数控机床控制应用实例课件

大家好大家好1第第7章章 数控机床控制应用实例数控机床控制应用实例7.1 CK6132(SYC-2E)数控卧式车床 7.2 数控新技术介绍基于PC平台的 工控数控机床 7.3 普通车床数控改造7.4 XH714立式加工中心电气控制 27.1 CK6132（SYC-2E）数控卧式车床）数控卧式车床7.1.1 主要用途和适用范围主要用途和适用范围 CK6132（SYC-2E）车床采用卧式车床布局，数控系统控制横（横（X）、纵（）、纵（Z）两坐标移动。适用于短轴类及盘类零件的各种内外回转表面，如圆柱面、圆锥面、特形面等，以及内外公制英制螺纹的自动化切削加工，并能够进行切槽、镗、铰等加工。该机床加工效率高、适用性强、操作简便、精度高、稳定性好，特别适用于复杂零件或对精度要求较高的中、大批量生产。3 该机床可根据用户要求配置数控系统，编程采用ISO国际通用代码，编程简单易用，并具有掉电记忆功能。该机床还可以根据用户需要增减螺纹车削功能，刀架可选用四工位、六工位四工位、六工位等多工位电动刀架，还可以为用户特制专用的排刀架。工件夹紧可选用普通卡盘、液压卡盘或者其他专用夹具。7.1.2 主要技术规格主要技术规格 主要技术规格见表主要技术规格见表7-1(P202)。47.1.3 电气系统电气系统1.电气系统框图电气系统框图5“SYC-2E”车床数控系统采用最新高速数字信号处理器DSP、大规模可编程门列矩阵PLD技术和现场工业级高速CPU，实时控制高速度、高精度;运用320240点阵LCD液晶显示技术，整机结构更为合理。“SYC-2E”数控系统是以车床为代表的二坐标联动、普及型全数字数控系统，直接控制交流伺服系统，也可以控制步进伺服系统，符合ISO国际代码标准。若配置高性能步进伺服系统，可实现微米级微米级控制，加工精度更高。“SYC-2E”车床数控系统适用于各类仪表车床及其他二坐标联动机床的数控改造和配套。通过RS232端口与微机通讯。62.主轴电气控制主轴电气控制 由图7-1可知，“SYC-2E”数控系统通过J3接口、变频器、主轴电机、主轴编码器和数控系统的J9接口组成数控机床的主轴闭环控制主轴闭环控制。主轴控制用于加工中心换刀时，作为主轴准停用主轴准停用。使主轴定向控制准停在某一固定位置上，以便在该处进行换刀等动作，只要数控系统发出M19指令，利用装在主轴上的位置编码器（通过11齿轮传动）输出的信号使主轴准停在规定的位置上。主轴控制用于车床加工车床加工。在车床上，按主轴正反转两个方向使工件定位，作为车削螺纹的进刀点和退刀点，利用Z向脉冲作为起点和终点的基准，保证不乱扣（A、B相差90，Z向为一圈的基准信号，产生零点脉冲）。7图图7-2 CK6132主轴变频器控制原理图主轴变频器控制原理图 8主轴变频器型号为CVF-G2。主回路端子R、S、T接电网三相交流电源，主回路端子U、V、W接三相交流电动机，PE为接地端子。数字控制回路端子FWD为正转控制命令端，受数控系统M03端控制。REV为反转控制命令端，受数控系统M04端控制。CM为数字控制回路端子公共端。9 模拟控制回路端子V11为频率设定电压信号输入端（010V）。主轴位置控制指令经数控系统内的D/A（数（数/模转换模转换）转换器，变换为010V可调的直流电压信号送至V11端，调节主轴转速。GND为模拟控制回路端子的公共端。TA、TB、TC为变频器故障输出端子，用于故障报警。变频器正常时，TA-TB闭合、TA-TC断开。变频器故障时，TA-TB断开、TA-TC闭合。触点容量为AC250V1A，阻性负载。103.CK6132主电路主电路 图图7-3 CK6132主电路图主电路图11 图7-3中M1为主轴电动机。M2为刀架电动机。KA1、KA2用于控制刀架电机正反转。M3为冷却电动机，冷却泵电动机与主轴电动机有着顺序联锁顺序联锁关系，即冷却泵电动机应在主轴电动机起动后才可选择起动与否;而当主轴电动机停止时，冷却泵电动机便立即停止。