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機(jī)床的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)及伺服系統(tǒng)類型


日期:2010年01月17 來源:沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字:機(jī)床

    1.伺服系統(tǒng)的作用
    根據(jù)第1章所述,伺服系統(tǒng)是指以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)按調(diào)節(jié)理論分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng);機(jī)床按伺服電動機(jī)的類型分為直流、交流伺服系統(tǒng);按驅(qū)動軸類型分為主軸、機(jī)床電器進(jìn)給伺服系統(tǒng)。本機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。位置檢測元件不直接安裝在進(jìn)給坐標(biāo)的最終運(yùn)動部件上,而是中間經(jīng)過機(jī)械傳動部件的位置轉(zhuǎn)換,稱為間接測量。亦即坐標(biāo)運(yùn)動的傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外,在環(huán)外的傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補(bǔ)償,因而這種伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)。但由于環(huán)內(nèi)不包括絲杠螺母副及工作臺,所以可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性。
    在數(shù)控機(jī)床中,主軸、進(jìn)給伺服系統(tǒng)指主軸的速度控制系統(tǒng)和各坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。主軸伺服系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,提供切削過程中的轉(zhuǎn)矩和功率,機(jī)床電器且保證任意轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),完成在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級變速。進(jìn)給伺服系統(tǒng)接受來自CNC裝置的進(jìn)給脈沖,經(jīng)變換和放大,再驅(qū)動各加工坐標(biāo)軸按指令脈沖運(yùn)動。這些軸帶動工作臺,通過幾個(gè)坐標(biāo)軸的綜合聯(lián)動,使刀具相對于工件產(chǎn)機(jī)床生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動,加工出所要求的復(fù)雜形狀工件。
    2.伺服驅(qū)動元件的型號
    本機(jī)床進(jìn)給軸所用電動機(jī)是永磁式交流同步伺服電動機(jī),主軸電動機(jī)選用感應(yīng)式交流異步伺服電動機(jī)。直流伺服電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能,但由于它的電刷和換向器容易磨損,有時(shí)產(chǎn)生火花,電動機(jī)的最高速度受到限制,且直流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高,所以在使用上受到一定的限制。機(jī)床電器在某些場合下,直流伺服電動機(jī)已逐漸被交流伺服電動機(jī)代替。交流伺服電動機(jī)無電刷、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)好、輸出功率較大,因而在數(shù)控機(jī)床上已被廣泛應(yīng)用。
    加工中心的控制系統(tǒng)是復(fù)雜的自動控制系統(tǒng),它是CNC、PLC、伺服控制器及液壓控制元件、電器元件的組合系統(tǒng)。在更換了數(shù)控系統(tǒng)之后,電氣系統(tǒng)需要進(jìn)行較大程度的修改。PLC是內(nèi)置式,CNC系統(tǒng)是大板式結(jié)構(gòu),仔細(xì)研究各控制部件的說明書,熟悉CNC及伺服控制器的機(jī)床各接口及引腳的功能,對液壓系統(tǒng)的動作順序進(jìn)行設(shè)計(jì)。
    1.加工中心PLC的特點(diǎn)
    J50M數(shù)控裝置的PLC屬于內(nèi)置型PLC,該類型是專為實(shí)現(xiàn)加工中心順序控制面設(shè)計(jì)•制造的,它從屬于CNC裝置,PLC與NC間的信號傳送在CNC裝置內(nèi)部就可完成,而PLC與機(jī)床側(cè)的信息傳送則要通過輸入/輸出接口來完成。其特點(diǎn)如下:
    1)內(nèi)置型PLC實(shí)際上是作為CNC裝置帶有的PLC功能機(jī)床電器,一般作為一種基本功能提供給用戶。
    2)內(nèi)置型PLC的性能指標(biāo)是根據(jù)所從屬的CNC系統(tǒng)的規(guī)格、性能、適用機(jī)床的類型等確定的,其硬件和軟件部分被作為CNC系統(tǒng)的基本功能或附屬功能與CNC系統(tǒng)一起統(tǒng)一設(shè)計(jì)制造。因此,系統(tǒng)的軟件和硬件整體結(jié)構(gòu)十分緊湊,PLC所具有的功能針對性強(qiáng),技術(shù)指標(biāo)較合理、實(shí)用,較適合于單臺數(shù)控機(jī)床的場合。
    3)在系統(tǒng)機(jī)構(gòu)上,內(nèi)置型PLC既機(jī)床可以與CNC共用一個(gè)CPU,也可以單獨(dú)使用一個(gè)CPU,此時(shí)的PLC對外有單獨(dú)配置的輸入/輸出電路,而不使用CNC裝置的輸yk/輸出電路。
    4)采用內(nèi)置型的PLC,擴(kuò)大了CNC內(nèi)部直接處理的通信窗口功能,可以使用梯形圖的編輯、傳送等高級控制功能,且成本低,提高了CNC的性能價(jià)格比。
