摘 要:數(shù)控機(jī)床作為微電子、精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)感應(yīng)、液壓傳動(dòng)、自動(dòng)控制等技術(shù)的綜合應(yīng)用,是一種全新的加工設(shè)備。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的深入發(fā)展以及生產(chǎn)技術(shù)的升級(jí),數(shù)控機(jī)床的電控技術(shù)呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的勢(shì)頭,也已成為數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的重要組成部分。本文結(jié)合特定加工中心的實(shí)際情況,介紹了數(shù)控機(jī)床的電氣控制技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床電氣;控制技術(shù);設(shè)計(jì)方法
數(shù)控機(jī)床集檢測(cè)技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)于一體,有效解決了高混合、小批量生產(chǎn)、精密、零件加工復(fù)雜的問(wèn)題。如今,它已成為中國(guó)機(jī)械制造業(yè)中最常用的設(shè)備之一。因此,數(shù)控機(jī)床的研究受到了工業(yè)界的廣泛關(guān)注,而作為數(shù)控機(jī)床主要組成部分的電氣控制系統(tǒng)成為數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)工作的核心。
1 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)
伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的深入發(fā)展以及生產(chǎn)工藝的升級(jí),數(shù)控機(jī)床的電控技術(shù)逐漸形成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),成為數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的重要組成部分。如果要提高數(shù)控機(jī)床的安全性、可靠性、生產(chǎn)效率和加工精度,就需要加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床電氣控制原理和設(shè)計(jì)方法的研究。針對(duì)立式加工中心的實(shí)際情況,我們重點(diǎn)介紹數(shù)控機(jī)床的電氣控制技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。該立式加工中心的電控系統(tǒng)主要由Bi交流主軸伺服電機(jī)、SVPM、13is系列交流進(jìn)給伺服電機(jī)組和FANUCOi-Mate-MCCNC系列數(shù)字交流伺服模塊組成,SVPM是進(jìn)給伺服模塊和主軸伺服。驅(qū)動(dòng)串行主軸和進(jìn)給軸的模塊和功率模塊的集成設(shè)計(jì)顯示出高性價(jià)比和緊湊結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。
2 數(shù)控機(jī)床工作原理及構(gòu)成
1)數(shù)控機(jī)床工作原理。CNC機(jī)床不同于普通機(jī)床。其數(shù)控機(jī)床的工作原理根據(jù)零件的要求,使用CNC語(yǔ)言編寫(xiě)加工順序和參數(shù)程序。在CNC設(shè)備對(duì)程序進(jìn)行分析和處理之后,將執(zhí)行指令發(fā)送到伺服系統(tǒng),以驅(qū)動(dòng)并完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件。圖1顯示了正在進(jìn)行的過(guò)程。
2)數(shù)控機(jī)床構(gòu)成。CNC機(jī)床的復(fù)雜配置包括電子控制單元、機(jī)體、伺服系統(tǒng)、電源、檢測(cè)傳感器零件等。其中,伺服系統(tǒng)控制運(yùn)動(dòng)零件并執(zhí)行相關(guān)運(yùn)動(dòng)以調(diào)整運(yùn)動(dòng)速度和精度,以滿足零件加工的需要。檢測(cè)傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)的角位移和工作臺(tái)的線性位移,并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示或反饋控制。電子控制單元(計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、CNC)對(duì)各種數(shù)字信息進(jìn)行解碼,計(jì)算和邏輯處理,將生成的命令信息發(fā)送到伺服系統(tǒng),然后根據(jù)設(shè)置的動(dòng)作將其發(fā)送到機(jī)床提示進(jìn)行處理。電源向機(jī)床提供電能以驅(qū)動(dòng)機(jī)床,機(jī)床主體為各種切削提供了可操作的平臺(tái)。
3 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 硬件電路