系统电源系统电源（交流220V）给数控系统（SYC-2E）供电。控制电源控制电源（交流110V）给数控机床操作电路供电，操作电路接触器线圈额定电压为交流110V。伺服驱动电源伺服驱动电源（交流220V）给交流伺服电机驱动器供电。124.伺服驱动控制伺服驱动控制 由图7-1可见，SYC-2E数控系统通过J5接口、交流伺服驱动器、伺服电动机及编码器组成X、Z轴位置闭轴位置闭环控制。环控制。X、Z轴伺服驱动控制图如图7-4所示。数控系统P1、P14、P2、P15端口用于控制X轴交流伺服驱动器，X轴交流伺服驱动器驱动X轴交流伺服轴交流伺服电动机电动机。数控系统P5、P18、P6、P19端口用于控制Z轴交流伺服驱动器轴交流伺服驱动器，Z轴交流伺服驱动器驱动Z轴交流伺服电动机。13图图7-4 X、Z轴伺服驱动控制图轴伺服驱动控制图14 由图可见，X、Z轴交流伺服电动机已附装了增量式光电编码器增量式光电编码器，用于电动机速度控制及位置反馈使用。目前许多数控机床均采用这种半闭环半闭环的控制方式，而无需在机床导轨上安装传感器。若需全闭环控制，则需在机床上安装光栅传感器。伺服驱动器控制信号电源（控制信号电源（DC 24V）由数控系统内开关电源提供。SRV-ON信号连接到COM-时，驱动器被允许工作，伺服使能。P3、P4是指令脉冲的输入端子。驱动器通过高速光电耦合器光电耦合器接收数控系统发出的位置控制信号。15 P5、P6是数控系统发出的伺服电动机正反转正反转控制指令。控制指令。驱动器主电路输出三相交流电（端子A、B、Z）给伺服电动机供电。A、B、Z提供来自分配器的编码器信号的差分输出。FG为内部连接到地端子。驱动器输出DC5V为编码器电源。167.2 数控新技术介绍数控新技术介绍基于基于PC平台的工控数控机床平台的工控数控机床 将现代PC机机丰富的界面、大容量内存和强大的软件功能与传统的数控系统的稳定性、可靠性相结合制作成新型的基于PC平台的数控工控系统是一个值得注意的发展方向。目前，国内外数控系统生产厂家都在这方面投入巨大的力量进行研制工作。我国在这方面也取得了可喜的成绩，与发达国家的水平已经相当接近。仅举SANYING180M铣床系统铣床系统为例做一下该方面的技术介绍。177.2.1 系统概述系统概述 该系统是以高性能工业控制计算机为硬件平硬件平台台，以Windows2000/NT/XP为软件平台软件平台，针对铣削加工中心研制开发的开放式数控系统。系统运动控制内核和PLC程序运行基于独立的实时控制引擎子系统，不受Windows操作系统的管理和调度，确保数控系统的稳定性。18 7.2.2系统硬件结构系统硬件结构 该系统的硬件是由带有带有10.4英寸真彩液晶显示器的英寸真彩液晶显示器的轻触式薄膜操作板、高性能嵌入式轻触式薄膜操作板、高性能嵌入式CPU工控主板、工控主板、128MB内存、内存、40G硬盘、硬盘、USB可移动可移动U盘拷贝接口、高盘拷贝接口、高抗干扰电源、主轴伺服调速抗干扰电源、主轴伺服调速/主轴变频调速控制单元、主轴变频调速控制单元、手摇脉冲发生器及手动操作盒、网络加工接口手摇脉冲发生器及手动操作盒、网络加工接口等九部九部分组成。其主电路结构也结合了PC机和传统工控机两方面的特点，如图7-5所示。19图图7-5 数控系统主电路数控系统主电路20 利用PC机做平台，重要的是电路设计要考虑电源的电源的高稳定和高抗干扰性能高稳定和高抗干扰性能。为此，该系统采用一系列保证措施。一是采用双电源双电源，如图7-6所示。其中共“GND”（模拟控制回路端子的公共端）的“VCC”、“-12V”、“+12V”为系统内部电源系统内部电源，用于提供与系统直接（不用隔离）连接的信号电源;另一组“IPE”与“+24V”构成+24V的外部接口电源外部接口电源，由系统外部电源模块（DC24V/3A）单独供电。此电源与系统内部是全隔离的，主要向外部接口（通用I/O、限位、基点等）、电器（控制继电器、电磁刹车）提供电源。