数控机床电气系统的安装与调试.docx

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数控机床电气系统的安装与调试

数控机床电气系统的安装与调试

CK0630数控机床电气系统的安装与调试

一、内容提要-----------------------------------------------------⒊

二、关键词-------------------------------------------------------⒊

三、正文---------------------------------------------------------5

3.1  机床的总体设计与使用的元器件---------------------------------6

3.1.1机床的配置---------------------------------------------------6

3.1.2技术要求-----------------------------------------------------6

3.1.3机床数控系统的选择-------------------------------------------7

3.1.4机床电气原件的选择-------------------------------------------7

3.2控制对象的选择-----------------------------------------------8

3.3对控制对象的要求---------------------------------------------9

3.4对控制要求的实现--------------------------------------------12

3.4.1主轴的实现--------------------------------------------------12

3.4.2进给轴的实现------------------------------------------------13

3.4.3自动换刀的实现----------------------------------------------15

3.5系统参数的设置----------------------------------------------16

3.5.1刀具参数设置------------------------------------------------17

3.5.2主轴参数设置------------------------------------------------17

3.5.3进给轴参数设置----------------------------------------------17

3.5.4回零设置----------------------------------------------------17

3.6机床的调试--------------------------------------------------17

3.6.1系统的调试--------------------------------------------------17

3.6.2变频器的调试------------------------------------------------19

3.7常见故障现象分析--------------------------------------------20

3.8机床的开机调试----------------------------------------------20

四总结与体会--------------------------------------------------21

五参考文献---------------------------------------------------21

一内容提要

数字控制技术简称为数控（NC）技术，是一种自动控制技术，它能够对机器的运动和动作进行控制。

采用数控技术的控制系统称为数控系统。

装备了数控系统的机床称为数控机床。

由于数控机床的种类多、数量大，这就促进了数控技术的发展。

本文通过CK0630数控车床阐述了数控技术的应用。

重点介绍了控制要求的实现和机床的调试。

。

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。

二关键词

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

1机床的总体设计与使用的元器件

3.1.1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。

3.1.2技术要求：

1主轴转速范围：

100—1500

2Z轴行程范围：

-034—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。

3.1.3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。

·

3.1.4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.M  Nn2500rpm

Nmax:

3000rpm。

3隔离变压器：

BS---120三相隔离变压器

输入：

380V 50/60Hz

输出：

220V

4控制变压器：

初级220V     工频50Hz

次级110V

5交流接触器：

型号（CJX4—D）---120

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220V

8变频器：

安川变频器

型号：

CLMR---V7AT41P5

SPEC:

41P50

INPUT:

AC3PH  380---460   50/60Hz  7A

LOTNO:

NRV7A44---OX4

9开关电源：

型号D---30B

3.2控制对象的选择

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以下三点。

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

1.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，

2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

广州数控CK0630数控车床系统对车床的控制对象：

主轴、进给轴、刀架、润滑及冷却液。

3.3对其各控制对象要求

对其各控制对象要求为：

主轴——转速在0—1500r/min内实现无级变速，并能实现正、反转，在任意时刻都可以急停，加、减速时间短，并能保证运动过程中车床的稳定性。

进给轴——能控制X、Z两轴的动作，最小指令单位为：

0.001mm，能使X、Z轴进行高低速的转换以实现快速进给和工进。

刀架——能实现四工位的自动换刀和锁紧，电动机控制，换刀必须准确无误。

冷却液——能控制冷却液的开、关。

润滑——能实现自动润滑。

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。

 主轴控制原理：

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，下表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）

表3.3—1

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

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

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=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）

N05=0可反转

N09、N11同上

N16、N17根据实际需要设定

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）

P11 D2=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

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，们与数控系统的接口为X4、X5接口。

伺服的启动与停止电路

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

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

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

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。

自动换刀装置

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。

3.4对各控制对象要求的实现

3.4.1主轴的实现

机床的主运动通常是旋转运动，无需丝杠或其他直线的装置。

随着生产力的不断提高、机床结构的改进、加工范围的扩大，要求机床主轴的速度和功率不断提高；要求主轴的转速范围不断的扩大；要求主轴的恒功率恒转速范围要大，另外还要求数控机床的螺纹切削功能。

主轴采用了三相异步电动机进行主轴的驱动，并用DC0~10V单极性的模拟电压通过变频器来进行变速。

机床上电后，按下主轴正转按钮，系统向输出接口X7的22号管脚输入一个低电平，使得继电器KA3吸合，进而继电器KA3的常开触点闭合，变频器的S1、SC端口接通使主轴电动机实现正转。

按下反转按钮，系统向输出接口X7的9号管脚输入一个低电平，使得继电器KA4吸合，进而继电器KA4的常开触点闭合，同时接口X7的22号管脚变位高电平使KA3的常开触点打开，变频器的S2、SC端口接通使主轴电动机实现反转。