    通過編程能完成機(jī)床需要的各類順序控制功能。機(jī)床電器NC和JSD模式可很方便地選擇和切換,PLC程序可用CRT面板進(jìn)行編輯。
    2.PLC參數(shù)的設(shè)計(jì)
    J50M數(shù)控裝置的PLC參數(shù)主要包括以下內(nèi)容:
    (1)控制方式。掃描方式。
    (2)處理時(shí)間。大約2.7~ts/步;高速掃描時(shí)間:8ms;低速掃描時(shí)間:8msX n(n由總的程序容量確定)。
    (3)程序存儲容量。存儲元件:EEPROM(1024KB);基本:64KB(1EPROM)(對應(yīng)大約16000步基本命令)。
    (4)命令語句的格式。基本指令59種,機(jī)床其中,機(jī)床電器繼電器指令13種,寄存器指令37種,定時(shí)器指令2種,控制指令7種;用戶宏指令13種。
    指令代碼說明:
    SUBP005計(jì)數(shù)器增、減計(jì)數(shù),預(yù)置計(jì)數(shù),循環(huán)記數(shù);記數(shù)范圍為0—9999;
    SUBP006旋轉(zhuǎn)控制;
    SUBP007代碼轉(zhuǎn)換;
    SUBP009模式清除;
    SUBP011校核;
    SUBP014數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;
    SUBP017數(shù)據(jù)查找;
    SUBP018索引數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。
    用上述9種宏指令時(shí),還要用到下面的4種輔助指令
    PISH設(shè)置SUBP指令所用的數(shù)值;
    APSH設(shè)置SUBP指令所用的寄存器地址;
    PUSH設(shè)置SUBP指令所用的寄存器地址;
    TPSH設(shè)置SUBP指令所用的可編程機(jī)床控制器表的表號。
    (5)程序功能
    內(nèi)部繼電器:4000點(diǎn)
    寄存器:500個(gè)(8位外)
    (1~2_k地址是重復(fù)的,已作寄存器地址的,機(jī)床電器不可用作繼電器地址,反之亦然)
    定時(shí)器:94點(diǎn)(5類)
    8ms”2.4s    20點(diǎn)
    50ms”12.75s    30點(diǎn)
    lOOms”25.5s    30,點(diǎn)
    1—255s    10點(diǎn)
    1—255min    4點(diǎn)
    順序控制參數(shù):100個(gè)(8位/個(gè))
    保持型繼電器:7200點(diǎn)
    保持型存儲器:900個(gè)(8位/個(gè))
    (以上地址是重復(fù)的,已作寄存器機(jī)床地址的,不可用作繼電器地址,反之亦然)
    (6)輸入、輸出說明標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出板<FC810(FC860)>直流輸入:112點(diǎn),非接觸輸出:96點(diǎn)<FC861>直流輸入:64點(diǎn),非接觸輸出:56點(diǎn)CBT面板內(nèi)帶的輸入輸出板<SP50-1>直流輸入:64點(diǎn),非接觸輸出:32點(diǎn)<$P50~2>直流輸入:64點(diǎn),非接觸輸出:56點(diǎn)(本機(jī)床使用)
    3。PLC內(nèi)部地址號
    PLC的輸入/輸出信號、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器以及帶電池的存儲器等都被指定了相應(yīng)的地址號。
    先配置總線參數(shù),使數(shù)控系統(tǒng)各硬件模塊與主機(jī)的通信處于“B_UN”狀態(tài)。進(jìn)人參數(shù)設(shè)定界面后,先在機(jī)床通用參數(shù)界面設(shè)定機(jī)床所有物理軸的通道和軸名稱,然后在通道參數(shù)界面分別機(jī)床電器設(shè)定通道名、幾何軸名稱、機(jī)床存在軸的序號、編程軸的名稱等數(shù)據(jù)。最后,在軸參數(shù)界面設(shè)定各個(gè)軸的具體數(shù)據(jù),如速度、行程、參考點(diǎn)、絲杠螺距、傳動比、位置到位寬度、位置增益、加減速時(shí)間等。在設(shè)置的時(shí)候,機(jī)床按照機(jī)床的功能和性能要求,對數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整。PLC程序調(diào)試對主軸自動換檔、自動換刀和工作臺自動旋轉(zhuǎn)等進(jìn)行調(diào)試。
    升級改造是經(jīng)濟(jì)型改造,因此在改造前首先對機(jī)床的原始資料(使用說明書、操作編程手冊等)進(jìn)行深入分析,制定了改造的方案及步驟。根據(jù)機(jī)床功能擴(kuò)展的要求選擇了數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺;對原機(jī)床的電氣部分進(jìn)行徹底改造,根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)選擇了具有X、Y、Z、A四個(gè)坐標(biāo)軸控制能力、價(jià)位相對合理、機(jī)床電器可靠性較高的日本安川公司的CNC控制器及該公司的伺服控制系統(tǒng)替代機(jī)床現(xiàn)有的控制裝置。針對機(jī)床特點(diǎn)機(jī)床對伺服控制器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定,針對該系統(tǒng)進(jìn)行了整個(gè)機(jī)床電器原理圖的設(shè)計(jì)及PLC邏輯控制程序的設(shè)計(jì),最后進(jìn)行了機(jī)床各部分的調(diào)試。
    經(jīng)過這次改造,該加工中心完全能滿足公司提出的各項(xiàng)技術(shù)要求及新產(chǎn)品開發(fā)的需要,機(jī)床電器大大縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期,為公司產(chǎn)品贏得市場爭取了時(shí)間。

 


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