CK0630数控车床电气系统的安装与调试

1、容提要：CK063（数控车床电气系统的安装与调试主要由三部分组成：主轴控制系统、进给轴控制系统、自动换刀装置。 1主轴控制系统采用三相异步电动机拖动，由安川变频器控制，其动 力U V、W三相电源由变频器提供， 主轴电机的转速由数控系统输出，再经变频器控制主轴转速，主轴参数设置分为变频器参数的设置和系统参数的设置。2进给轴控制系统：刀架滑板由纵向（Z轴）滑板和横向（X轴）滑板组成。纵向滑板安装再在床身导轨上，可以沿床 身纵向运动，横向滑板安装在纵向滑板上能沿滑板导轨进行横向运动。X轴、Z轴采用广数伺服电机驱动由广数伺服驱动器控制包括硬件连接和信号连接3自动换刀装置：数控刀架安装在车床滑板上在加工

2、中实现换刀，主要包括：刀架电气原理、刀架机械原理、刀架电机、 刀架系统参数的设定等组成。这篇论文对我三年半的大学学习做一次全面的总结。关键词：变频器调速、4工位电动刀架、系统参数设置、霍尔原件、刀架电机目录第一章：总体设计的确定1.1 、数控车床的控制对象1.2 、机床的配置1.3 、技术要求第二章：选择与使用元器件2.1 、机床数控系统的选择2.2 、机床电气原件的选择2.3 、机床电器柜的接线第三章：CK063C数控机床主要控制对象3.1 、主轴控制系统3.1.2 、控制原理3.1.3 、主轴变频器参数的设置3.2 、进给轴控制3.3 、自动换刀装置3.3.1 、刀架总述3.3.2 、换刀

3、的机械原理3.3.3 、刀架的电气原理3.3.4 、刀号检测原件3.3.5 、刀架电路第四章：系统参数的设置4.1 、刀具参数设置4.2 、主轴参数设置4.3 、进给轴参数设置4.4 、回零设置第五章：故障现象分析Ze/r' 、.、:第六章：机床的开机调试附录：机床电气原理图CK063（数控车床电气系统的安装与调试第一章：总体设计的确定1.1 数控机床的控制对象数控车床主要用于中小型轴类零件的加工。 这些零件工艺上要求机床完成的 工作容有：1能够控制主轴正反转，实现不同切削速度的主轴速度，实现的方法用变频器去控制主轴的 正反转与无级调速 2. 刀架能实现纵向和横向进给运动， 实现方法在

4、每个进给轴上安装一交流 伺服电动机用伺服去控制 X轴、Z轴方向的进给与后退，3在换刀点自动改变四个刀位，完 成选择刀具的功能实现的方法： 选用四工位电动刀架来完成刀具的自动换刀， 这些就是数控 系统需要控制的对象。1.2 机床的配置：系统为：GSK928TE车床系统驱动器为：广数DA98A系列伺服电机为：广数 110SJTMO40D主轴电机为：三相交流异步电动机主轴变频器为：安川变频器检测装置为：光电编码器，接近开关。数控刀架为： 4工位电动刀架1.3 技术要求： 1主轴转速围： 100-15002Z 轴行程围： -0344-0052.5423X 轴行程围：-0142.606 -0066.81

5、24在手动方式下调试主轴方向上的进给与后退5在手动方式下完成机床的回零6在手动与指令输入方式下调试主轴的正反转与主轴的无级变速7在手动与指令输入方式下完成刀具的自动换刀第二章：选择与使用元器件2.1 数控系统的选择数控系统是数控机床的灵魂。 其性能的稳定性直接影响零件加工精度、 位置精度精度及 操作者的人身安全。数控机床的价格主要由数控系统来决定。数控系统从功能上可分为抵挡、中档、高档，从使用的角度出发我选择了广数GSK928TE车床系统，给系统采用先进的开放式体系结构置式工业PC。配置7.5吋彩色显示屏和工程面板。集成进给轴接口。置固化PLC与一体，具有RS232通讯功能具有低价格， 该系统

6、性能配置灵活易于使用可靠性高的特点两进给轴具有 自动加工换刀、车螺纹等功能是教学生产两用型的数控系统。2.2机床电气元件选择1. 伺服驱动器：型号 DA98A10 软件版本 V2.3适配电机： 110SJT-M040D输入电源 3相 220V 正负 10%工频： 50Hz/60Hz2. 伺服电机 type ： 110SJT-MO40DUn220v, In4.5ATn：4N.M Nn2500rpmNmax : 3000rpm生产商：数控设备3隔离变压器： BS-120 三相隔离变压器输入： 380V 50/60Hz输出： 220V生产商：数控设备4控制变压器：初级 220V 工频 50Hz 次级

