毕业设计（论文）-CK6140数控车床机电控制系统设计.docx

控车床机电控制系统设计数控机床是数字控制机床(ComPUternumericalcontrolmachinetools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。CK6140数控车床，其电气系统设计使十分重要的，它包括强电设计、弱点设计、PLC输入输出及接口设计，机床的电气原理图等。本设计给出了整个机床的原理图绘制过程，重点部分模块化，较详细地介绍了各个部分的功能及用途。通过本设计说明书可以基本上掌握数控车床的电气原理，以及基本的电气常识，使读者无论是从整体上还是各个模块中都能够了解到数控车床相关的一系列电气知识。关键字：数控车床；电气控制系统；梯形图；电气原理图；可编程序控制器ABSTRACTCNCmachineisadigitalcontrolmachinetools(Computernumericalcontrolmachinetools)forshort,isaprocesscontrolsystemequippedwithautomatedmachinetools.ThecontrolsystemcandealwithcontrollogicorothersymbolsDirectivecodingprocedures,anddecodingwiththecodeofthedigitalrepresentationoftheinputnumericalcontroldevicethroughthecarrier.Issuedbythearithmeticprocessingvariouscontrolsignalstocontroltheoperationofthemachine,accordingtotheshapeandsizeofthedrawings,andautomaticallybytheCNCmachiningpartsoutofthedevice.CNCmachinesolvestheproblemofcomplexpartsmachining,precisionandlow-volume,multi-species,isaflexible,high-performanceautomatedmachinetools,representsthedevelopmentdirectionofmodernmachinecontroltechnology,isatypicalmechatronicproducts.CK6140CNClathe,electricalsystemdesignmakesitveryimportantthatitincludesstrongelectricaldesign,designweaknesses,PLCinputandoutputandinterfacedesign,machinetools,electricalschematicsandsoon.Thisdesigngivesaschematicdrawingofthewholeprocessofthemachine,thekeypartofamodular,moredetaileddescriptionofthevariouspartsofthefunctionandpurpose.ThroughthisdesignspecificationcanbasicallygrasptheelectricalschematicCNClathes,aswellasbasicelectricalknowledge,sothatreadersareabletounderstandwhetheritisaseriesofCNClathesandelectricalknowledgerelatedtooverallorindividualmodules.KeyWords：CNClathes；ElectricalControlSystem；Ladderdiagram；Thecontrolcircuit；ProgrammableLogicController目录设计错误!未定义书签。数控车床机电控制系统设计1摘要2ABSTRACT3第一章引言61.1 数控技术的概述61.2 数控机床简介61.2.1 数控机床的产生71.2.2 数控机床的特点81.3 数控机床的工作原理和组成81.3.1 数控机床的工作原理81.3.2 数控机床的组成91.4 数控机床和数控技术的发展101.5 CK6140数控车床的主要参数11第二章CK6140数控车床主轴驱动系统132.1 CK6140数控车床运动分析132.2 CK6140数控车床电气系统简述142.3 主轴驱动系统概述142.3.1 主轴电动机152.3.2 主轴电动机选型的要求152.3.3 主轴电动机选型162.4 变频器电动机主轴驱动装置172.4.1 FANUCOiMate主轴驱动装置172.4.2 