1)電源電路和交流主傳動(dòng)電路。需要電源電路根據(jù)所有控制設(shè)備的相關(guān)要求來(lái)完成電源設(shè)計(jì)。換句話說(shuō),伺服驅(qū)動(dòng)器模塊和模塊風(fēng)扇由伺服變壓器提供220V的電壓。從控制變壓器向控制變壓器接觸器提供1 IOV。Z軸制動(dòng)器和電磁閥由整流器整流后的27V輸出24V供電。控制變壓器的220V輸出清楚地分為兩個(gè)電路,數(shù)控機(jī)床的電氣箱空調(diào)和床潤(rùn)滑馬達(dá)由特定電路、伺服模塊、CNC、DC繼電器以及開(kāi)關(guān)電源后的其余電路的24V輸出供電。主軸的垂直加工中心控制要求包括:所涉及的速度必須在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),無(wú)論選擇哪種速度,它都可以提供足夠的扭矩和功率,以滿足切割需求。制動(dòng)、正向傳動(dòng)、反向旋轉(zhuǎn)、精確停止都可以反復(fù)實(shí)現(xiàn),并且可以有效實(shí)現(xiàn)工具的自動(dòng)裝卸,以支持自動(dòng)換刀。該立式加工中心的主軸可以在0至6000fmin的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。另外,主軸電機(jī)的內(nèi)置編碼器可以檢測(cè)主軸速度和主軸位置,主軸的閉環(huán)速度主要由主軸控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)行控制,但在精確的停止期間需要閉環(huán)位置控制。同時(shí),主軸的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)可以通過(guò)內(nèi)置在CNC中的PLC發(fā)送到CNC,從而可以控制主軸的各種功能。
2)交流進(jìn)給傳動(dòng)電路。整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的能量直接影響著整機(jī)的精度指標(biāo)和工作狀態(tài),同時(shí)主要完成立式加工中心的線性坐標(biāo)軸定位和切削供給。立式加工中心的進(jìn)給系統(tǒng)主要采用半閉環(huán)控制系統(tǒng)、電機(jī)與脈沖編碼器同軸,速度和位置同時(shí)反饋,X/YfZ軸的滾珠絲杠與伺服電機(jī)配對(duì)。伺服系統(tǒng)中的各種非線性環(huán)節(jié)都是外部閉環(huán),如傳動(dòng)間隙、螺桿剛度、摩擦阻尼等,以提高數(shù)控機(jī)床電機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外,X/Y/Z方向支撐導(dǎo)軌,全部使用直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌,該直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌具有低摩擦、高剛度、高定位精度、高速軸移動(dòng)速度(24m/min)具有優(yōu)勢(shì)。
3.2 PLC程序
PLC程序通常被認(rèn)為是CNC機(jī)床電氣控制的重要組成部分,CNC機(jī)床上的PLC程序可以達(dá)到數(shù)十到數(shù)百毫秒的處理時(shí)間,此速度可以滿足大多數(shù)信息處理要求。對(duì)于某些需要高響應(yīng)速度的信號(hào),此處理速度也有一些限制。因此,立式加工中心將PLC程序設(shè)計(jì)分為低級(jí)程序和高級(jí)程序。從控制功能的角度來(lái)看,低級(jí)程序由三個(gè)線性軸(高速、進(jìn)給、原點(diǎn)復(fù)歸等),主軸(速度變化、正向/反向旋轉(zhuǎn)、換刀、姿態(tài)等),各種電機(jī)(冷卻、潤(rùn)滑等),操作組成。板該立式加工中心使用了一部分在x軸+方向上執(zhí)行的PLC控制程序,如圖2所示。
開(kāi)關(guān)及緊急停車系統(tǒng)設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)和緊急停止系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制CNC機(jī)床的啟動(dòng)和停止,特別是在異常之后,以防止損壞機(jī)床組件和操作機(jī)床,而這可能會(huì)對(duì)操作人員造成人身傷害。因此,在數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中不能忽略此內(nèi)容設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)和緊急停止系統(tǒng)的工作過(guò)程是,當(dāng)按下系統(tǒng)的主開(kāi)關(guān)時(shí),中間繼電器將接通電能,整個(gè)系統(tǒng)將開(kāi)始工作。同時(shí),弱電流系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)關(guān)電源供電,按下緊急停止按鈕將關(guān)閉中間繼電器,并關(guān)閉進(jìn)給軸和主軸系統(tǒng)的電源。在這段時(shí)間內(nèi),控制信號(hào)燈的繼電器閉合并打開(kāi)。紅燈會(huì)亮起,并且會(huì)響起警報(bào),提醒操作員及時(shí)進(jìn)行故障排除。完全清除故障后,可以重新啟動(dòng)系統(tǒng)。
4 結(jié)語(yǔ)
總而言之,氣控制系統(tǒng)的形式和整體控制能力與數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率和整體質(zhì)量密切相關(guān)。在本文中,詳細(xì)介紹了數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及立式加工中心的實(shí)際情況。實(shí)際上,上述模塊化設(shè)計(jì)思想對(duì)于實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、降低故障率、提高處理效率以及改善整體工作性能非常重要。
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作者簡(jiǎn)介
席君(1970-),男,漢族,安徽宿州人,本科,安徽省宿州市工業(yè)學(xué)校,講師,研究方向:電器控制。