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數控機床（chuáng）電（diàn）氣係統工作原（yuán）理與810D的麵板（bǎn）設計

2016-11-14 來源：沈陽新鬆機器人自動化股份有限公司作者：梁懷宇江玉龍

摘要：本文（wén）改造的數控車床在保（bǎo）留原車床的功能之下，增加了主軸C軸的分度（dù）功能。使得（dé）車床可以在正常狀態下和C軸分度狀態下自由切（qiē）換，並且保證了托扳和尾座的快速移動和進給功能。

關（guān）鍵詞（cí）：A工作（zuò）原理；麵板設計；電氣保護

1.SINUMERIK 810D係統

SINUMERIK810D是一種具有免維護性能的操作麵板控製係統，是西門子公司針對中國（guó）市場進（jìn）行（háng）性價比優（yōu）化（huà）的產品。其核（hé）心部件（jiàn）—CCU(數（shù）控驅動單（dān）元)將MMC、OP以及I/O模塊集於一（yī）體，具有無電池、無風扇、免維護等特點。該係統具（jù）備（bèi）中（zhōng）文界麵的高質量（liàng）顯示麵板，易於操作（zuò）和編程。它可通過生產現場總線PROFIBUS將驅動（dòng）器、輸入輸出模塊連接起來，控（kòng）製六（liù）個數字進給軸和一個數字或模（mó）擬主軸。驅動係統的模塊化結構為各種應用提供（gòng）了（le）最大靈活性，並且易於安裝（zhuāng），可靠性高，布線（xiàn）費用低（dī）。該係統是用於控製各類車床和銑床的理想控製係統（tǒng），非常適合（hé）於車間級加工應用。此外，SINUMERIK810D係統中還含有豐富多樣的工藝循環，以銑床為（wéi）例，除（chú）了常用的鑽孔、鏜孔（kǒng）、鉸孔、攻絲（sī）循環以外，還包含對線性排列孔和圓周排列孔進行鑽、鏜、鉸、攻（gōng）絲的（de）循（xún）環；端麵銑削循環；輪（lún）廓銑削（xuē）循環；圓形和矩形型腔銑削循環；長孔銑削循環；圓周槽（cáo）和圓弧（hú）槽銑削循環；螺紋銑削（xuē）循環等多種銑削循環的功（gōng）能。SINUMERIK810D數控係統采用了當今先進的控製概（gài）念、適用於（yú）鑽削、銑（xǐ）削以及車削和磨削機床加工的控製。其能力涵蓋了目前絕大（dà）多數大型、特殊、高速、高精度加工機床的要求。SINUMERIK810D數控係統建立在綜（zōng）合的（de）係統平台上，通過（guò）係統設定功能而適（shì）用於幾乎所有的控製係統，810D與（yǔ）SIMODRIVE 611數字驅動係統和SIMATIC S7可編程序控製器一起，構成了一（yī）個全數字控製係統，用於各種複雜零件加工任務，並優於其（qí）他係統的動態品質和控製精度。SINUMERIK810D數控係統采用（yòng）開放式係統理念，可以在數控核（hé）心部分使用（yòng）標準開發工具而（ér）實現用戶指（zhǐ）定的係統循環和編（biān）製（zhì）用戶所需特殊的界麵。

1.1 SINUMERIK810D係統的功能

（1）CNC功能。數控係統可（kě）以控製（zhì）車床（chuáng）、鑽（zuàn）銑床等機床。其（qí）可以（yǐ）控製六個進給軸和一個數字或模擬主軸的同時保證三軸聯動，具有直線插補、平麵圓弧插補、螺旋線插補（bǔ）、空間圓弧(CIP)插補等控製方式。係統可以進行螺紋加工、變距螺紋加（jiā）工等加工方式。並且能（néng）滿足旋轉軸（zhóu）控製、端麵和柱麵坐標轉換(C軸功（gōng）能)、前饋（kuì）控製、加速度突變限製、刀具壽命監（jiān）控、主軸準停控製、剛（gāng）性攻絲、恒線速切削、FRAME功能(坐標的（de）平移（yí）、旋轉、鏡象、縮放)。

