2017年5月23日

鏜銑加工中心電氣原理圖設計

2.5鏜銑加工中心電氣原理圖設計在精工系統的設計中機床電氣部分是精工系統重要的組成部分，是實現機床動作的關鍵，下面對部分原理圖的設計進行了介紹。2.5.1鏜銑加工中心總體設計UMAC作為機床精工系統的下位機，它與機床的機械部分連接為一個整體， UMAC的軸板ACC24E2A的Top端接編碼器、光柵尺、手輪脈沖發生器等反饋裝置。Bottom端接伺服驅動，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轉子合二為一的電主軸，采用變頻器驅動電機運動，實現高達24000rpm的速度，這種設計不但減小了機床的空間，具有重量輕，噪聲低的特點，而且響應速度快，能夠提高機床的加工效率，工件表面質量。加工中心的伺服驅動選用的是模擬量控制的NUM伺服系統，每個伺服驅動通過多芯電纜與UMAC相連，實現精工系統對伺服驅動的控制。各伺服驅動的直流母線與主驅動并聯連接，經過一系列的轉化實現對電機的控制。通過伺服驅動器的碼盤設置各軸的物理地址，數控系統通過各軸的物理地址控制各軸的運動[33]。為了保證各坐標軸斷電停止時坐標軸保持原位置，采用了電磁抱閘，其控制電壓為24V。2.5.2進給系統電氣原理設計通過上圖2.7可以看出鏜銑加工中心共有7個伺服軸，被分在2個軸組中，工作時各軸組互不干涉，在人機界面上通過選擇軸組完成軸組之間的切換。系統采用的是全閉環控制，光柵尺作為位置反饋元件，旋轉變壓器作為速度反饋元件。Z1的伺服驅動選用的是MDLU3050N01 AN,通過UMAC輸出的模擬電壓控制伺服電機的速度，其中模擬電壓的正負控制電機的正反轉，模擬量的大小控制轉速，其電氣原理圖如圖2.8所示。該伺服驅動模塊包括模擬電壓輸入、急停、旋轉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，不會因突然斷電而發生事故使用了抱閘制動器。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部分用于接收旋轉變壓器反饋的信號，其中針1和2同主軸驅動的S1中的針24、25,針10和11同主軸驅動的針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+)為具有正負電阻溫度系數的熱敏電阻，提供過電流/電壓保護，過溫度保護。針5 (GND)為模擬地，針6連接驅動使能信號[34]。2.5.3主運動系統電氣原理設計加工中心中鏜銑頭主軸電機采用的是伺服主軸驅動系統，該系統具有響應速度快，過載能力強等特點，還可以實現定向和進給功能，通常是相同功率變頻器主軸驅動系統的2~3倍[33]。根據精工系統的需求，加工中心選用法國NUM公司的MBLD2150主軸驅動，驅動模塊如圖2.9所示。該驅動模塊主要包括鏜銑頭電機、外部復置、準備、使能、模擬電壓輸入、編碼器模塊。其S6部分為設置軸地址，通過撥動撥碼開關可根據需要設置軸地址。S5中CF1為報警復位，當關閉接觸器時間大于等于500ms，報警復位。S4中針4 鏜銑頭準備觸點，S1為旋轉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為準備信號[34]。2.5.4輸入輸出模塊的設計機床輸入信號有控制面板上的按鈕如循環啟動、循環停止、急停、坐標軸的的選擇、點動、回零、各軸的伺服準備信號等。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個輸入口和J2上的Top端使用了 8個輸入口，Bottom端同TOP端一樣提供了 24個輸出口。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定位、電主軸正反轉、各種指示燈、報警燈、抱閘、各種閥等控制信號，輸出模塊的設計同輸入模塊類似。2.6加工中心實驗平臺根據鏜銑加工中心，搭建了以工控機為上位機，以UMAC運動控制器為下位機的雙CPU控制的試驗臺。為了提高數據傳輸速度，上位機與下位機采用以太網進行通訊。其中UMAC的3U機架中含有2塊ACC24E2A板與伺服驅動相連，2塊ACC-65E模擬量控制的I/O板與控制面板相連，其硬件結構圖如2.11所示。試驗臺以2臺小型銑床為執行機構，其試驗平臺如圖2.12所示，小銑床包括X、Y和 Z軸，由安川伺服驅動控制，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軟件初始化設置UMAC 和伺服驅動，可通過發送在線指令控制機床的運動。利用自帶的Pmac TuningPro 軟件對伺服系統的穩定性進行調節。利用UMAC提供的PLC語言編寫控制面板的 PLC程序，實現對控制面板的按鈕與指示燈的控制。2.7本章小結本章主要介紹了鏜銑加工中心的機械結構、伺服電機的計算、UMAC運動控制器的特點、主要功能以及相關板卡的功能，根據需要選擇了 UMAC的板卡及伺服系統的控制方式。根據加工中心的特點，結合UMAC和NUM伺服系統設計出了機床電氣原理圖。

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