数控机床电气连接与调试.pptx
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1、【学习目的】1.认识数控机床主轴电气控制电路的组成和工作特点;2.学习主轴变频器的结构和参数,变频调速原理;3.学习主轴伺服电气控制的连接和调试;4.学习数控机床主轴控制电路系统的主要性能指标及参数;5.了解主轴定向控制等特殊功能。【学习方法建议】讲授、现场教学 【知识点和技能点】机床主轴电气控制电路系统组成、主轴变频器的使用、变频 调速控制的实现、性能指标、参数的选用,数控机床主轴电气 的连接与调试。数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第1页/共41页数控机床主轴电气控制是将频率固定的三相交流电变为频率和电压连续可调的三相交流电,对电动机实现调速控
2、制。主轴的电气控制除了完成变频调速外,还要完成主轴的准停及分段实现无极调速。本学习任务是:掌握交流伺服电机变频调速的原理,掌握交流变频驱动器的功能及主要参数,学会主轴电气控制系统的连接和参数调试,认识数控机床主轴的准停功能及分段实现无极调速。一、任务的引入一、任务的引入数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第2页/共41页反馈信号反馈信号主轴电机主轴电机主轴结构主轴结构主轴电气控制结构图主轴电气控制结构图数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第3页/共41页 下图是主轴电机、主轴变频器及与数控系统端口连接下图是
3、主轴电机、主轴变频器及与数控系统端口连接的电气控制原理,要完成对数控机床主轴的电气控制,我的电气控制原理,要完成对数控机床主轴的电气控制,我们必须认识交流伺服电机、主轴变频器伺服驱动器的功能们必须认识交流伺服电机、主轴变频器伺服驱动器的功能和原理及与数控装置的连接和调试。这是我们本学习的主和原理及与数控装置的连接和调试。这是我们本学习的主要任务。要任务。二、任务分析1.主轴变频调速控制的原理图主轴变频调速控制的原理图数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第4页/共41页数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第5
4、页/共41页2、主轴伺服驱动的特点、主轴伺服驱动的特点 功率大、调速范围广、过载能力强、温度变化小、可功率大、调速范围广、过载能力强、温度变化小、可靠性高、维护简单靠性高、维护简单1)直流主轴驱动)直流主轴驱动一般采用可控硅和脉宽调制(一般采用可控硅和脉宽调制(PWM),调速性能好,),调速性能好,但直流电机有机械换向的弱点,应用受限。但直流电机有机械换向的弱点,应用受限。2)交流主轴驱动)交流主轴驱动采用鼠笼式感应交流电机,通过矢量变换控制,实现采用鼠笼式感应交流电机,通过矢量变换控制,实现变频调速。没有机械换向。变频调速。没有机械换向。数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-3
5、4604-3 高职高专课件第6页/共41页三、相关知识三、相关知识1、主轴电动机、主轴电动机 主轴电动机:一般是指单独的驱动电动机,通过直联、皮带传动、主轴电动机:一般是指单独的驱动电动机,通过直联、皮带传动、齿轮传动等形式,驱动主轴旋转。主轴电动机一般功率很大,因而电动齿轮传动等形式,驱动主轴旋转。主轴电动机一般功率很大,因而电动机的结构对散热要求更高。根据不同机床的要求,一般分鼠笼电动机、机的结构对散热要求更高。根据不同机床的要求,一般分鼠笼电动机、变频主轴电动机、伺服主轴电动机。变频主轴电动机是依据变频器对普变频主轴电动机、伺服主轴电动机。变频主轴电动机是依据变频器对普通异步电动机效率、
6、温升、绝缘破坏、噪音、震动等方面的影响,在结通异步电动机效率、温升、绝缘破坏、噪音、震动等方面的影响,在结构、材料选择、冷却方式进行改进设计。有效抑制高频磁场谐波,配合构、材料选择、冷却方式进行改进设计。有效抑制高频磁场谐波,配合精密机械制造,保障电磁噪声和机械噪声得到有效的控制。采用高分子精密机械制造,保障电磁噪声和机械噪声得到有效的控制。采用高分子绝缘材料及真空压力浸漆工世及特殊的绝缘结构设计,使电气绕组绝缘绝缘材料及真空压力浸漆工世及特殊的绝缘结构设计,使电气绕组绝缘耐力及机械强度无比强劲,足以胜任马达之高速运转及抵抗变频器高频耐力及机械强度无比强劲,足以胜任马达之高速运转及抵抗变频器高
7、频电流冲击对绝缘之破坏。具有宽范围恒转矩调速特性,调速平稳,无转电流冲击对绝缘之破坏。具有宽范围恒转矩调速特性,调速平稳,无转矩脉动。采用专用进口轴承,精密度高,胜任高速运转。强制通风散热矩脉动。采用专用进口轴承,精密度高,胜任高速运转。强制通风散热系统,采用轴流风机独立强制降温,保证电动机在任何转速下系统,采用轴流风机独立强制降温,保证电动机在任何转速下,得到有效得到有效的散热的散热,可实现高速或低速长期运行。可实现高速或低速长期运行。数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第7页/共41页永磁式交流同步伺服电机的结构和工作原理数控机床电气连接与调试
8、张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第8页/共41页2.主轴变频调速控制主轴变频调速控制 当定子三相绕组通入三相交流电时,产生一个以同步转速当定子三相绕组通入三相交流电时,产生一个以同步转速n的旋转磁场,的旋转磁场,转子磁极就被定子旋转磁场吸住,以同步转速旋转。其转速为:转子磁极就被定子旋转磁场吸住,以同步转速旋转。其转速为:n60 f(1s)/p n 电动机的转速,电动机的转速,r/min n1 同步转速,同步转速,r/min p 磁极对数磁极对数 s 转差率,转差率,%f 频率,频率,Hz 交流伺服电机交流伺服电机数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-34