主轴电动机的轴上还装有脉冲编码器作为转速和位置的检测元件。

主轴的电气连接如下图所示：

图3.4.1—1

加工螺纹，就应使带动工件旋转的主轴转数与X、Z轴的进给量保持一定的关系：

即主轴每转一转按所要求的螺距沿工件的Z轴进给相应的距离。

采用了脉冲编码器作为主轴的转速和位置的检测元件，并用皮带与主轴连接，传动比为1：

1，与主轴一起旋转，发出脉冲。

这些脉冲送到CNC装置作为进给轴的脉冲源，经系统对螺距计算后，发给进给轴位置伺服系统，使进给量与主轴转数保持所要求的比率。

3.4.2进给轴的实现

进给驱动系统包括进给轴的伺服电动机和驱动器。

进给运动是根据被加工工件的形状，保持工件与刀具的相对位置。

进给运动驱动动力源的功率要求较小，为了保证生成被加工工件所需要的型线和一定的加工精度，进给轴采用了半闭环系统的伺服电动机来进行控制，在交流伺服电动机的半闭环系统中驱动器接收到系统发出的位置指令，驱动电机动作位置反馈系统将其与机床上位置检测元件测得的实际位置相比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床的轴运动，使刀具完成相对工件的正确运动，加工出要求的工件轮廓。

数控机床进给系统是由伺服电动机通过齿轮传至滚珠丝杠带动刀架做直线运动。

GSK928TE数控系统与GSKDA98的接线图如下图3.4.1—2图3.4.1—3所示：

X轴接线图

图3.4.1-2

Z轴接线图

图3.4.1—3

3.4.3自动换刀的实现

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。

刀架被锁紧时。

电机停止转动，换刀结束锁紧时。

刀架的自动换刀用单相电机控制。

数控的自动换刀系统是机床的一个重要的组成部分。

刀架为四工位分别为：

1号位、2号位、3号位、4号位、每个工位对应一个刀位到位信号。

当系统发出换刀信号后,数控系统向刀架接口X4的1号管脚输入一个低电平，使得继电器KA1得电吸合，其常开触点KA1闭合，常闭触点KA1打开,刀架正转控制接触器ＫＭ2接通110Ｖ交流电源,ＫＭ2吸合,换刀电机通入电后正向旋转,驱动蜗杆减速机构,螺杆升降机构使上刀体上升。

当上刀体上升到一定高度时,离合转盘起作用,带动上刀体旋转。

刀架上端的发信盘对应每个刀位都安装一个霍尔元件SQ9、SQ10、SQ11、SQ12，当上刀体旋转到某一刀位时,该刀位上的霍尔元件与刀架上的磁钢感应向系统反馈刀位信号，数控系统将反馈的刀位信号与指令输入的刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明上刀体已旋到所选刀位,否则继续旋转。

转到所选刀号后,数控系统立即向接口X4的1号管脚输入一个高电平使KA1断开进而使得刀架停止旋转，并向接口X4的9号管脚输入一个低电平，使得KA2得电吸合，其常开触点KA2闭合，常闭触点KA2打开,刀架反转控制接触器ＫＭ3接通110Ｖ交流电源,ＫＭ3吸合,换刀电机通入电后反向旋转,在活动销的反靠作用下，蜗杆带动上刀体下降，直至齿轮盘啮合完成精定位。

刀架电动机反转锁紧的时间是由数控系统中所存在参数所决定的。

图3.4.3-1

图3.4.3-2

刀架部分的电气连接：

图3.4.3-3

3.5系统参数的设定

3.5.1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回转刀架

3.5.2主轴参数设置在前面章节已设置故不在设置发

3.5.3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

3.5.4回零设置    

P11号参数D0\D1

  P12号参数D7位

3.6机床的调试

3.6.1系统的调试

GSK928TE数控系统设计了P01~P25共25个参数，每个参数都有其确定的含义并决定数控系统机床的工作方式。

在选择参数号后，系统点亮显示所选的参数号并在屏幕下方用汉字显示了该参数的名称。

各参数的具体含义如下表图所示：

表3.4.1—3

3.6.2变频器的调试

a、简易运行指示灯的名称：

FREF频率指令设定/监视

FOUT输出频率监视

IOUT输出电流监视

MNTR多功能监视

F/R操作器RUN指令的正反选择

LO/RE面板/远程选择

PRDM参数NO/数据

b、参数调试：

N02=0时，操作器RUN、STOP有效

RESET=1时，控制回路端子的运行、停止有效

N03=0时，操作起的旋钮有效

=2时，控制回路端子的的电压指令（0—10V）有效

N05=0时，可反转

=1时，不可反转

N09=50~400HZ最高输出频率

N11=0.2~400HZ最大电压输出频率（基波频率）

随着数控系统、机床结构和刀具材料的技术发展，数控车床将向高速化发展，进一步提高主轴转速移动以及换刀速度；工艺和工序将复合化、集中化；数控车床向多主轴、多刀架发展；为实现长时间无人化全自动操作，数控车床向全自动方向发展；机床的加工精度向更高方向发展。

3.7 常见故障现象分析

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

3.8数控机床的开机调试

机床的各个部分安装就绪后应做好一下工作

在手动方式下调试X轴Z轴方向上的进給与后退

在手动方式下完成机床的回零

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

在手动与指令输入方式完成道具的自动换刀

四总结体会：

首先我要感谢我的老师们，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀．今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

五参考文献

1、张云波  《工厂控制技术 》   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》  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 》机械工业出版社  2001年3月第1版

4、熊光华   《数控机床》       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》  北京理工大学出版社 2006年7月

6、广数928TE安装与调试》   广州数控设备有限公司

7、付承云《