鏜銑加工中心電氣原理圖設(shè)計(jì)
2.5鏜銑加工中心電氣原理圖設(shè)計(jì)在精工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中機(jī)床電氣部分是精工系統(tǒng)重要的組成部分，是實(shí)現(xiàn)機(jī)床 動(dòng)作的關(guān)鍵，下面對部分原理圖的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。2.5.1鏜銑加工中心總體設(shè)計(jì)UMAC作為機(jī)床精工系統(tǒng)的下位機(jī)，它與機(jī)床的機(jī)械部分連接為一個(gè)整體， UMAC的軸板ACC24E2A的Top端接編碼器、光柵尺、手輪脈沖發(fā)生器等反饋裝 置。Bottom端接伺服驅(qū)動(dòng)，電主軸等控制部分，ACC24E2A的兩端連接限位，回 零等控制信號。為了滿足加工中心高速，高精度的要求，銑床主軸選用了主軸與 電機(jī)轉(zhuǎn)子合二為一的電主軸，采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高達(dá)24000rpm的速 度，這種設(shè)計(jì)不但減小了機(jī)床的空間，具有重量輕，噪聲低的特點(diǎn)，而且響應(yīng)速 度快，能夠提高機(jī)床的加工效率，工件表面質(zhì)量。加工中心的伺服驅(qū)動(dòng)選用的是 模擬量控制的NUM伺服系統(tǒng)，每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)通過多芯電纜與UMAC相連，實(shí)現(xiàn) 精工系統(tǒng)對伺服驅(qū)動(dòng)的控制。各伺服驅(qū)動(dòng)的直流母線與主驅(qū)動(dòng)并聯(lián)連接，經(jīng)過一 系列的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。通過伺服驅(qū)動(dòng)器的碼盤設(shè)置各軸的物理地址，數(shù) 控系統(tǒng)通過各軸的物理地址控制各軸的運(yùn)動(dòng)[33]。為了保證各坐標(biāo)軸斷電停止時(shí)坐 標(biāo)軸保持原位置，采用了電磁抱閘，其控制電壓為24V。2.5.2進(jìn)給系統(tǒng)電氣原理設(shè)計(jì)通過上圖2.7可以看出鏜銑加工中心共有7個(gè)伺服軸，被分在2個(gè)軸組中，工 作時(shí)各軸組互不干涉，在人機(jī)界面上通過選擇軸組完成軸組之間的切換。系統(tǒng)采 用的是全閉環(huán)控制，光柵尺作為位置反饋元件，旋轉(zhuǎn)變壓器作為速度反饋元件。Z1的伺服驅(qū)動(dòng)選用的是MDLU3050N01 AN,通過UMAC輸出的模擬電壓控制伺服 電機(jī)的速度，其中模擬電壓的正負(fù)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，模擬量的大小控制轉(zhuǎn)速， 其電氣原理圖如圖2.8所示。該伺服驅(qū)動(dòng)模塊包括模擬電壓輸入、急停、旋轉(zhuǎn)變壓器反饋及電源供給等功 能。為了保證豎直軸Z1工作安全可靠，不會(huì)因突然斷電而發(fā)生事故使用了抱閘制 動(dòng)器。S7部分的針1是控制抱閘的+24V/500mA光電隔離電源，針6為外部電源 0V，針7為速度參考指令輸入電壓±10V，針8、9(GND)模擬地，針6 (RTN) 外部電源〇V。S1部分用于接收旋轉(zhuǎn)變壓器反饋的信號，其中針1和2同主軸驅(qū)動(dòng) 的S1中的針24、25,針10和11同主軸驅(qū)動(dòng)的針12、13。針23和針22 (RS485-/ RS485+)連接RS485串口通信。針4和針13 (PTC- NTC-/PTC+NTC+)為具有正負(fù) 電阻溫度系數(shù)的熱敏電阻，提供過電流/電壓保護(hù)，過溫度保護(hù)。針5 (GND)為模 擬地，針6連接驅(qū)動(dòng)使能信號[34]。