中職 電氣控制與PLC技術(shù)（三菱機型）項目5任務(wù)3電子課件 （）

中職電氣控制與PLC技術(shù)（三菱機型）項目5任務(wù)3電子課件（高教版）※任務(wù)三

數(shù)控車床的電氣控制

【任務(wù)描述】隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及社會生產(chǎn)的多樣化、小批量、高精度的要求，使機床控制發(fā)生了根本性的變化。數(shù)控機床的應(yīng)用正在各行各業(yè)中擴展開來。數(shù)控車床分別由數(shù)控裝置（CNC），機床控制電器，X、Z軸進給驅(qū)動電動主軸變頻器，刀架電動機控制，冷卻控制及其他信號控制【任務(wù)分析】本項目研究數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)認識及各個重要部分與數(shù)控系統(tǒng)的連接，并且通過數(shù)控機床綜合實驗臺進行項目整體安裝連接。即數(shù)控系統(tǒng)與變頻器的接線；數(shù)控系統(tǒng)與步進驅(qū)動器的接線；數(shù)控系統(tǒng)對電動刀架的連接；數(shù)控機床與其他信號連接；最后按照圖5.3.19所示，對西門子數(shù)控車床802SBaseline系統(tǒng)進行具體安裝接線?！竞粚嵒A(chǔ)】一、

數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)1．數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)在圖5-5中，數(shù)控裝置是整個數(shù)控機床的核心，機床的操作要求均由數(shù)控裝置發(fā)出。驅(qū)動裝置位于數(shù)控裝置和機床之間，包括進給驅(qū)動和主軸驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置根據(jù)控制的電動機不同，其控制電路形式也不同。步進電動機有步進驅(qū)動裝置，直流電動機有直流驅(qū)動裝置，交流伺服電動機有交流伺服驅(qū)動裝置等。數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)框圖如圖5.3.1所示。普通機床與數(shù)控機床的區(qū)別主要是數(shù)控機床的主軸調(diào)速、刀架的進給全部自動完成，即根據(jù)編程指令按要求執(zhí)行。圖5-5數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)框圖數(shù)控裝置驅(qū)動控制裝置機床電氣控制裝置機床（CNC）輸入/輸出裝置2．數(shù)控機床的主要工作情況二、

數(shù)控車床電氣控制線路數(shù)控機床的機械部分比同規(guī)格的普通機床更為緊湊和簡潔。主軸傳動為一級傳動，去掉了普通機床主軸變速齒輪箱，采用變頻器實現(xiàn)主軸無級調(diào)速。進給移動裝置采用滾珠絲杠，傳動效率好，精度高、摩擦力小。一般經(jīng)濟型數(shù)控車床的進給均采用步進電動機。進給電動機的運動由數(shù)控裝置實現(xiàn)信號控制?，F(xiàn)以CK0630型數(shù)控車床為例說明普通數(shù)控車床的電氣控制原理。圖5-6數(shù)控車床電氣控制框圖數(shù)控裝置（CNC）數(shù)控車床電氣控制M1M2M3M4M5X軸進給驅(qū)動執(zhí)行/傳感器主軸變頻器Z軸進給驅(qū)動刀架電機控制冷卻控制其他信號控制3．電氣控制電路分析