设备的选型方法182.4.3 变频器主轴伺服驱动电路20第三章CK6140车床的电气控制线路图213.1 CK6140车床电气原理图213.2 继电器线路的分析22第四章CK6140数控车床进给伺服系统设计234.1 机床进给伺服系统概述234.2 CK6140数控车床对伺服驱动进给系统的要求244.3 进给伺服系统的选型与控制原理254.4 伺服电机的选型25第五章CK6140数控车床辅助系统设计255.1 CK6140数控车床辅助系统概述255.2 刀架传动系统设计265.2.1 CK6140数控车床电动刀架的选型265.2.2 电动刀架连接电路275.3 冷却系统的设计295.4 液压系统设计30第六章常用电器元件的选型326.1 低压电器选型的一般原则326.2 断路器的选型326.3 电动机保护用自动开关的选型336.4 熔断器的选型336.5 接触器的选型336.6 热继电器的选型346.7 中间继电器34第七章可编程控制器357.1 可编程控制器概述357.2 可编程控制器的特点367.3 程编控制器的组成及工作方式387.4 I/O分配表397.6 流程图427.7 梯形图437.8 梯形图程序分析467.9 基本功能面板设计537.10 通讯接口53第八章结论55第九章致谢56参考文献57附录58第一章引言1.1 数控技术的概述如今，随着我国社会经济的发展，国内、国际市场竞争越来越激烈，产品更新越来越迅速，中、小批量的生产越来越多。在机械、军工、航空各个行业里，中、小批零件的生产几乎占产品数量75%80%,并且零件外形越来越复杂，其精度要求也越来越高。传统的机床己经不能满足要求，柔性加工的重要性更加突出，数控技术相关装备的需求日益增大。数控技术也叫计算机数控技术，它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。其技术范围覆盖很多领域：机械制造技术；自动控制技术；传感器技术；信息处理、加工、传输技术；伺服驱动技术；软件技术等。随着计算机技术和电子技术的发展，以PLC控制、变频调速、触摸屏人机对话、组态监控为主体的新型控制系统广泛应用于各行各业。尤其在工业自动化领域，可编程控制器已成为大多数自动化系统控制的基础，同时也给工业控制带来了前所未有的变化。本次课题是运用三菱PLC对CK6140车床进行电气化改造。1.2 数控机床简介不同制造厂商制造的CK6140数控车床选用FANUCOTD,FANUCOi-MATETC,FANUCOi-TA,FANUCOi-TB>安川J50L、SIEMENS802D,FAGOR8025T,FAGOR8055T等世界知名公司的数控系统。该机床为万能型通用产品。特别适合于军工、汽车、拖拉机、冶金等行业的机械加工。主要承担各种轴类及盘类零件的半精加工及精加工。可加工内、外圆柱面、锥面、车削螺纹、像孔、较孔以及各种曲线回转体，可对工件可进行多次重复循环加工。基本配置：1、机床采用卧式平床身结构，床身及床腿采用树脂砂铸造，时效处理，导轨采用高频淬火，整体刚性强。2、主传动采用变频电机，可实现手动三档，档内无级调速。3、进给系统采用伺服电机，精密滚珠丝杠，高刚性精密复合轴承结构。定位准确、传动效率高。4、配置立式四工位刀架。5、配有独立的集中润滑器对床鞍及机床滑板进行自动润滑。主轴箱配有独立润滑系统。6、机床配有独立的冷却系统。7、主控制系统为FANUCOi-MATE。8、大孔径主轴，其主轴通孔直径60,能通过较大直径的棒料。主轴扭矩大，刚性强，可强力切削。9、独立放置的操纵箱可纵向滑移，便于操作者就近对刀，操纵箱面板采用触摸式按键，美观可靠。10、配有内冷却，抬起刀架更有利于加工工件及防止冷却液飞溅。11、床鞍及滑板导轨结合面采用“贴塑”处理，移动部件可实现微量进给，防止爬行。1.2.1 数控机床的产生随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品零件的生产设备一一机床也相应的提出了高性能、高精度与高自动化的要求。大批大量的产品，如汽车、拖拉机与家用电器的零件，为了解决高产优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动化车间进行生产。但是应用这些专用生产设备，生产准备周期长，产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长。在机械产品中，单件与小批量产品占到70%80%,这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量。特别是一些由曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。数字控制机床，就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。