鏜銑加工中心電氣原理圖設(shè)計
2.5鏜銑加工中心電氣原理圖設(shè)計在精工系統(tǒng)的設(shè)計中機床電氣部分是精工系統(tǒng)重要的組成部分，是實現(xiàn)機床 動作的關(guān)鍵，下面對部分原理圖的設(shè)計進行了介紹。2.5.1鏜銑加工中心總體設(shè)計UMAC作為機床精工系統(tǒng)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(fā)生器等反饋裝 置。Bottom端接伺服驅(qū)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(zhuǎn)子合二為一的電主軸，采用變頻器驅(qū)動電機運動，實現(xiàn)高達24000rpm的速 度，這種設(shè)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(yīng)速 度快，能夠提高機床的加工效率，工件表面質(zhì)量。加工中心的伺服驅(qū)動選用的是 模擬量控制的NUM伺服系統(tǒng)，每個伺服驅(qū)動通過多芯電纜與UMAC相連，實現(xiàn) 精工系統(tǒng)對伺服驅(qū)動的控制。各伺服驅(qū)動的直流母線與主驅(qū)動并聯(lián)連接，經(jīng)過一 系列的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)對電機的控制。通過伺服驅(qū)動器的碼盤設(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動[33]。為了保證各坐標(biāo)軸斷電停止時坐 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進給系統(tǒng)電氣原理設(shè)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(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(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，不會因突然斷電而發(fā)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(zhuǎn)變壓器反饋的信號，其中針1和2同主軸驅(qū)動 的S1中的針24、25,針10和11同主軸驅(qū)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(shù)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(qū)動使能信號[34]。2.5.3主運動系統(tǒng)電氣原理設(shè)計加工中心中鏜銑頭主軸電機采用的是伺服主軸驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有響應(yīng)速 度快，過載能力強等特點，還可以實現(xiàn)定向和進給功能，通常是相同功率變頻器 主軸驅(qū)動系統(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，驅(qū)動模塊如圖2.9所示。該驅(qū)動模塊主要包括鏜銑頭電機、外部復(fù)置、準備、使能、模擬電壓輸入、編碼器模塊。其S6部分為設(shè)置軸地址，通過撥動撥碼開關(guān)可根據(jù)需要設(shè)置軸地址。S5中CF1為報警復(fù)位，當(dāng)關(guān)閉接觸器時間大于等于500ms，報警復(fù)位。S4中針4 鏜銑頭準備觸點，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為準備信號[34]。2.5.4輸入輸出模塊的設(shè)計機床輸入信號有控制面板上的按鈕如循環(huán)啟動、循環(huán)停止、急停、坐標(biāo)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(zhuǎn)、各種指示燈、報警燈、抱閘、各種閥等控 制信號，輸出模塊的設(shè)計同輸入模塊類似。2.6加工中心實驗平臺根據(jù)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(shù)據(jù)傳輸速度，上位機與下位機采用以太網(wǎng) 進行通訊。其中UMAC的3U機架中含有2塊ACC24E2A板與伺服驅(qū)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(jié)構(gòu)圖如2.11所示。試 驗臺以2臺小型銑床為執(zhí)行機構(gòu)，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(qū)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(shè)置UMAC 和伺服驅(qū)動，可通過發(fā)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(tǒng)的穩(wěn)定性進行調(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械結(jié)構(gòu)、伺服電機的計算、UMAC運動控 制器的特點、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，結(jié)合UMAC和NUM伺服系統(tǒng)設(shè)計出 了機床電氣原理圖。