21图图7-6 双电源双电源22 二是所有I/O接口均采用晶体管输入输出电路以及输入“IPE”有效接口原理。例如，本系统中的输入信号X00-X07为“IPE”有效如图7-7所示。图图7-7 接口电路接口电路23 在系统与伺服接口方面，由于信号线中有高速脉冲信号高速脉冲信号，因而导线必须使用双绞线并有双绞线并有良好的屏蔽层良好的屏蔽层，如图7-8所示。24图图7-8 系统与伺服接口系统与伺服接口257.3 普通车床数控改造普通车床数控改造 普通车床的数控改造涉及到两个方面问题两个方面问题:一是机械传动链的改造;二是电气控制系统的配置。现以C618车床为例，说明车床数控改造的方法。7.3.1 机械结构改造机械结构改造 1.进给传动链进给传动链 改造后的纵向（X轴）、横向（Z轴）传动链如图7-9所示。26图图7-9 改造后改造后C618传动系统简图传动系统简图1主轴步进电动机;2主轴脉冲编码器;3主轴箱;4溜板箱;5刀架溜板;6电动刀架;7尾座;8Z轴滚珠丝杠;9床身;10X轴滚轴丝杠;11X轴步进电动机27 改造后，原横向进给传动链中的丝杠和光杆由滚珠滚珠丝杠丝杠取代，Z轴步进电动机和滚珠丝杠采用同步齿形带同步齿形带变速变速，一方面增大了输出转矩，另一方面由于同步齿形带的柔性，可克服由于电动机轴和丝杠不平行而引起的失步现象。步进电动机和滚珠丝杠的安装方式如图7-10所示。X轴滚珠丝杠采用一端支承的方式，同样采用同步齿形带变速方式。281步进电动机;2同步齿形带;3箱体;4联轴器;5滚珠丝杠螺母副;6支承座 图图7-10 Z轴步进电动机与滚珠丝杠的安装轴步进电动机与滚珠丝杠的安装292.主转动主转动 保留原机床的主轴传动链，采用手动齿轮变速的方法（也可拆除主轴传动链，通过对主电动机的变频调速实现机床主轴的无级调速）。拆卸挂轮，在主轴末端安装主轴脉冲编码器（1024脉冲/r，六脉冲输出），以进行螺纹切削。主轴脉冲编码器的安装如图7-11所示。30图图7-11 主轴脉冲编码器的安装主轴脉冲编码器的安装1主轴脉冲编码器;2闷头;3主轴;4主轴箱 313.刀架刀架 采用LD4系列电动刀架取代原手动四方刀架，如图7-12所示。刀架的定位过程定位过程如下:系统发出换刀信号刀架电动机正转刀架上升并转位刀架到位发出信号刀架电动机反转初定位精定位夹紧刀架电动机停转换刀应答。刀架的到位信号由刀架定轴上端4个霍尔开关个霍尔开关和永久磁永久磁铁铁检测获得。四个霍尔开关分别为四个刀位的位置，当刀台旋转时，带动磁铁一起旋转。当到达规定刀位时，通过霍尔开关输出到位信号。32图图7-12 LD4系列电动刀架系列电动刀架1罩壳;2刀台;3刀架座;4刀架电动机;5霍尔开关;6永久磁铁 337.3.2 数控系统配置数控系统配置1.数控系统数控系统 数控系统采用上海开通数控公司KT400-T经济型车床数控系统。34图图7-13 KT400-T系统面板系统面板1CRT;2数字及符号键;3字母键;4输入键;5功能键;6循环停止键;7复位键;8循环起动键;9进给倍率修调键;10主轴速度修调键;11手动方向键357.3.2 数控系统配置数控系统配置CRT在系统运行过程中，显示下列信息在系统运行过程中，显示下列信息:操作方式表;现行的操作方式;正在执行的程序和程序段;正在编辑的程序和程序段;已装入存储器内的程序分配表;各轴的坐标值;跟随误差;进给率、主轴转速和现在执行的功能;刀具表;出错代码。1.数控系统数控系统（1）系统面板及功能）系统面板及功能36功能键功能键:操作方式键操作方式键（OPERATE MODE）按下该键，在显示屏上就立刻显示出“操作方式表”，这就是进入任何操作方式的第一步操作。显示方式键显示方式键（DISPLAY MODE）在显示屏上可显示所选择的操作方式中的各种信息。前后移动键前后移动键（和）利用此两键可使操作者看到编辑前后的程序段及刀具表;另外此两键还用作光标的前后移动。37 删除键删除键（DELETE）用于删除