从本世纪五十年代以来，随着电子、计算机、自动控制以及精密机械与测试技术的不断提高和发展，数控机床也在迅速发展和演变。世界上的第一台数控机床是由美国在五十年代开发研制的，使用电子管元件,体积庞大。到六十年代，由于半导体晶体管的开发应用，数控系统的可靠性提高、价格下降。七十年代随着中小规模集成电路的应用并伴随着纸带传输系统的出现，大大提高了机床的加工效率及使用的灵活性，也使数控机床日趋完善。八十年代以来，微处理器的发展与应用，数控技术也迎来了计算机数字控制时代，随着微处理器的运算速度的不断提高，数控机床的功能和应用范围也在不断的发展与扩大。从这些年数控机床的发展可以看出，它向着高精度、多功能、高速化发展。1.2.2 数控机床的特点数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点。1、能适应不同零件的自动加工。数控机床是按照被加工的数控程序来进行自动加工的，当改变加工零件时，只要改变数控程序，不必用凸轮、靠模、样板或钻键模等专用工艺装备。因此，生产准备周期短，有利于机械产品的更新换代。2、生产效率和加工精度高、加工质量稳定。数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工时。还有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间大为缩短，而且无需工序间的检验与测量，所以，比普通机床的生产率高3-4倍甚至更高。同时由于数控机床本身的精度较高，还可以利用软件进行精度校正和补偿，又因为它是根据数控程序自动进行加工，可以避免认为的误差，因此，不但加工精度高，而且质量稳定。3、能完成复杂型面的加工。4、工序集中，一机多用。数控机床，特别是自动换刀的数控机床，在一次装夹的情况下，几乎可以完成零件的全部加工，一台数控机床可以代替数台普通机床。这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测量和装夹等辅助时间，还可以节省机床的占地面积，带来较高的经济效益5、数控机床是一种高技术的设备。因此，机床价格较高，而且要求具有较高技术水平的人员来操作和维修。尽管如此，使用数控机床的经济效益还是很高的。1.3 数控机床的工作原理和组成1.3.1 数控机床的工作原理数控机床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件1.3.2 数控机床的组成数控机床由以下几个部分组成1、程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定：零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线或加工顺序；主运动的启、停、换向、变速；进给运动的速度、位移大小等工艺参数，以及辅助装置的动作。这样得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，然后用标准的由文字、数字和符号组成的数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行，或者在数控机床以外用自动编程计算机系统完成，比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编程。编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、录音磁带、软磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。2、输入装置它的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。根据程序储存介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、录音机或软盘驱动器。有些数控机床，不用任何程序存储载体，而是将数控程序单的内容通过数控装置上的键盘，用手工方式输入，或者将数控程序由编程计算机用通信方式传送到数控装置。3、数控装置及强电控制装置数控装置是数控机床的核心，它接受输入装置送来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。这些控制信号中最基本的信号是：经插补运算决定的各坐标轴的进给速度、进给方向和位移量指令，送伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动。其他还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号；控制冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度工作台等辅助指令信号等。强电控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统。