（1）主電路分析主軸電動機M1：由自動開關(guān)QF2提供電源，利用接觸器KM1實現(xiàn)頻繁接通和斷開M1，變頻器與步進驅(qū)動電源。采用變頻器實現(xiàn)無級調(diào)速。刀架電動機M4：由自動開關(guān)QF3提供電源，KM2為正轉(zhuǎn)接觸器、KM3為反轉(zhuǎn)接觸器，實現(xiàn)刀架的進給和退出。冷卻泵電動機M5：自動開關(guān)QF4提供電源，用KM4實現(xiàn)接通和斷開。（2）控制電路分析控制電路通過控制變壓器提供220V控制電源，采用開關(guān)電源提供24V安全電壓。用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制繼電器KA0來實現(xiàn)主軸電動機M1進給控制，SB3實現(xiàn)停止進給控制。繼電器KA3、KA4、KA5分別實現(xiàn)刀架的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和冷卻控制，同時采用RC進行阻容吸收，實現(xiàn)主軸電動機、刀架電動機、冷卻電動機的啟動保護。下面簡要介紹數(shù)控系統(tǒng)、變頻器、步進驅(qū)動、刀架控制等電路。3．數(shù)控系統(tǒng)（1）主軸編碼器反饋信號接口P1數(shù)控系統(tǒng)9芯連接器引腳的定義如圖5-9所示。Z為主軸編碼器的頭脈沖，A、B為主軸編碼器的碼道脈沖。A、B兩信號有90°的相位差。從主軸編碼器反饋回來的信號必須是TTL電平方波。這幾個信號應(yīng)采用屏蔽電纜連接，屏蔽層應(yīng)通過一點接地，可與系統(tǒng)GND端相連（可選6、7、8腳中任意一個）。P1口的5V、GND引腳可作為編碼器的電源使用。數(shù)控系統(tǒng)（又稱數(shù)控裝置）根外界輸入、輸出信號的交換都要經(jīng)過處理，其中輸入、輸出信號采取光電隔離措施，如圖5-8所示為數(shù)控系統(tǒng)輸入、輸出接口原理圖。R1R224V5VCPUUDC（a）開關(guān)量輸入UOUT5V24V/5V0VR1R2R3R0（b）開關(guān)量輸出“1”圖5-8數(shù)控系統(tǒng)輸入、輸出接口原理圖（2）軸控制信號接口P2軸控制信號接口P2可用來控制X軸、Z軸步進電動機的運動和主軸的轉(zhuǎn)速。其引腳定義如圖5-10所示。（3）開關(guān)量輸入/輸出信號接口P3P3口的各類信號如圖5-12所示。其中P3口的O1~O9輸出端輸出信號均為低電平有效。GNDGNDGND5Vextemal5Vextemal5Vextemal5Vextemal0V0VD1D2D3D4D5D6V+圖5-9數(shù)控系統(tǒng)編碼器接口P1AGNDFRAMEFRAMEZAB1234512345678678991011121314155Vinternal5Vinternal圖5-10軸控制信號接口P24．數(shù)控系統(tǒng)與變頻器的接線數(shù)控系統(tǒng)模擬量輸出P2.8和P2.7可以直接連接到變頻器的模擬量輸入端2、5端，接線圖如圖5-13所示。數(shù)控系統(tǒng)輸出開關(guān)量是不能直接連接變頻器的對應(yīng)功能輸入端。這是因為數(shù)控系統(tǒng)輸出是集電極開路輸出，是有源輸出，而變頻器輸入是觸點開關(guān)。為了解決以上問題，中間要增加中間繼電器。因輸出是集電極開路，所以輸出低電平有效。即采用數(shù)控系統(tǒng)控制中間繼電器，繼電器觸點控制變頻器輸入端。圖5-13數(shù)控系統(tǒng)與變頻器的接線HN—100T數(shù)控系統(tǒng)三菱變頻器UVWM13～報警輸出ＢＣ２５SDSTRSTF正轉(zhuǎn)KA1KA2KA2KA1反轉(zhuǎn)RST10P2.8P2.7P3.10P3.11～380V5．數(shù)控系統(tǒng)與步進驅(qū)動器的接線數(shù)控系統(tǒng)與步進驅(qū)動器的接線圖如圖5-14所示。從數(shù)控系統(tǒng)P2口的輸出信號可以看出，控制進給驅(qū)動的信號共有XCP、XDIR、ZCP、ZDIR，其中XCP、XDIR控制X軸，ZCP、ZDIR控制Z軸。輸出信號低電平有效。從步進驅(qū)動接口來看，需要接收CP脈沖信號、DIR方向信號，接口信號高低電平都可以。圖5-14數(shù)控系統(tǒng)與步進驅(qū)動器接線HN—100T數(shù)控系統(tǒng)+M2X軸P2.2P2.13P2.9P2.1～220VAC80VＢACD－+－CW/CCW+HOLD－ERR1ERR2勵磁使能DIR/CW+5V+5VCLKAC80VAC380VTC10V310311CP6．數(shù)控系統(tǒng)對電動刀架的連接電動刀架的連接有直流電動機、交流電動機電動刀架的連接。（1）直流電動機電動刀架以CK0630型數(shù)控車床為例，電動刀架選用的是力矩式直流電動機，額定電壓為27V，額定電流為2A，轉(zhuǎn)速為800r/min。由于換刀的精度和可靠性要求，設(shè)計中通過蝸輪蝸桿機構(gòu)進行減速，從而使帶動的刀盤減速。在刀架結(jié)構(gòu)上還裝有格雷碼凸輪，凸輪上方裝有三個微動開關(guān)，以反映所換刀的刀位號，三個微動開關(guān)通、斷組合與刀號的關(guān)系如表5.3.2所示。微動開關(guān)的組合格雷碼編碼。AC220VDC27VAC23V+24V27V0VFU3

FU4

KA3KA4M4C1C2+~－~－+圖5-15數(shù)控系統(tǒng)與直流電動機電動刀架的接線刀架正轉(zhuǎn)刀架反轉(zhuǎn)KA4KA3NH—100TSQ1

SQ2

SQ3

刀號T1

刀號T2刀號T3

數(shù)控系統(tǒng)P3.1

P3.6

P3.7

P3.21P3.22P3.23P3.37（a）系統(tǒng)接口電路（b）整流電路（c）直流刀架電動機電路（2）三相異步電動機電動刀架在CK0630型數(shù)控車床中，還有規(guī)格的數(shù)控車床，電動刀架選用三相異步電動機。由于換刀的精度和可靠性要求，設(shè)計中通過蝸輪蝸桿機構(gòu)進行減速，從而使帶動的刀盤減速。在每個刀位上都安裝了一個傳感器，當?shù)都苄D(zhuǎn)到某刀位時，該傳感器發(fā)出信號給數(shù)控系統(tǒng)，以反映所在的刀位。+24V0V圖5-16數(shù)控系統(tǒng)與交流電動機電動刀架的接線刀架正轉(zhuǎn)刀架反轉(zhuǎn)KA4KA3NH—100TSQ2

