許志榮 朱 俊 鄧志輝

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

基于SINUMERIK 802C的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床電氣元件的分析

許志榮 朱 俊 鄧志輝

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是適合我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的一種機(jī)床。SINUMERIK 802C base line是專門為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型CNC控制系統(tǒng)，在802C的數(shù)控系統(tǒng)的背景下，對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的電氣元件伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器和電動(dòng)刀架等進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹和分析，有助于機(jī)床參數(shù)的設(shè)置及技術(shù)改進(jìn)。

802C;數(shù)控機(jī)床;變頻;伺服

數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量、多變零件的加工問題。穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，逐步提高機(jī)床的數(shù)控化率是機(jī)械行業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)［1］。針對(duì)我國(guó)目前工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，發(fā)展經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床不僅資金投入少，且操作簡(jiǎn)單，維護(hù)也方便。基于SINUMERIK 802C系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，可以很好地解決上述問題，本文對(duì)該機(jī)床電氣元件進(jìn)行了分析。

1 SINUMERIK 802C base line數(shù)控機(jī)床介紹

SINUMERIK 802C base line集成了所有的CNC，PLC，HMI，I/O 于一身，并可獨(dú)立于其它部件進(jìn)行安裝。堅(jiān)固而又節(jié)省空間的設(shè)計(jì)使它可以安裝到最方便用戶的位置，操作面板提供了所有的數(shù)控操作、編程和機(jī)床控制動(dòng)作的按鍵以及8英寸LCD顯示器，同時(shí)還提供12個(gè)帶有LED的用戶自定義鍵。工作方式的選擇(6種)、進(jìn)給速度修調(diào)、主軸速度修調(diào)、數(shù)控啟動(dòng)與數(shù)控停止以及系統(tǒng)復(fù)位等均采用按鍵形式進(jìn)行操作。SINUMERIK 802C base line的輸入/輸出點(diǎn)為48個(gè)24 V的直流輸入和16個(gè)24 V的直流輸出。輸出同時(shí)工作系數(shù)為0.5時(shí)負(fù)載能力可達(dá)0.5 A。為了方便安裝，輸入輸出可以采用可移動(dòng)的螺絲夾緊端子，該端子可用普通的螺絲刀來(lái)緊固。

SINUMERIK 802C base line控制軟件已經(jīng)存儲(chǔ)在數(shù)控部分的Flash-EPROM(閃存)上，Toolbox軟件工具(調(diào)整所用的軟件工具)包含在標(biāo)準(zhǔn)的供貨范圍內(nèi)。系統(tǒng)不再需要電池，免維護(hù)設(shè)計(jì)。采用電容防止掉電引起的數(shù)據(jù)丟失。系統(tǒng)軟件面向機(jī)床和銑床應(yīng)用，并可單獨(dú)安裝。在每一個(gè)工具盒中都包含有機(jī)床和銑床的PLC程序示例，以便用戶能很快調(diào)試完畢。

2 變頻器選擇的分析［2］

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。對(duì)于變頻器的選擇，首先要選擇變頻器的控制方式。變頻器的控制方式主要有U/f控制方式、無(wú)反饋矢量控制方式和有反饋矢量控制方式。數(shù)控機(jī)床屬于高精度、快響應(yīng)的恒功率負(fù)載加工設(shè)備，應(yīng)盡可能選用矢量控制高性能型通用變頻器，而且中、小容量變頻器以電壓型變頻器為主。本文選用的是三菱通用變頻器FR-D740-0.75K-CHT，變頻器用的是電流控制，因此需要將開關(guān)撥到電流檔。主要的接線端子如圖1所示:

圖1 變頻器接線原理圖［3］

3 伺服驅(qū)動(dòng)接口功能分析

伺服驅(qū)動(dòng)器是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)。目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊(IPM)為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路，IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路，在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路，以減小啟動(dòng)過程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡(jiǎn)單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元(AC-DC)主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐?。伺服?qū)動(dòng)器一般可以采用位置、速度和力矩三種控制方式，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)，目前是傳動(dòng)技術(shù)的高端。本文采用的是臺(tái)灣東元伺服TSTA驅(qū)動(dòng)器。主要接線端子說明如圖2:

圖2 伺服驅(qū)動(dòng)器接線原理圖［4］

4 冷卻系統(tǒng)及電動(dòng)刀架分析

4.1 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)由系統(tǒng)輸入輸出接口發(fā)出相應(yīng)的輔助功能信號(hào)，驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)的外部控制電路即可控制冷卻電機(jī)的啟動(dòng)與停止。按數(shù)控系統(tǒng)操作面板冷卻功能按鍵，冷卻電機(jī)啟動(dòng)，再按一次，冷卻電機(jī)停止，也可使用M08、M09指令來(lái)完成冷卻電機(jī)的啟動(dòng)與停止。若檢測(cè)到冷卻系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)警，關(guān)閉各軸使能信號(hào)，暫停進(jìn)給。等排除故障后，按復(fù)位鍵消除報(bào)警，機(jī)床繼續(xù)工作。

4.2 電動(dòng)刀架工作流程分析

該機(jī)床主要用于中小型軸類、盤類以及螺紋零件的粗加工或半精加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床電工刀架實(shí)現(xiàn)的功能主要有:控制主軸刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成刀具選擇;加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距(單頭螺紋加工)或?qū)С?多頭螺紋加工)，這樣就一定要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，在小拖板上安裝數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架［5］。

刀架的工作過程:LB4系列電動(dòng)刀架采用由銷盤、內(nèi)端齒、外端齒盤組合而成的三端齒定位機(jī)構(gòu)。采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。當(dāng)系統(tǒng)沒有發(fā)出要刀信號(hào)時(shí)，發(fā)訊盤當(dāng)前刀位的霍爾元件處于低電平信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)要求刀架轉(zhuǎn)到某一刀位時(shí)，系統(tǒng)輸出正轉(zhuǎn)信號(hào)，此時(shí)繼電器得電吸合，使接觸器得電吸合，刀架正轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)至所需刀位時(shí)，該刀位的霍爾元件在磁鋼作用下，產(chǎn)生低電平信號(hào)，這時(shí)刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)斷開，系統(tǒng)輸出反轉(zhuǎn)信號(hào)，這時(shí)另一繼電器得電吸合，使相應(yīng)接觸器得電吸合，刀架反轉(zhuǎn)，刀架反轉(zhuǎn)到位后，刀架電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，完成一次換刀控制過程。

刀架動(dòng)作順序:換刀信號(hào)——電機(jī)正轉(zhuǎn)——上刀體轉(zhuǎn)位——到位信號(hào)——電機(jī)反轉(zhuǎn)——粗定位——精定位夾緊——電機(jī)停轉(zhuǎn)——回答信號(hào)——加工順序進(jìn)行。電動(dòng)刀架發(fā)訊盤刀位信號(hào)引出線定義如表1:

表1 刀架端子定義

5 結(jié)束語(yǔ)

SINUMERIK 802C base line是專門為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型CNC控制系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，高度集成于一體的數(shù)控單元、操作面板、機(jī)床操作面板和輸入輸出單元，機(jī)床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機(jī)床匹配更快速、更容易，簡(jiǎn)單而又好的編程界面，保證了生產(chǎn)的快速進(jìn)行，優(yōu)化了機(jī)床的使用。數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備，應(yīng)用于復(fù)雜、精密、自動(dòng)化加工，是發(fā)電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門迫切需要的關(guān)鍵加工設(shè)備。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了30年跌宕起伏，但高精度的加工中心仍不是一般企業(yè)能消費(fèi)得起的，因此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有著它廣闊的市場(chǎng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，價(jià)格低廉，設(shè)備費(fèi)用投入較少，仍是我國(guó)當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的主流產(chǎn)品。

［1］姚永剛.數(shù)控機(jī)床電氣控制［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2006:140-153.

［2］宋峰青.變頻技術(shù)［M］.北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2004:92-96.

［3］楊小榮，孫芳.機(jī)床數(shù)控改造［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2007:150-171.

［4］韓海建.數(shù)控技術(shù)及裝備［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2007:260-294.

［5］李園.基于西門子SINUMERIK 802S的CA6140機(jī)床數(shù)控化改造［D］.浙江:浙江工業(yè)大學(xué)，2007.

Analysis of Electrical Elements of SINUMERIK 802C Based on the Economical Design of Electrical Control Lathe

XU Zhi-rong ZHU Jun DENG Zhi-hui
(School of Mechanical and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

Economical numerical machine(CNC)is the lathe fits for our industry.SINUMERIK 802C base line is an economical CNC mode specifically developed for our market.Based on the 802C of the NC，the paper analyzes the servo drivers，frequency conversion and electrical control which are beneficial to set and improve the parameter of the lathe.

802C;CNC;frequency conversion;servo

TG 659

B

1672-2434(2010)02-0026-04

2010-03-01

許志榮(1976-)，女，講師、工程師，碩士，從事研究方向:機(jī)電一體化與材料連接