其主要作用是接收数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换、辅助制造动作等指令信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，以完成指令所规定的动作。止匕外，还有开关信号经它送数控装置进行处理。4、伺服驱动系统及位置检测装置伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。每个作进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动系统有开环、半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还得使用位置检测装置，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。5、机床的机械部件数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件如工作台。托板及其传动部件和床身立柱等支承部件，止匕外，还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且其传动和变速系统要便于实现自动化控制。1.4 数控机床和数控技术的发展自1952年出现第一台数控机床以来，随着计算机、自动控制、伺服驱动与自动检测等技术的迅速发展，表征数控机床的水平和决定数控机床功能与特性的数控系统,从第一代由电子管组成的系统,经历由晶体管和集成电路组成的系统,发展到目前的第五代计算机数控系统（CNC系统），其发展异常迅速，更新换代十分频繁。国外在生产由16位CPU组成的CNC系统的同时，开发了高性能、高可靠性、使用更方便及便于纳入柔性制造系统的以32位CPU为基础的CNC系统。它采用32位高速多主母线和32位CPU微处理器，可以同时处理继电器T型图语言和PaSCal语言；系统采用多板结构，按功能划分成模块，可以实现最小系统到最大系统的系列化，能容易地组成实用与加工中心、铳床、车床、四坐标车床等六种数控系统；它的电子器件采用表面安装工艺，提高印刷电路板的密集度,减少印刷电路板数量，使整个系统小型化；系统采用高分辨率的位置检测装置和高速进给伺服系统，；与数控系统配套的进给伺服系统为高精度全数字化交流伺服系统,采用高速微处理和先进的软件技术,具有进给速度平稳,动态响应快速等特点；它采用的位置检测装置是纯电子式绝对坐标脉冲编码盘，；系统还采用专家系统进行故障监控管理，可以根据知识库的专家规则推断故障的原因，便于操作者进行维修处理。由于数控技术的发展极大地推动了数控机床的发展，在所有品种的机床实现单机数控化的同时，50年代末，出现了用于箱体类零件加工的数控加工中心，它具有自动更换刀具的功能，在一次装夹中可以完成箱体类零件的多面、多工序加工；近年来用于回转体的车削加工中心正在迅速增长，它能完成车削加工的同时，兼有铳、像、钻孔、攻丝等功能。加工中心机床的出现，加之CNC技术、信息技术、网络控制技术以及系统工程学的发展，为单机数控自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展，创造了必要的条件，60年代末期出现的计算机群控系统，就是这一发展趋向的具体体现。随着科学技术和制造工业的飞速发展，迫切需要实现机器的智能化和脑力劳动自动化，以适应市场产品需求多变的要求。自动化制造技术不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要全面实现从生产决策、产品设计、市场预测直到销售的整个生产活动的自动化，特别是技术和管理科室工作的自动化，将这些要求综合成一个完整的生产制造系统，即所谓的计算机集成制造系统，它将一个制造工厂的生产活动进行有机的集成，以实现更高效益、更高柔性的智能化生产。这是当今自动化制造技术发展的最高阶段。1.5 CK6140数控车床的主要参数床身上最大工件回转直径：400mmo拖板上最大工件0转直径：200mmo最大工件长度：100Ommo最大车削长度：850mmo主轴转速范围（变频）：40-1800rmin主轴通孔直径：40mmoX向行程：220mm,Z向行程：100Ommo快速进给速度X/Z:：60008000mmmin每转切削进给量：O.OO5-1OOmmZr进给电机扭矩（功率）：X向4Nm,Z向6Nm定位精度（全程）：X向0.016mm,Z向0.016mm重复定位精度：X向0.007mm,Z向0.07mm尾架套筒内孔锥度：莫氏5号最高加工精度：IT6表面粗糙度：Ral.6四工位电动刀架刀杆截面尺寸：25mm×25mm主轴电动机Ml：7.5KW1000rmin刀台电动机M2：0.18KW1500rmin润滑电动机M3：0.09KW1400rmin冷却电动机M4：0.12KW2900rmin尾座套筒压紧力：90000N尾座套筒直径：85mm尾座套筒行程：110mmCK6140车床进行车削加工时，将工件的一端夹在三爪卡盘上，另一端用顶尖顶紧，完成工件的夹紧定位。