SQ3

刀號T1

刀號T2刀號T3

數(shù)控系統(tǒng)P3.1

P3.6

P3.7

P3.21P3.22P3.23P3.37（a）系統(tǒng)接口電路（b）接口電路（c）交流電動機刀架控制電路P3.24SQ1

SQ4

刀號T4KA3KA3KA4KA4KM2KM3LNKM2KM3QF3

～380VＭ43～刀架電動機7．數(shù)控機床其他信號連接（1）回零信號根據(jù)數(shù)控機床控制要求，數(shù)控機床要建立坐標系，一般都要回參考點，把參考點位置送給數(shù)控系統(tǒng)，一般每個軸有兩個信號：一個用于回零減速，一個用于回零到位。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)接口要求，信號低電平有效，它們與數(shù)控系統(tǒng)的接線圖如圖5-17所示。（2）超程信號用于數(shù)控系統(tǒng)只提供一個外部超程信號輸入口，低電平有效。用戶在連接時，應(yīng)將X、Z兩個軸的超程信號都連接到這一接口上。這樣無論哪個方向方式超程，數(shù)控系統(tǒng)都能及時報警，并切斷進給運動。同時，線路中還應(yīng)接入一個按鈕，以便解除超程信號，在手動方式下脫離超程位置。數(shù)控系統(tǒng)超程信號接線示意圖如圖5-18所示。0VNH—100TSQ5

SQ6

數(shù)控系統(tǒng)P3.1P3.33P3.34P3.37圖5-17數(shù)控系統(tǒng)回零信號的接線圖5-18數(shù)控系統(tǒng)超程信號的接線P3.35SQ4

SQ7

P3.36+24VX軸減速X軸到位Z軸減速Z軸到位0VNH—100TSQ9

SQ10

數(shù)控系統(tǒng)P3.1P3.13P3.37SQ8

SQ11

+24VX軸正超程X軸負超程Z軸正超程Z軸負超程SB1（3）冷卻信號如電源輸入為380V，則冷卻泵選擇三相異步電動機作為冷卻電動機。由數(shù)控系統(tǒng)輸出接口可知，P3口的O1（P3.3）輸出作為冷卻控制信號。數(shù)控系統(tǒng)控制冷卻泵電動機的原理圖如圖5-19所示。O1（P3.3）輸出信號控制KA5中間繼電器，由KA5繼電器的觸點控制KM4交流接觸器，KM4的主觸點控制冷卻泵的通斷。（c）冷卻泵電動機控制電路+24V0V圖5-19數(shù)控系統(tǒng)控制冷卻泵電動機連接圖NH—100T數(shù)控系統(tǒng)P3.1

P3.3

P3.19（a）系統(tǒng)接口電路（b）接口電路KA5KM4LNKM4QF4

～380VＭ43～L1L2L3KA5VD1

【任務(wù)實施】1．任務(wù)實施實訓裝置NNC-R1A數(shù)控機床綜合實驗臺由八塊控制演示板和一臺CK0628S數(shù)控車床組成。其控制演示板布置如圖5-20所示，控制演示板各部分的組成如下：（1）電器模塊；（2）系統(tǒng)模塊；（3）主軸模塊；（4）換刀模塊；（5）I/O模塊；（6）進給模塊；（7）進給模塊；（8）電源模塊。2．實訓步驟具體步驟：(1)將系統(tǒng)演示板下方的X7接至進給演示板的X7；將系統(tǒng)演示板上的X6和X20插頭插上。(2)將I/O模塊演示板左下方的X100插頭插上。(3)將電器模塊演示板的RDY1與RDY2用接插件分別連接到系統(tǒng)演示板X20的RDY1與RDY2上。電器模塊演示板的上方有以下器件組成：4個空氣開關(guān)（QS1~QS4）；1個接觸器（KM0）；1個直流24V小型繼電器（KA0）；24V開關(guān)電源:AC220/DC24V。(4)連接并檢查系統(tǒng)模塊演示板與主軸演示板的連接：虛線為連接線。系統(tǒng)模塊主軸模塊25+/–10VG

(5)連接并檢查I/O模塊演示板與主軸模塊演示板的連接：I/O模塊主軸模塊I/O模塊主軸模塊Q0.0Q0.1STFSTFSDSD

為了給I/O模塊提供24V電源，將電源模塊演示板上的24V電源連接至I/O模塊演示板的相應(yīng)端子。(6)檢查I/O模塊演示板與換刀模塊演示板的連接：虛線為連接線。(7)將電源總開關(guān)合上后，交流220V電源進入實驗臺，電壓表和電流表將有顯示，插座上有220V電壓,可供外部測試儀器通電使用.(8)將電器模塊演示板上的QS1、QS2、QS3、QS4合上(9)合上直流24V電源開關(guān)。數(shù)控