7、 110V生产商：优利机械电子5交流接触器：型号（ CJX4 D） -120 生产商：二一三机床电器厂 6中间继电器： OMRON 型号： MY2NJ MY4NJ 7空气断路器：型号 DZX4-40 交流三相 380V交流单向 220V8变频器：安川变频器型号： CLMR-V7AT41P5SPEC:41P50INPUT:AC3PH 380-460 50/60Hz 7ALOTNO:NRV7A44-OX49开关电源：型号 D-30B生产商：西普尔电子2.3电气控制柜连线：见附图电气原理图第三章CK0630主要控制对象3.1主轴控制系统主轴采用三相交流异步电动机拖动，由安川变频器控制控制，其动力三相

8、电源由变频器提供，主轴电机的正反转由数控系统输出。再经变频器控制主轴电机转速。由数控系统经X7的13管脚（SVC和25管教（0V）输出一个（0-10V ）的模拟电压给变频器的 FR/FC 端子，电压不同对应于电机的转速就不同。控制原理：在机床面板上按下主轴正转按钮时，X7接口上22号管脚x系统侧24V变为OV, KA3线圈得电，变频器上S1与SC构成回路主轴正转当按下主轴反转按钮时，X7接口上9号管脚系统侧由24V变为0V, 22号管脚由0V变为24V 主轴正转停止。KA4线圈得电，S2与 SC构成回路，主轴反转。当按下主轴停止按钮按钮，KA3 KA4失电，主轴停止FR/RC由系统x7口输出主

9、要用于主轴的无级调速，下图给出了转速随电压变化的函数（系统P10号参数设置为3000转每分）转速（转每100100024002800分）电压（V）0.343.227.959.27结论：系统输出电压随电机转速变化而变化3.1.3 主轴变频器参数的设定。变频器手动控制变频器手动控制用于变频器的试运行，每按一下DSPL键，变频器操作面板上“指示灯”依次点亮，当最后一个指示灯亮时按下DATA键用于变频器参数的设定。N01=8表示清空为出厂默认值N02=0表示操作面板有效。此时可以手动调参数N03=0表示频率值为旋钮来设置N05=0可正反转N05=1不能反转按下DSPL当F/R灯亮时可以通过手动来调节电

10、机的正反转N09与 N11为设定主轴的最高转速所对应的电机频率。N09与 N11变频器默认为60Hz例如：主轴最高转速为 1500转每分，主轴与电机的传动比为1：2.电机额定转速为 1400转每分，工频为50Hz,求电机频率。3000/1400=x/50X=107Hz因为最大电压由限制了最高频率，所以先设置 N09 在设置 N11N09=N11=107HzN16=15 N16为设置主轴电机加速时间N17=3 N17为设置主轴电机制动时间变频器的联机调试N01=8设置为出厂默认值N02=2 控制端子有效，此时可以进行联机调试N03=2 表示控制端子的指令电压有效（接收系统给的0-10V 模拟电压

11、）N05=（可反转N09 N11同上N 1 6、 N 1 7根据实际需要设定3.1.4 主轴系统参数的设定P10=1500 设置主轴的最高转速，系统在使用变频器控制控制主轴，主轴齿轮档位处于高档位，系统输出10V模拟电压机床所对应的最高转速变频器的 频率围为 0.2-400HzP12第零位设为1主轴转速为0-10V模拟电压（变频器调速主轴）P11 D2=1 1 主轴编码器每转脉冲数为 1024脉冲/ 转。（要求主轴转速大于 120转/分，否则不能正常检查3.2 进给轴控制Z轴、X轴采用广数伺服电机驱动，由广数伺服驱动器控制，其动力由R S、T三相隔离变压器提供三相交流 220V电压。伺服电机控

12、制刀架的 Z轴。X轴纵向、横向的进给与后退 （正反转）及进给速度和进给量由数控系统发出，他们与数控系统的接口为X4、X5接口。伺服的启动与停止电路思路：按下SB3后KA5的电并吸合，自锁“启动指示灯”亮，按下SB2后 KA5失电“启动指示灯”灭，”停止指示灯”亮，只要开关电源工作。则“停止指示灯”一直亮X轴、Z轴的接线图思路：1从三相电源上引出三根火线 L1、L2、L3由QF5到KM倒三相隔离变压器输出三相交流220V到X轴、Z轴2从伺服驱动器的 R、S、T三相交流220V电源上任意引两根线作为伺服驱动器的控制电 压在和对应的X、Z轴并联起来3伺服电机上的编码器把反馈回来的信号传送给伺服驱动器