9、604-3 高职高专课件第9页/共41页3.主轴变频控制主轴变频控制 我们知道,交流电动机的同步转速表达式位:n60 f(1s)/p n 电动机的转速,r/min n1 同步转速,r/min p 磁极对数 s 转差率,%f 频率,Hz 由转速公式可知,我们可以通过改变极对数、转差率和频率的方法实现对异步电动机的调速。变频调速就是通过改变交流电动机输入电压频率来改变电动机的转速。实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性。因为由异步电动机的电势公式可知,外加电压近似与频率和磁通乘积成正比,即:UE=C1f 式中:C1为常数,因此有:E/fU/f 数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7
10、-111-34604-3 高职高专课件第10页/共41页从上式可知:频率从工频向下调,就要上升,将导致铁心过饱和,使励磁电流迅速上升,电机的负载能力降低,要保持主磁通恒定不变,要求在变频的同时还要变压,这就要求频率与电压协调控制。故称为可变频率可变电压调速(V V V F Variable Voltage and Variable Frequency),简称变频调速。变频器的功用是,将50HZ的交流电变换成频率连续可调(如0400HZ)的交流电。变频器可分为“交交”型和“交直交”型两类。目前,数控机床上的交流伺服系统较多地采用晶体管逆变器,进行脉冲宽度调制。脉冲宽度调制(PWM)的方法很多,其
11、中正弦波调制(SPWM)方法应用最广泛。数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第11页/共41页4.变频调速的实现变频调速的实现VVVF变频调速原理:将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后形成幅值基本稳定的直流电压加在逆变器上,利用逆变器功率元件的通断控制,使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里,通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值;通过改变调制周期控制其输出频率,从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制,而满足变频调速对U/f的协调控制的要求。三相工频交流电三相逆变器异步交流电动机数控机床电气连接与调试 张光跃 978-7-111-
12、34604-3 高职高专课件第12页/共41页5.通用变频器通用变频器 变频器是把工频交流变频器是把工频交流电源电源(50Hz或或60Hz)变换变换成各种频率的交流电源,成各种频率的交流电源,实现电动机的变速运行实现电动机的变速运行的设备,变频器一般由的设备,变频器一般由整流器、滤波器、驱动整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控电路、保护电路以及控制器制器(MCU/DSP)等部分等部分组成。以日本安川组成。以日本安川(YASKAWA)变频器)变频器为例,介绍通用变频器为例,介绍通用变频器的结构、接线和简要调的结构、接线和简要调试。试。变频器外形及PWM型变频器原理框图数控机床电气连接与调试
13、张光跃 978-7-111-34604-3 高职高专课件第13页/共41页安川变频器外观及接线端子(1)变频器的结构)变频器的结构第14页/共41页(2)变频器的接线)变频器的接线 变频器与外围电器的连接第15页/共41页3)通用变频)通用变频器控制交流电器控制交流电机系统的组成机系统的组成第16页/共41页6.主轴变频控制的实现主轴变频控制的实现 利用通用变频器,将频率为利用通用变频器,将频率为50HZ的交流电,整流为的交流电,整流为直流,通过直流,通过PWM调制,再逆变为可变频率的交流电源,调制,再逆变为可变频率的交流电源,来控制电机调速。来控制电机调速。我们现在以日本安川(我们现在以日本
14、安川(YASKAWA VS-626MT)变)变频器为例,介绍变频器的结构、接线和简要调试。其它频器为例,介绍变频器的结构、接线和简要调试。其它品牌变频器操作和调试原理也基本相似。品牌变频器操作和调试原理也基本相似。第17页/共41页(1)变频器的输入输出接线端子(2)主轴转速控制1)模拟电压控制输出010V模拟电压(3、4端);电压正负控制电机转向,大小控制电机转速。当NC输出为单极性0-+10V时,方向由8、9端子控制。安川安川VS-626MT主轴主轴变频器接线原理图变频器接线原理图第18页/共41页2)12位位2进制控制进制控制 NC输出输出12位位2进制代码到主轴驱动的进制代码到主轴驱动
15、的D1-D12端,控制端,控制 主轴转速主轴转速。3)2位位BCD码指定码指定 00-99二位二位BCD码到主轴码到主轴D5-D12端,控制主轴转速。端,控制主轴转速。4)3位位BCD码指定码指定 000-999三位三位BCD码到主轴码到主轴D1-D12端,控制主轴转速端,控制主轴转速。(3)、其他开关量控制信号1)准备好RAY(闭合,主轴进入工作准备状态);2)急停EMG(常闭打开,电机停止)3)正、反转控制FOR/REV,见表的说明:第19页/共41页4)转矩极限控制转矩极限控制TLH,TLL;5)速度设定方式速度设定方式DAS,选择模拟电压或数字电压;选择模拟电压或数字电压;6)零速输出
16、信号零速输出信号ZSPD,主轴低于主轴低于30r/min,ZSPD信号输出,电机停止;信号输出,电机停止;7)速度达到信号速度达到信号AGR,主轴达到设定速度,主轴达到设定速度,AGR信号输出,信号输出,S指令完成回答信号;指令完成回答信号;8)速度检测输出信号速度检测输出信号NDET,主轴速度低于设定,主轴速度低于设定值时,输出该信号,用于齿轮移动换挡,离合器值时,输出该信号,用于齿轮移动换挡,离合器动作等;动作等;9)报警输出报警输出ALM,报警时输出,报警时输出ALMCODE(AC0-AC3四位二进制)代码。四位二进制)代码。第20页/共41页7.交流伺服主轴控制交流伺服主轴控制1)交流
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