板安装在纵向滑板上，能沿纵向滑板的导轨进⾏横向运动，⼑架滑板的作⽤时安装在其上是⼑架⼑具在加⼯中实现纵向和横向的进给运动。3.4对各控制对象要求的实现3.4.1主轴的实现机床的主运动通常是旋转运动，⽆需丝杠或其他直线的装置。随着⽣产⼒的不断提⾼、机床结构的改进、加⼯范围的扩⼤，要求机床主轴的速度和功率不断提⾼；要求主轴的转速范围不断的扩⼤；要求主轴的恒功率恒转速范围要⼤，另外还要求数控机床的螺纹切削功能。主轴采⽤了三相异步电动机进⾏主轴的驱动，并⽤DC0~10V单极性的模拟电压通过变频器来进⾏变速。机床上电后，按下主轴正转按钮，系统向输出接⼝X7的22号管脚输⼊⼀个低电平，使得继电器KA3吸合，进⽽继电器KA3的常开触点闭合，变频器的S1、SC端⼝接通使主轴电动机实现正转。按下反转按钮，系统向输出接⼝X7的9号管脚输⼊⼀个低电平，使得继电器KA4吸合，进⽽继电器KA4的常开触点闭合，同时接⼝X7的22号管脚变位⾼电平使KA3的常开触点打开，变频器的S2、SC端⼝接通使主轴电动机实现反转。主轴电动机的轴上还装有脉冲编码器作为转速和位置的检测元件。主轴的电⽓连接如下图所⽰：图3.4.1—1加⼯螺纹，就应使带动⼯件旋转的主轴转数与X、Z轴的进给量保持⼀定的关系：即主轴每转⼀转按所要求的螺距沿⼯件的Z轴进给相应的距离。采⽤了脉冲编码器作为主轴的转速和位置的检测元件，并⽤⽪带与主轴连接，传动⽐为1：1，与主轴⼀起旋转，发出脉冲。这些脉冲送到CNC装置作为进给轴的脉冲源，经系统对螺距计算后，发给进给轴位置伺服系统，使进给量与主轴转数保持所要求的⽐率。3.4.2进给轴的实现进给驱动系统包括进给轴的伺服电动机和驱动器。进给运动是根据被加⼯⼯件的形状，保持⼯件与⼑具的相对位置。进给运动驱动动⼒源的功率要求较⼩，为了保证⽣成被加⼯⼯件所需要的型线和⼀定的加⼯精度，进给轴采⽤了半闭环系统的伺服电动机来进⾏控制，在交流伺服电动机的半闭环系统中驱动器接收到系统发出的位置指令，驱动电机动作位置反馈系统将其与机床上位置检测元件测得的实际位置相⽐较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床的轴运动，使⼑具完成相对⼯件的正确运动，加⼯出要求的⼯件轮廓。数控机床进给系统是由伺服电动机通过齿轮传⾄滚珠丝杠带动⼑架做直线运动。GSK928TE数控系统与GSKDA98的接线图如下图3.4.1—2图3.4.1—3所⽰：X轴接线图Z轴接线图图3.4.1—33.4.3⾃动换⼑的实现换⼑的机械原理按下换⼑键或输⼊换⼑指令后，电机正转，通过联轴器，蜗杆带动涡轮，螺纹带动螺母⼑架体松开并上抬，转位、找⼑⼑架体的上⽅有⼀发信盘，盘中每⼀到⼑位都安装⼀霍尔开关⼑架体旋转到⼀⼑位时。该⼑位的传感器件向数控系统发出信号，数控系统将收到的实际⼑位信号与指令⼑位信号进⾏⽐较，当两信号相同时，说明⼑架体已旋转到所选⼑位，数控系统控制继电器KA1释放，继电器KA2得电吸合，换⼑电动机反转，粗定位销在在弹簧的作⽤下进⼊粗定位盘的凹槽中进⾏粗定位，由于粗定位槽的限制⼑架体不能反转只能在该位置垂直落下，⼑架体和⼑架底座的端⾯齿啮合，实现精确定位，电动机做适当的延时。