启动机床，主电机通过主传动链把运动和动力传递给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动。转动手柄使刀架纵向，横向移动，使其对准工件车削，刀具通过进给传动链实现纵向或横向移动。在切削螺纹时，进给传动链是内联系传动链，主轴旋转一周，刀架的移动量等于螺纹导程。在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链，进给量f也是以工件每转刀架的移动量来计算，车削完成后，刀架实现纵向，横向的快速退刀。并按下停止按钮，使主轴停止转动，再反向拧松三爪卡盘，取出已加工工件，并清扫切屑。CK6140型普通车床适合于车削内、外圆柱面、圆锥面、端面及其它旋转面；能够车削多种公制、英制、模数及径节螺纹，并能作钻孔、拉油槽等加工。第二章CK6140数控车床主轴驱动系统2.1CK6140数控车床运动分析数控车床的运动系统包括，主轴驱动系统，对主轴的控制，进给系统，各个坐标轴的控制，包括各坐标轴伺服电机速度、位置控制，刀具库（对于数控车床指电动刀架）、润滑系统、冷却系统、液压系统等辅助功能的控制。1、主运动传动数控车床的主运动传动链的两端部件是主电动机与主轴，它的功能是把动力源（电动机）的运动及动力传递给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足数控车床主轴变速和换向的要求。2、进给运动传动进给运动传动是指机床上驱动刀架实现纵向（Z向）和横向（X向）运动的进给传动，在CK6140车床上，各轴都由交流流伺服电动机直接驱动。3、刀架传动刀架运动是指实现刀架上刀架的转动和刀架的开定位、定位与夹紧的运动，以实现刀具的自动转换。刀架运动是由换刀交流电动机实现的。4、冷却系统数控机床的冷却系统主要包括用于在切削过程中的冷却刀具和工件，同时也起冲屑作用，由冷却泵实现。5、液压系统CK6140数控车床液压系统主要进行主轴变速换挡，中心跟刀架电机排屑器6、润滑系统CK6140数控车床中的润滑系统为对机床导轨、滚珠丝杠等的润滑。润滑形式有电动间歇润滑泵和定量式集中润滑泵。7、尾座数控车床尾座一般是在加工时对工件起辅助支撑作用，它由尾座体和尾座套筒两部分组成。尾座体可在床身上移动和固定。尾座套筒前安装顶针，套筒可以自动伸出和缩回，实现顶尖对工件的支撑作用。2.2CK6140数控车床电气系统简述CKA6140数控卧式车床的电气控制系统是由CNC主控制装置、交流伺服驱动系统、主轴系统、强电控制部分等构成。CNC主控制装置以及伺服驱动装置，采用日本FANUC公司的产品，使机床性能价格比十分优越；主轴系统采用日本FANUC变频器主轴变速，方便灵活。机床电气控制系统框图如图所示。2.3主轴驱动系统概述主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。本课题数控车床主轴驱动系统采用交流主轴电动机配备变频器控制的方式。2.3.1 主轴电动机主轴驱动部分是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统(CNC)的S代码速度指令及M代码辅助功能指令，驱动主轴进行切削加工。在数控机床上，同样由主轴夹持工件或刀具旋转，直接参加表面成形运动。主运动的最高与最低转速转速范围、传递功率和动力特性，决定了数控机床的切削加工效率和加工工艺能力。主轴组件的回转精度、刚度、抗振性和热变形，直接影响加工零件的尺寸、位置精度和表面质量。2.3.2 主轴电动机选型的要求一般要求1 .调速为了适应不同工件材料及刀具等各种切削工艺要求，主轴必须具有一定的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳切削效率、加工精度和表面质量。调速范围的指标，主要由各种加工工艺对主轴最低速与最高速的要求来确定。2 .功率要求主轴有足够的驱动功率或输出扭矩，能在整个速度范围内均能提供切削所需的功率或转矩，特别是满足机床强力切削时的要求。并且有一定的超载能力和较硬的调速机械特性，即在负载变化的情况下(如断续切削时)，电动机转速波动较小。即要求在大力矩、强超载能力的基础上实现宽范围无级变速3 .精度这里主要指主轴回转精度。并具有足够的刚度和抗振性，具在较好的热稳定性，即主轴的轴向和径向尺寸随温度变化较小。4 .动态同应性要求主轴升降速时间短，调速时运转平稳。对有的机床需同时能实现正反转切削，则要求换向时均可进行自动加减速控制，即要求有四象限驱动能力。2.3.3主轴电动机选型查机电一体化手册车削功率在5-8kw之间根据切削功率PC与主传动链的总Pf效率估算,即P=IIo主传动链的功率效率11=0.70.85,数控车床多采用调速电动机和较短的机械传动链，效率较大，因此取1二0.78,则估计P在6.41kw10.25kw.