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1、项目四：主轴系统的连接与调试,数控原理与系统,任务驱动法,主轴系统的连接与调试,搜集 信息,决 策,计 划,实 施,自我 检查,评 估,学生通过 网络、图 书馆等搜 集与数控 连接相关 的知识,把学生每 四人分成 一组，来 完成工作 项目,每组学生 决定完成 项目所需 的知识、 方法及完 成过程,每组学习 独立完成 华中世纪 星数控系 统的连接 与调试,学生进行 自行检查 有几个接 口连接正 确,教师进行 评估，按 照连接要 求，确定 连接结果, 评定成绩,项目四 主轴系统的连接与调试,数控原理与系统,选择工作任务 变频主轴的连接与调试,实施工作任务 搜集信息、计划、决策、 实施、自我检查、评
2、估,基于工作过程系统化教学体系,能力创新 学生可以独立完成 伺服主轴连接与调试,项目四整体设计过程,项目四 主轴系统的连接与调试,数控原理与系统,项目四 主轴系统的连接与调试,数控原理与系统,项目四 主轴系统的连接与调试,数控原理与系统,信息单元4.1 数控系统的组成及功能,思 考 与 练 习,教 学 设 计,教 学 课 件,数控原理与系统,信息单元4.1 主轴伺服系统的组成、分类,数控原理与系统,1.基本概念：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。,一、组成,2.系统要求：调速范围宽并实现无极调速；恒功率范围要宽；具有4象限驱动能力 ；具有位置控制能力 ；具有较高的
3、精度与刚度，传动平稳，噪音低；良好的抗振性和热稳定性,信息单元4.1 主轴伺服系统的组成、分类,数控原理与系统,主轴驱动系统 主轴驱动单元 传动单元 执行单元,一、组成,信息单元4.1 主轴伺服系统的组成、分类,数控原理与系统,1.直流控制驱动,二、分类,信息单元4.1 主轴伺服系统的组成、分类,数控原理与系统,2.交流控制驱动,二、分类,信息单元4.1 主轴伺服系统的组成、分类,数控原理与系统,直流伺服电动机 优点： 调速性能好、输出力矩大、过载能力强、控制精度高、控制原理简单、易于调整等。 缺点： 由于电刷和换向器易磨损，需经常维护；换向器换向时会产生火花，最高速度受到限制；具有结构复杂、
4、制造困难、制造成本高等缺点,1.直流驱动系统,二、分类,信息单元4.1 主轴伺服系统的组成、分类,数控原理与系统,2.交流驱动系统,采用数字式矢量控制方法，控制模型和动态响应均由高速微处理器实时控制，使伺服系统的自诊断能力、快速反应及控制精度都有很大的提高。,二、分类,信息单元4.1 主轴伺服系统的组成、分类,数控原理与系统,思考与练习,数控原理与系统,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,思 考 与 练 习,教 学 课 件,教 学 设 计,数控原理与系统,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,数控原理与系统,变频器控制方式的发展： 电压矢量控制磁通矢量控制直接转矩控制采用通用变频
5、器。 “通用”： (1）可以和通用的笼型异步电动机配套应用； (2）具有多种可供选择的功能，可应用于 不同性质的负载。,数字主轴控制板,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,一、变频器,数控原理与系统,三菱FRA50 0系列主回路端子和控制回路端子如图所示： （1）输入信号（用于起动和功能设定） （2）模拟信号（用于频率设定） （3）输出信号,数字主轴ROM,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,二、信号连接实例,数控原理与系统,图 三菱FR-A500系列 变频器接口,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,二、信号连接实例,数控原理与系统,1-比例积分回路 2-绝对值回路 3
6、-负载表 4-函数发生器 5-V/F变器 6-微处理器 7-DA强励磁 8-DA振幅器 9-乘法器 10-电流指令回路 11-电流控制回路 12-PWM控制回路 13-PWM变换器 14-脉冲生器 15-四倍回路 16-微分回路 17-F/V变换器 18-同步整流电路,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,三、 交流主轴伺服控制原理的框图,数控原理与系统,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,CNC通过主轴模拟电压输出接口，输出010V模拟电压到NCOM端和0端（1CN接口的3、4端），电压正负控制电动机的转向，电压的大小控制电动机的转速。 若CNC输出的电压为单极性010V，则可
7、通过FORWARD RUN（8号端）与REVERS RUN（9号端）开关量分别指定正、反转,四、主轴转速信号连接,数控原理与系统,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,（1）模拟主轴伺服的控制 模拟主轴控制即为传统的模拟量控制，从CNC单元输出010V的模拟电压控制主轴电动机的转速及转向，其中转向控制由相应的参数决定。,五、FANUC 0i系统对交流主轴驱动控制,数控原理与系统,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,从CNC单元输出010V的模拟电压控制主轴电动机的转速及转向，其中转向控制由相应的参数决定。,（2）模拟主轴控制连接图,五、FANUC 0i系统对交流主轴驱动控制,数控