（2）顯示和操作。係統采用標準TFT液晶顯示器，全PC鍵盤（pán）操作。可連接機床控製麵板、手持操作單元、軟盤（pán）驅動器等。在（zài）操作使用上，其係統用戶界麵分成（chéng）五（wǔ）個工作區（qū），即：機（jī）床、參數、程序（xù）編輯、服務、診斷（duàn）。

（3）軸（zhóu）的（de）控製。連接SIMODRIVE 61l數（shù）字伺服（fú）係統，其可（kě）控製六個數字進給軸和一個數字或（huò）模擬主軸（zhóu）。其工藝（yì）特性：

a.控製精（jīng）度0.001ram

b.進給速度0.01mm/min-10000m/min

c.主軸轉速0.1rpm-99000rpm

d.進給倍率O％-120％(內部0％150％)，快速進給倍（bèi）率200％

（4）PLC編程。S7 300型PLC的輸入輸出點（diǎn）數是通過擴展模塊的方式實現的，其最多可以有四個機架，每個機架最多可以插8個輸出模塊。

（5）刀（dāo）具管理。SINUMERIK810D係統的刀具功能是比較有特色（sè）的地方，與（yǔ）其他數控係統不同的是，它並不是每（měi）一個刀號隻（zhī）能對應（yīng）一個刀具半徑值和一個刀具長度值，而是在每一個刀（dāo）具號下（xià）麵最多可以存儲（chǔ）9組刀具補償值———每（měi）個刀（dāo）具（jù）號(T號)下麵包含了9個刀沿（yán）號(D號)，每個刀沿中都可以單獨存儲一（yī）個（gè）刀長補償值（zhí）和（hé）一個刀具半徑補償值。這樣做的好處是（shì）可以為每把刀具設定多個刀偏值，分別用於粗加工、半精加工以及精加（jiā）工，卻不必擔心由於占據了多（duō）個D號而與其他的刀具發生混亂。

（6）安全與診斷

整個CNC係統可對（duì）其各部分的運（yùn）行進行實時監控，當有故障發生時，係統（tǒng）除對相應部分（fèn）進行保護外，並可（kě）進行自我診（zhěn）斷，在顯示器上（shàng）顯示報警信息。同時增加了安全鎖，可對用戶分級，對各級用戶賦予（yǔ）不同的操作。

2.操作及工作原理

2.1係統上電

（1）接通主（zhǔ）電源：首先合上電氣控製櫃的總空氣開關。控製櫃電源指示燈亮。

（2）啟動810D係統：按操作（zuò）麵板（bǎn）上的“係統啟（qǐ）動”按鈕，“機床有電”指示（shì）燈（dēng）亮，(顯示屏進（jìn）入（rù）主界麵)，810D數控係統啟動成（chéng）功。

（3）啟（qǐ）動液壓係統：旋轉操作麵板上的“液（yè）壓啟停（tíng）”開關至啟動位置（zhì）(如果液壓（yā）係統不工作或液壓係統工作不正常，其它功能均不能實現)。檢（jiǎn）查液壓係統壓力，係統正常工作壓力為2Mpar。

2.2主電機啟動及點動

（1）主電機啟動操作：主電機有（yǒu）兩種運行方（fāng）式，即（jí）工作運（yùn）行(常車切削)和點動運行。工作運行有正、反（fǎn）常車。設（shè）有啟動及停（tíng）止按鈕；點車運行是為了裝工件，工件調整和對刀調整等，因此設有正點動按鈕、反點動按鈕。