之间。数控车床的加工范围一般都比较大，切削功率PC可根据有代表性的加工情况，由其主切削抗力入PC=60000KWFZ-主切削力的切向分力，N；I-切削速度NC加；查金属切削手册知，以硬质合金刀具车削合金结构钢为例，数控车床有代表型的主切削力的切向分力乙大约在2500左右，切削速度取90250rmin,则知道PC=2500×12060000=5kwPcP=6.4kw考虑到空转运转的功率损失，如各传动件在空转运行时的摩损功耗，传动件的搅油和克服空气阻力功率以及其其他动载荷的摩擦损耗等。CK6140数控车床床是中等规格数控车床，参照国内外同类机床的电动机功率，此机床可以选取7.5kw的电动机，考虑到数控机床变速范围比较大，选用交流变频电动机TLDI2-YVP112,标称功率7.5kw,额定转矩60Nmo2.4.1 FANUCOiMate主轴驱动装置主轴系统主要由主轴驱动装置及主轴电动机组成。FANUCOiMate数控装置提供了模拟主轴和串行主轴界面供用户选择。当用户选择模拟主轴时，一般选用通用变频器作为主轴驱动装置；当用户选择串行主轴时，FANUCOiMate数控系统提供了SPM系列专用主轴驱动装置。本机床采用通用变频器作为主轴驱动装置。(1)变频器的工作原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交一直一交方式(VVVF变频或矢量控制变频)，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。(2)变频器的调速：基于调速方便、节能、运行可靠的优点，变频调速器已逐渐替代传统的变极调速、电磁调速和调压调速方式。在推出PWM磁通向量控制的变频器数年后，1998年末又出现采用DTC控制技术的变频器。ABB公司的ACS600系列是第一代采用DTC技术的变频器，它能够用开环方式对转速和转矩进行准确控制，而且动态和静态指标已优于PWM闭环控制指标。直接转矩控制以测量电机电流和直流电压作为自适应电机模型的输入。该模型每隔25s产生一组精确的转矩和磁通实际值，转矩比较器和磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的给定值进行比较，以确定最佳开关位置。由此可以看出它是通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路的开关状态,进而调整电机的转矩和磁通，以达到精确控制的目的。2.4.2 设备的选型方法1、根据负载特性选择变频器。如负载为恒转矩负载可选择西门子MMV/MDV变频器，FANUC变频器，ABB公司ACS400系列变频器等；如负载为风机、泵类负载可选择西门子ECo、MM430变频器，ABB公司ACS800系列变频器等。2、选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10%而温升会增加20%左右。所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。3、变频器若要长电缆运行时，此时应该采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不够。所以变频器应放大一、两档选择或在变频器的输出端安装输出电抗器。4、当变频器用于控制并联的几台电机时，一定要考虑变频器到电动机的电缆的长度总和在变频器的容许范围内。如果超过规定值，要放大一档或两档来选择变频器。另外在此种情况下，变频器的控制方式只能为V/F控制方式，并且变频器无法实现电动机的过流、超载保护，此时需在每台电动机侧加熔断器来实现保护。5、对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高开关频率、高海拔高度等,此时会引起变频器的降容，变频器需放大一档选择。6、使用变频器控制高速电机时，由于高速电动机的电抗小，会产生较多的高次谐波。而这些高次谐波会使变频器的输出电流值增加。因此，选择用于高速电动机的变频器时，应比普通电动机的变频器稍大一些。7、变频器用于变极电动机时，应充分注意选择变频器的容量，使其最大额定电流在变频器的额定输出电流以下。另外，在运行中进行极数转换时，应先停止电动机工作，否则会造成电动机空转，恶劣时会造成变频器损坏。8、驱动防爆电动机时，变频器没有防爆构造，应将变频器设置在危险场所之外。9、使用变频器驱动齿轮减速电动机时，使用范围受到齿轮转动部分润滑方式的制约。润滑油润滑时，在低速范围内没有限制；在超过额定转速以上的高速范围内，有可能发生润滑油用光的危险。因此，不要超过最高转速容许值。10、变频器驱动绕线转子异步电动机时，由于绕线电动机与普通的鼠笼电动机相比，绕线电动机绕组的阻抗小，因此，容易发生由于纹波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比通常容量稍大的变频器。