8、原理与系统,信息单元4.2 CNC与主轴驱动的信号连接,六、三菱驱动连接,数控原理与系统,思考与练习,数控原理与系统,信息单元4.3 主轴分段无级调速的控制,思 考 与 练 习,教 学 课 件,教 学 设 计,数控原理与系统,信息单元4.3 主轴分段无级调速的控制,数控原理与系统,信息单元4.3 主轴分段无级调速的控制,1全段无级调速 需要大功率主轴电机，驱动装置体积大。 2分段无级调速 分段无级调速是数控机床常采用 14挡齿轮变速与无级调速相结合的方式，即分段无级变速。,一、主轴分段无级调速方案,数控原理与系统,信息单元4.3 主轴分段无级调速的控制,数控系统一般提供4档变速，数控机床常使用
9、2档变速。低速时为恒转矩，当需要低速强力切削时需要提高其转矩。措施是通过换挡，降低主轴速度，增大转矩。,二、主轴分段无级变速内容,数控原理与系统,信息单元4.3 主轴分段无级调速的控制,三、主轴分段无级变速方法,2 电磁离合器,1 液压拨叉,数控原理与系统,思考与练习,数控原理与系统,信息单元4.4 主轴准停控制,思 考 与 练 习,教 学 课 件,教 学 设 计,数控原理与系统,信息单元4.4 主轴准停控制,数控原理与系统,信息单元4.4 主轴准停控制,1.机械准停,准停方式,数控原理与系统,信息单元4.4 主轴准停控制,准停方式,数控原理与系统,信息单元4.4 主轴准停控制,在主轴上安装编
10、码器。准停角由调节控制电路板上拨码开关来实现。,主轴上装编码器、系统将主轴作为位置轴来进行控制。可以控制其停在任意角度、可通过指令来指令其停止角度。,3.编码器准停：,4、 数控系统准停,准停方式,数控原理与系统,思考与练习,数控原理与系统,企业案例,一、引导文 将sj100型变频器与华中世纪星数控系统相连接，根据sj100型变频器设置其连接电机的参数， 由华中世纪星数控系统的主轴控制命令控制变频器的运行。 二、实施步骤 1.资料收集 学生通过任务书、教材、 华中数控试验台综合连接说明书、SJ100变频器说明书、华中数控系统连接，参数说明书说明书、电气原理图获取工作目标总体印象，了解主轴变速原
11、理的实现方案。 2决策优化 教师提供线索，小组展开讨论，确定选用主轴调试方案，明确其优缺点选择最优化的方案设计。,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例,3计划设计 对整个控制软硬件设计，确定工作步骤，拟定检查、评价标准，实施方案的制定、硬件软件需求，合作共事。 4方案实施 学生按确定的工作步骤进行主轴变频变速的硬件设置和软件设置，发现问题，共同分析，调整步骤，遇到无法解决的问题时请老师或师傅帮助解决，数控机床操作、问题分析、合作共事 5学生自检 1）工作完成后，学生按评价标准自行检查调整：按下面板按钮实现主轴正转，主轴停止。,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例
12、,2 ）MDI对主轴控制 3） 连续运行主轴S600 主轴转速稳定 6教师评价 学生演示（或用PPT）介绍工作过程，学生点评，教师对每组结果进行评价，共同讨论，提出修改建议。 1）基本完成变频器和电动机连接调试，完成变频器手动控制。 2）基本完成变频器和数控系统的连接调试，参数设置实现指令控制。 3）连接主轴电机编码器，实现转速闭环控制。 4）对变频器的意外故障处理还显经验不足，束手无策。,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例,二、任务分析,在主轴变频调速系统中，变频调不仅接入了主电源（三相电源），而且输出控制、状态信号给数
13、控系统来控主轴电机的正/反转、速度到达等。变频调与数控系统的哪些接口相连？变频调与电机联接时是否要进行参数设置？下面对这些问题进行讲解。,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例,1.主轴启停 主轴启停控制由PLC 承担，标准铣床PLC 程序和标准车床PLC 程序中关于主轴启停控制的信号如表3-4。 利用Y1.0、Y1.1 输出即可控制主轴装置的正、反转及停止，一般定义接通有效；当Y1.0 接通时，可控制主轴装置正转；Y1.1 接通时,主轴装置反转；二者都不接通时,主轴装置停止旋转。在使用某些主轴变频器或主轴伺服单元时，也用Y1.0、Y1.1作为主轴单元的使能信号,任务：变频主轴的
14、连接与调试,三、任务实施,数控原理与系统,企业案例,2.主轴速度控制 华中HNC-21通过XS9主轴接口中的模拟量输出可控制主轴转速，当主轴模拟量的输出范围为-10V+10V，用于双极性速度指令输入主轴驱动单元或变频器，这时采用使能信号控制主轴的启、停。当主轴模拟量的输出范围为0+10V，用于单极性速度指令输入的主轴驱动单元或变频器，这时采用主轴正转、主轴反转信号控制主轴的正、反转。模拟电压的值由用户PLC程序送到相应接口的数字量决定。,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例,3.主轴编码器连接 通过主轴接口XS9可外接主轴编码器，用于螺纹切割、攻丝等，华中HNC-21数控装置可接入两种输出类型的编码器，即差分TTL方波或单极性TTL方波。一般使用差分编码器，确保长的传输距离的可靠性及提高抗干扰能力。,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例,图 主轴连接示意图,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例,图 数控装置与主轴变频器的接线图,任务：变频主轴的连接与调试,数控原理与系统,企业案例,图 数控装置与普通三相异步主轴电机的连接,任务：变频主轴的连接与调试,Thank You !,
