CK0630数控车床电气系统的安装与调试.docx

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CK0630数控车床电气系统的安装与调试

设计（论文）题目：

CK0630数控车床电气系统的安装与调试

内容提要：

CK0630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：

CK0630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-----------------------------------------------------------------------------------------

第六章：

机床的开机调试--------------------------------------------------------------------------------------

附录：

机床电气原理图--------------------------------------------------------------------------------------

CK0630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内容有：

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110SJT----MO40D

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主轴转速范围：

100---1500

2Z轴行程范围：

-0344---0052.542

3X轴行程范围：

-0142.606---0066.812

4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内置式工业PC。

配置7.5吋彩色显示屏和工程面板。

集成进给轴接口。

内置固化PLC与一体，具有RS232通讯功能具有低价格，该系统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DA98A----10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/60Hz

2.伺服电机type：

110SJT---MO40D

Un220v,In4.5A

Tn：

4N.MNn2500rpm

Nmax:

3000rpm

生产商：

广州数控设备有限公司

3隔离变压器：

BS---120三相隔离变压器

输入：

380V50/60Hz

输出：

220V

生产商：

广州数控设备有限公司

4控制变压器：

初级220V工频50Hz

次级110V

生产商：

陕西优利机械电子有限公司

5交流接触器：

型号（CJX4—D）---120

生产商：

天水二一三机床电器厂

6中间继电器：

OMRON

型号：

MY2NJMY4NJ

7空气断路器：

型号DZX4---40

交流三相380V

交流单向220V

8变频器：

安川变频器

型号：

CLMR---V7AT41P5

SPEC:

41P50

INPUT:

AC3PH380---46050/60Hz7A

LOTNO:

NRV7A44---OX4

9开关电源：

型号D---30B

生产商：

南京西普尔电子有限公司

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U.V.W三相电源由变频器提供，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。

3.1.2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0V，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（转每分）

100

1000

2400

2800

电压（V）

0.34

3.22

7.95

9.27

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/50

X=107Hz

因为最大电压由限制了最高频率，所以先设置N09在设置N11

N09=N11=107Hz

N16=15N16为设置主轴电机加速时间

N17=3N17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）

N05=0可反转

N09、N11同上

N16、N17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

变频器的频率范围为0.2---400Hz

P12第零位设为1主轴转速为0---10V模拟电压（变频器调速主轴）

P11D2=11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KM1到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构成一个闭环控制系统。

信号连接原理图。

如图所示

GSK928TE数控系统与GSKDA98A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，KA1的触点闭合KM2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KM3线圈得电，KM3主触点闭合，实现刀架的反转锁紧。

反转时间由系统的14号参数设置。

时间到后，KA2线圈断电。

KM3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、PNP

3.3.5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KM2闭合：

U3、V3为工作绕组

U3、W3为启动绕组

当KM3闭合：

U3、W3为工作绕组

U3、V3为启动绕组

结论：

1KM2、KM3两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=100.1X10=1秒刀架反转时间

P11D4=1系统使用普通低电机回转刀架

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=--0344

P02=0052.54

P03=-0142.606

P04=0066.812

P01、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D0\D1

P12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：

指示灯未一发光二极管由正负，解决的办法倒一下继电器线圈的两根线即可。

类似故障解决的办法也一样。

4去掉电动刀架后主轴正反转不能输出，现象：

KA3、KA4不吸合灯不亮

分析：

不能和L1、M1构成回路解决的办法找到X4接口上的2号管脚和10号管脚把系统的24V和开关电源上的24V连上能实现系统对主轴电机的控制。

5进給轴报警。

解决的办法，选择手动工作方式按与限位方向的手动进給键即可推出行程限位

6驱动器报警，在屏幕右上角提示Z轴驱动器报警：

程序停止运行并关闭所有输出信号解决的办法检查驱动器即排除故障重新上电

第六章数控机床的开机调试

6.1机床的各个部分安装就绪后应做好一下工作

一、在手动方式下调试X轴Z轴方向上的进給与后退

二、在手动方式下完成机床的回零

三、在手动与指令输入的方式下。

调试主轴的正反转与无级调速

四、在手动与指令输入方式完成道具的自动换刀

结束：

经测试以上动作均达到设计所规定的要求

参考文献

1、张云波工厂控制技术北京：

机械工业出版社2006年7月第7次

2、邵群涛电机与拖动基础北京：

机械工业出版社2001年7月第1版

3、林其俊数控技术及应用北京：

机械工业出版社2001年3月第1版

4、熊光华数控机床北京：

机械工业出版社2001年3月第1版

5、邵泽强机床数控系统技能实训北京：

北京理工大学出版社2006年7月

6、西安技师学院内部资料广数928TE安装与调试广州数控设备有限公司