2.5.3主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)電氣原理設(shè)計(jì)加工中心中鏜銑頭主軸電機(jī)采用的是伺服主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有響應(yīng)速 度快，過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)定向和進(jìn)給功能，通常是相同功率變頻器 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的2~3倍[33]。根據(jù)精工系統(tǒng)的需求，加工中心選用法國NUM公司的MBLD2150主軸驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)模塊如圖2.9所示。該驅(qū)動(dòng)模塊主要包括鏜銑頭電機(jī)、外部復(fù)置、準(zhǔn)備、使能、模擬電壓輸入、編碼器模塊。其S6部分為設(shè)置軸地址，通過撥動(dòng)撥碼開關(guān)可根據(jù)需要設(shè)置軸地址。S5中CF1為報(bào)警復(fù)位，當(dāng)關(guān)閉接觸器時(shí)間大于等于500ms，報(bào)警復(fù)位。S4中針4 鏜銑頭準(zhǔn)備觸點(diǎn)，S1為旋轉(zhuǎn)變壓器反饋輸入模塊，針20、21為GND，針8、9為 輸出9V電壓，針1為RS485串口接口，針4為準(zhǔn)備信號[34]。2.5.4輸入輸出模塊的設(shè)計(jì)機(jī)床輸入信號有控制面板上的按鈕如循環(huán)啟動(dòng)、循環(huán)停止、急停、坐標(biāo)軸的 的選擇、點(diǎn)動(dòng)、回零、各軸的伺服準(zhǔn)備信號等。加工中心的輸入輸出模塊采用了 模擬量控制的ACC-65E和ACC-66E，ACC-65E輸入模塊如圖2.10所示。ACC65E的J1上TOP端使用了 16個(gè)輸入口和J2上的Top端使用了 8個(gè)輸入 口，Bottom端同TOP端一樣提供了 24個(gè)輸出口。PLC的ACC-65E輸入模塊所示， 其中7、8腳為電源線，為模塊提供+24V直流電源，其他引腳為輸入信號。輸出 模塊包括工作臺(tái)定位、電主軸正反轉(zhuǎn)、各種指示燈、報(bào)警燈、抱閘、各種閥等控 制信號，輸出模塊的設(shè)計(jì)同輸入模塊類似。2.6加工中心實(shí)驗(yàn)平臺(tái)根據(jù)鏜銑加工中心，搭建了以工控機(jī)為上位機(jī)，以UMAC運(yùn)動(dòng)控制器為下位 機(jī)的雙CPU控制的試驗(yàn)臺(tái)。為了提高數(shù)據(jù)傳輸速度，上位機(jī)與下位機(jī)采用以太網(wǎng) 進(jìn)行通訊。其中UMAC的3U機(jī)架中含有2塊ACC24E2A板與伺服驅(qū)動(dòng)相連，2塊ACC-65E模擬量控制的I/O板與控制面板相連，其硬件結(jié)構(gòu)圖如2.11所示。試 驗(yàn)臺(tái)以2臺(tái)小型銑床為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其試驗(yàn)平臺(tái)如圖2.12所示，小銑床包括X、Y和 Z軸，由安川伺服驅(qū)動(dòng)控制，伺服型號為SGDV-2R8A01B，其控制電壓為三相200V， 采用13位的增量編碼器。利用UMAC提供的PEWIN32Pro軟件初始化設(shè)置UMAC 和伺服驅(qū)動(dòng)，可通過發(fā)送在線指令控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。利用自帶的Pmac TuningPro 軟件對伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用UMAC提供的PLC語言編寫控制面板的 PLC程序，實(shí)現(xiàn)對控制面板的按鈕與指示燈的控制。2.7本章小結(jié)本章主要介紹了鏜銑加工中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)、伺服電機(jī)的計(jì)算、UMAC運(yùn)動(dòng)控 制器的特點(diǎn)、主要功能以及相關(guān)板卡的功能，根據(jù)需要選擇了 UMAC的板卡及伺 服系統(tǒng)的控制方式。根據(jù)加工中心的特點(diǎn)，結(jié)合UMAC和NUM伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)出 了機(jī)床電氣原理圖。