继续反转，当两端⾯齿增加到⼀定夹紧⼒。⼑架被锁紧时。电机停⽌转动，换⼑结束锁紧时。⼑架的⾃动换⼑⽤单相电机控制。数控的⾃动换⼑系统是机床的⼀个重要的组成部分。⼑架为四⼯位分别为：1号位、2号位、3号位、4号位、每个⼯位对应⼀个⼑位到位信号。当系统发出换⼑信号后,数控系统向⼑架接⼝X4的1号管脚输⼊⼀个低电平，使得继电器KA1得电吸合，其常开触点KA1闭合，常闭触点KA1打开,⼑架正转控制接触器ＫＭ2接通110Ｖ交流电源,ＫＭ2吸合,换⼑电机通⼊电后正向旋转,驱动蜗杆减速机构,螺杆升降机构使上⼑体上升。当上⼑体上升到⼀定⾼度时,离合转盘起作⽤,带动上⼑体旋转。⼑架上端的发信盘对应每个⼑位都安装⼀个霍尔元件SQ9、SQ10、SQ11、SQ12，当上⼑体旋转到某⼀⼑位时,该⼑位上的霍尔元件与⼑架上的磁钢感应向系统反馈⼑位信号，数控系统将反馈的⼑位信号与指令输⼊的⼑位信号进⾏⽐较，当两信号相同时，说明上⼑体已旋到所选⼑位,否则继续旋转。转到所选⼑号后,数控系统⽴即向接⼝X4的1号管脚输⼊⼀个⾼电平使KA1断开进⽽使得⼑架停⽌旋转，并向接⼝X4的9号管脚输⼊⼀个低电平，使得KA2得电吸合，其常开触点KA2闭合，常闭触点KA2打开,⼑架反转控制接触器ＫＭ3接通110Ｖ交流电源,ＫＭ3吸合,换⼑电机通⼊电后反向旋转,在活动销的反靠作⽤下，蜗杆带动上⼑体下降，直⾄齿轮盘啮合完成精定位。⼑架电动机反转锁紧的时间是由数控系统中所存在参数所决定的。图3.4.3-1图3.4.3-2⼑架部分的电⽓连接：图3.4.3-33.5系统参数的设定3.5.1⼑具参数设置：P13=4电动的⼑架上的最⼤⼑位数由机床配置决定P14=100.1X10=1秒⼑架反转时间P11D4=1系统使⽤普通低电机回转⼑架3.5.2主轴参数设置在前⾯章节已设置故不在设置发3.5.3进给轴参数的设置P01=--0344P02=0052.54P03=-0142.606P04=0066.812P01、P02,Z轴正负⽅向⾏程限位P03、P04X轴正负⽅向⾏程限位3.5.4回零设置P11号参数D0\D1P12号参数D7位3.6机床的调试3.6.1系统的调试GSK928TE数控系统设计了P01~P25共25个参数，每个参数都有其确定的含义并决定数控系统机床的⼯作⽅式。在选择参数号后，系统点亮显⽰所选的参数号并在屏幕下⽅⽤汉字显⽰了该参数的名称。各参数的具体含义如下表图所⽰：表3.4.1—33.6.2变频器的调试a、简易运⾏指⽰灯的名称：FREF频率指令设定/监视FOUT输出频率监视IOUT输出电流监视MNTR多功能监视F/R操作器RUN指令的正反选择LO/RE⾯板/远程选择PRDM参数NO/数据b、参数调试：N02=0时，操作器RUN、STOP有效RESET=1时，控制回路端⼦的运⾏、停⽌有效N03=0时，操作起的旋钮有效=2时，控制回路端⼦的的电压指令（0—10V）有效N05=0时，可反转=1时，不可反转N09=50~400HZ最⾼输出频率N11=0.2~400HZ最⼤电压输出频率（基波频率）随着数控系统、机床结构和⼑具材料的技术发展，数控车床将向⾼速化发展，进⼀步提⾼主轴转速移动以及换⼑速度；⼯艺和⼯序将复合化、集中化