11、变频器驱动同步电动机时，与工频电源相比，会降低输出容量10%20%,变频器的连续输出电流要大于同步电动机额定电流与同步牵入电流的标幺值的乘积。12、变频器驱动潜水泵电动机时，因为潜水泵电动机的额定电流比通常电动机的额定电流大，所以选择变频器时，其额定电流要大于潜水泵电动机的额定电流。13、当变频器控制罗茨风机或特种风机时，由于其起动电流很大，所以选择变频器时一定要注意变频器的容量是否足够大。14、选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。15、单相电动机不适用变频器驱动。2.4.3变频器主轴伺服驱动电路A4如图上图3-1所示，采用三相交流380V电源供电；速度指令由0、L脚输入（在数控车床上一般由数控装置或PLC的模拟量输出界面输入），指令电压范围是O-IOV;主轴电动机的启动/停止以及旋转方向由继电器KAI、KA2控制，当KAl闭合时电动机正转，当KA2闭合时电动机反转，若KAI、KA2同时都断开或闭合则电动机停止，也可以定义为KAl控制电动机的启动和停止，KA2控制电动机的旋转方向。变频器根据输入的速度指令和运行状态指令输出相应频率和幅值的交流电压，控制电动机旋转。第三章CK6140车床的电气控制线路图3. 1CK6140车床电气原理图主电机采用Y-降压启动，因为这种启动方法的优点是：设备简单、经济、启动电流小，缺点是启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适合用于空载或轻载启动的场合，并只适用于正常运行时定子绕组按三角形连接的异步电动机。由于这种方法应用广泛，我国规定4KW及以上的三相异步电动机，其定子额定电压为380V,连接方法为三角形连接。当电源线电压为380V时，它们就能采用Y-降压启动。如图所示为CK6140车床的电气原理图。4. 2继电器线路的分析1、从图中可以看出，断路器QS将三相电源引入，QFl为主电动机Ml的短路保护和过载保护的断路器，QF2为刀架快移电动机M2的短路保护的断路器,为起消灭电弧防止电弧弧光短路，防止造成设备损毁，提高开关分断能力以及人员损伤的作用，点动时也加灭弧器FV2。通过互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组的电流。三台电机任意一台过载三台同时停止工作。2、控制电路分析(1)主电动机的点动调整控制电路中KM3为Ml电动机的正转接触器，KM为Ml电动机的长动接触器，KA为中间继电器。Ml电动机的点动由点动按钮SB6控制。按下按钮SB6,接触器KM3得电吸合，他的主触点闭合，电动机的定子绕组限流电阻R与电源接通，电动机在较低速度下启动。(2)主电动机的正反转控制电路主电动机的正转由正向起动按钮SBl控制。按下按钮SBl时，接触器KM首先得电动作，他的主触点闭合将限流电阻短接，接触器KM的辅助动合触点闭合使中间继电器KA得电，它的触点闭合，使接触器KM3得电吸合。KM3的主触点将三相电源接通，电动机在额定电压下正转起动。KM3的动合辅助触点和KA的动合触点的闭合将KM3线圈自锁。反转起动时用反向起动按钮SB2,按下SB2,同样是接触器KM得电，然后接通接触器KM4和中间继电器KA,于是电动机在满压下反转起动。KM3的动断辅助触点和KM4的动断辅助触点分别串在对方接触器线圈的回路中，起到电动机正传和反转的电气互锁作用。(3)主轴电动机的反接制动控制当速度接近于零时，用速度继电器的触点给出信号切断电动机电源。速度继电器与被控电动机是同轴相连的，当电动机正转时，速度继电器的正转常开触点KSI闭合；电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2闭合。当电动机正向旋转时，接触器KM3和KM,继电器KA都处于得电动作状态，速度继电器的正转动合触点KSl也是闭合的，这样就为电动机正传时的反接制动做好了准备。需要停车时，按下停止按钮SB4接触器KM失电，其主触点断开，电阻R串入主回路,与此同时KM3也失电，断开了电动机电源，同时KA失电，KA的动断触点闭合。在松开SB4后就使反转接触器KM4的线圈得电，电动机的电源反接，电动机处于反接制动状态。当电动机的转速下降到速度继电器的复位转速时，速度继电器KS的正转动合触点KSI断开，切断了接触器KM4的通电回路，电动机脱离电源停止。电动机反转时的制动与正转时的制动相似。当电动机反转时，速度继电器的反转动合触点KS2是闭合的，这时按一下停止按钮SB4,在SB4松开后正转接触器线圈得电，正转接触器KM3吸合将电源反接使电动机制动后停止。（4）刀架的快速移动和冷却泵控制刀架的快速移动是由转动刀架手柄压动限位开关SQ来实现的。当手柄压动SQ后，接触器KM2得电吸合，M3电动机带动刀架快速移动。如果车削加工需要冷却液时按下SB6,冷却泵电动机M3动作，KM4线圈得电