13、构成一个闭环控制系统。信号连接原理图。如图所示GSK928TE控系统与 GSKDA98交流伺服驱动器的接线图（X轴、Z轴）3.3 自动换刀装置3.3 1刀架总述数控刀架安装在数控车床的滑板上。 它上面可以装夹多把刀具， 在加工中实现自动换刀 刀架的作用是装夹车刀，孔加工刀具及螺纹刀具并能准确迅速的选择刀具进行对工件的切 削。刀架滑板由纵向（Z轴）滑板和横向（X轴）滑板组成，纵向滑板安装在床身导轨上， 可以沿床身纵向运动， 横向滑板安装在纵向滑板上， 能沿纵向滑板的导轨进行横向运动， 刀 架滑板的作用时安装在其上是刀架刀具在加工中实现纵向和横向的进给运动。3.3.2 换刀的机械原理按下换刀键或输

14、入换刀指令后， 电机正转，通过联轴器， 蜗杆带动涡轮，螺纹带动螺母 刀架体松开并上抬， 转位、 找刀刀架体的上方有一发信盘， 盘中每一到刀位都安装一霍尔开 关刀架体旋转到一刀位时。 该刀位的传感器件向数控系统发出信号， 数控系统将收到的实际 刀位信号与指令刀位信号进行比较， 当两信号相同时， 说明刀架体已旋转到所选刀位， 数控 系统控制继电器 KA1释放，继电器 KA2得电吸合，换刀电动机反转，粗定位销在在弹簧的作 用下进入粗定位盘的凹槽中进行粗定位， 由于粗定位槽的限制刀架体不能反转只能在该位置 垂直落下， 刀架体和刀架底座的端面齿啮合， 实现精确定位， 电动机做适当的延时。继续反 转，当两

15、端面齿增加到一定夹紧力。刀架体被锁紧时。电动机停止转动，换刀结束。3.3.3 刀架电气原理按下换刀键或输入换刀指令。 系统X7接口的22管脚由24V高电平变为0V低电平KA1线圈 得电，KA啲触点闭合KM线圈得电，KM2主触点闭合电机得电且正转（抬刀、转位）当4个刀位的某一个霍尔开关靠近磁钢时该刀位信号由高电平变为低电平（由诊断可以看出） 并且反馈给数控系统。数控系统将此信号和输入的信号进行比较如果不同就继续正转如果相同， 系统X7接口的22号管脚就变为高电平。 同时9号管脚由高电平变为低电平KA1线圈断电，KA2线圈得电KM线圈得电，KM主触点闭合，实现刀架的反转锁紧。反转时间由系统的14号

16、参数设置。时间到后，KA2线圈断电。KM接触器断电，电机停止3.3.4 刀号检测原件（霍尔开关）一结构：在图中，霍尔开关有三个接线端 1 、 3之间是 24VDC， 2端是信号输出端。二作用：检测刀位信号， 当上刀体转到某一刀位时，磁钢与发信盘相对应， 该刀位为低 电平。 与系统的输入指令性比较， 当实际刀号与输入指令相一致， 则转到位向系统发出到位 信号，若不一致则继续找刀， 如果某个刀位上得霍尔开关损坏数控装置将检测不到刀位信号， 会造成刀架体连续旋转。不定位。3类型： NPN、 PNP3.3.5 刀架电路1在刀架电路中为什么要加电容器？这就要从电机的结构说起， 我们知道单相电机是不能自行

17、启动的要使它启动必须得加启 动绕组， 而启动绕组与工作绕组共用同一电源， 要使两绕组中的电流不同相就得加装电容器使启动绕组电流超前工作绕组电流 90度2刀架电路分析当KM闭合：U3 V3为工作绕组U3 W为启动绕组当KM闭合：U3 W3为工作绕组U3 V3为启动绕组结论：1KM2 KM两个交流接触器起到一个倒相序作用。即让电源的相序发生变化2刀架电机的转向由电源的相序决定，当电源的相序发生变化时电机转向也会发生相应的变化第四章 系统参数的设定4 1刀具参数设置： P13=4 电动的刀架上的最大刀位数由机床配置决定P14=10 0.1X10=1 秒刀架反转时间P11 D4=1 系统使用普通低电机

18、回转刀架4.2 主轴参数设置在前面章节已设置故不 在设置发4.3 进给轴参数的设置 P01=- -0344P02= 0052.54P03= -0142.606P04= 0066.812P01、 P02,Z 轴正负方向行程限位P03、 P04X 轴正负方向行程限位4.4 回零设置 P11 号参数 D0D1P12号参数D7位第五章 故障现象分析1 按下启动按钮机床未动作分析： 用万用表测量后发现伺服启动按钮的常开与常闭按钮接错解决的办法，按正确的接线结好即可2急停报警分析：产生此故障由两个：一 X6接口未接好。二x6上的15、16管脚上的急停没有和机 床面板上的急停按钮相连，解决的办法， X6上的15、16脚外接急停键信号，开路表示“急停 状态”常态时与0V接通。例如15、16脚短接3按下主轴按钮主轴运行正常但继电器指示灯不亮分析：