（2）普（pǔ）通車床功能：主電機（jī）正轉（zhuǎn）起動主軸旋轉，實現原普通車床功（gōng）能。注意：主電機啟動前，保證A、B、C換擋手柄齧合才能實現(隻有C手柄離開1：4和1：l的空檔處時，PLC控製離合器齒輪脫（tuō）開，C軸伺服（fú）使能失效，主軸（zhóu）才能啟動)。啟動主電機，主軸旋（xuán）轉，進入原普通車（chē）床功能。具體（tǐ）步驟如下：將主軸C變速手柄移動至（zhì）任意檔位(不能停在1：4和1：l之間位置)，接近開關不發出信號，PLC控製液壓離合器鬆（sōng）開電磁鐵1DT，油缸推動離合器使齒輪脫開(C軸電機和主軸脫離)，“C軸齧合”指示燈亮。此時，可以使用原機床的各項進給及主軸功能。

2.3主電機的製動

本機（jī）床采用能耗製動。即當按壓停車按鈕SBll(SBlo)，延時後，KM2、KM5相繼失電而KM6得（dé）電（diàn），電機定子繞組串接，整流二極管D投入工作，定子繞組通過半波（bō）整流後的脈動直流而產生製動（dòng）力矩，電動機開始（shǐ）製（zhì）動，延時2兩秒後斷開。

2.4快速及進（jìn）給電氣傳（chuán）動控製

（1）托扳、滑板移動方向（xiàng）及其選擇：機床（chuáng）托扳（bān）裝有左、右、前（qián）、後快速移動或（huò）進給（gěi）的離合器。控製托板（bǎn）快速或走刀。其方向由（yóu）麵板上的“方向選擇開（kāi）關”來選擇。其動力由快速電機和走刀電機分別拖動。

（2）托扳、滑板工作製及其選擇：托扳、滑板的（de）工作方式分為快速和進給。工作狀態由方（fāng）向選擇開（kāi）關選擇。說明：無（wú）論何種工作方式（shì），何種方向的（de）操作，其電氣控（kòng）製線路原理相仿，隻是快速時，其操作方法和點動方（fāng）式相同，進給運動為常車形（xíng）式而異。(注意：隻有在原普通車床（chuáng）和C軸非使能狀態時，才可以使用托板和（hé）尾座快速（sù）功能。若要使用托板進給功（gōng）能，主電機（jī）必須運行。因為（wéi）進給速度（dù）由主電機的速度（dù）決定)。若要停止進給，按壓“走刀停止（zhǐ）”按鈕即可停止。此時電（diàn）磁離合（hé）器（qì）脫開，走刀就迅速停止進給。3.810D麵板設計西門子SINUMERIK810D屬於緊湊型的數控係統，它將顯示屏集成在MMC當中，MCP麵板包（bāo）括了手（shǒu）輪、鍵盤。在安裝過程中西（xī）門子公司給出了標準的安裝尺寸（cùn）和模式。我們（men）設計了車床主軸以及電機的控製麵板如圖3.1，同時（shí）在完成安裝後的810D控製麵板（bǎn）圖如圖3.2所示。

3.電器保護

(1)各分支電路均設有自動空（kōng）氣開關。

(2)各電機分支電路均安裝有電動機保護型斷路器。

(3)液（yè）壓泵保護。

油（yóu）泵采用自動空氣開關作（zuò）短路和過熱保護。在運轉中，當發生故障時，其自動空氣開關（guān）自動跳閘，這時機床（chuáng）的所有動（dòng）作均不能動作。機床運轉前首（shǒu）先必須開動油泵，不然主軸、快速進給（gěi）及走刀均都不能開動。

(4)C軸和（hé）原機床主軸的互鎖，C軸（zhóu）使能狀態和原普通車（chē）床狀態互鎖。

4.結論

本文設計的機床控製係統采用西門子SINUMERIK810D數控係統，伺服驅動係統（tǒng）采用了SIMODRIVE611D模塊和1FK7係（xì）列伺服電（diàn）機，在伺（sì）服（fú）電機與主軸之間安裝減（jiǎn）速器和機械傳動裝置從而達到大減速比（bǐ）的要求，實現了係統C軸的精確分度功能。並根據需要設計（jì）了（le）基於SINUMERIK810D係統的麵（miàn）板

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