第7单元 西门子802C主轴电气系统.doc
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1、第 7 单元 西门子 802C 主轴电气系统7.1 主轴线路连接7.1.1 学习目的了解各种电机调速的优缺点;理解主轴控制的基本要求;掌握 802C系统主轴电气系统的接线;掌握 802C系统变频器的接线。7.1.2 案例分析根据图纸连接 802C数控机床的主轴电气系统部分。7.1.2.1 分析从主轴系统的各个部件进行分析:三相电源通过 3相变压器和空气开关 QM2接入变频器的 R、S、T 端。SINUMERIK 802C base line系统接口 X7的引脚 4(AGND4)与变频器的 5G端相连,引脚 37(AO4)与变频器的 V1端相连。电流继电器 KA7、KA8 的常开触点分别将变频器
2、的 FX、RX 端与 CM端相连。KA7 控制主轴正转,KA8 控制主轴反转。变频器 U、V、W 端分别与主轴电机的三相相连。7.1.2.2 操作过程认识 802C数控机床主轴电气系统的各个部件;连接 3相变压器、空气开关及变频器;连接 SINUMERIK 802C base line系统接口 X7的引脚与变频器;连接变频器与主轴电机;根据相关图纸连接与变频器相关的各个开关信号;检查线路;上电试验。7.1.2.3 操作要点及注意事项系统必须接地才能通电,否则可能导致硬件损坏;三相电源输入接入变频器的 R、S、T 端,不需要安排相的次序。如果将三相电源连接到了输出端子(U,V,W), 变频器的内
3、部将会损坏;驱动器接口 X7的引脚 37和引脚 4与变频器端子严格对应,不可接错;空气开关 QM2常开触点接入数字输入接口 X104的引脚 3,以防变频器供电过载;电机应该连接到端子 U,V,W 。如果正转开关(FX)处于 on,从电机负载的方向看, 电机应该按顺时针方向转动。如果电机处于反转状态, 应该转换 U 和 V 端子的接线;当变频器前面的盖子打开时,不要运行变频器。当输入电源接通时,严格禁止打开前端的盖子。否则会导致电击。7.1.3 训练任务连接主轴线路,包括 Z轴制动器。7.1.4 相关知识点一、数控机床的主轴传动系统数控机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。根据机床主传动的工作特
4、点,早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展,机床结构有了很大的改进,从而对主轴系统提出了新的要求,而且因用途而异。为了满足量大面广的前两类数控机床的需要,对主轴传动提出了下述要求:主传动电动机应有 2.2250kW 的功率范围;要有大的无级调速范围,如能在 1:1001000 范围内进行恒转矩调速和 1:10 的恒功率调速;要求主传动有四象限的驱动能力;为了满足螺纹车削,要求主轴能与进给实行同步控制;在加工中心上为了自动换刀,要求主轴能进行高精度定向停位控制,甚至要求主轴具有角度分度控制功能等。主轴传动和进给传动一样,经历了从普通三相异步电动机传动到直
5、流主轴传动,而随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展,现在又进入了交流主轴伺服系统的时代,目前已很少见到在数控机床上有使用直流主轴伺服系统了。但是国内生产的交流主轴伺服系统的产品尚很少见,大多采用进口产品。交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结构形式,而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。而交流主轴电动机的情况则不同,交流主轴电动机均采用异步电动机的结构形式,这是因为,一方面受永磁体的限制,当电动机容量做得很大时,电动机成本会很高,对数控机床来讲无法接受采用;另一方面,数控机床的主轴传动系统不必像进给伺服系统那样要求如此高的性能,采用成本低的异步电动机进行矢量闭环控制,
6、完全可以满足数控机床主轴的要求。但对交流主轴电动机性能要求又与普通异步电动机不同,要求交流主轴电动机的输出特性曲线(输出功率与转速关系)是在基本速度以下时为恒转矩区域,而在基本速度以上时为恒功率区域。交流主轴控制单元与进给系统一样,也有模拟式和数字式两种,SIEMENS 802C主轴控制单元即为数字式的。 二、主轴性能由 NC控制的模拟量主轴根据不同的机床类型有可能具有如下的功能: 预置主轴方向(M3,M4) 预置主轴转速(S) 主轴无定向准停(M5) 主轴定位(SPOS=) (要求位置控制主轴) 齿轮级转换(M40M45) 切削螺纹/攻丝(G33,G331,G332,G63) 旋转进给(G9
7、5) 恒定切削速度(G96) 可编程的主轴转速极限(G25,G26,LIMS=) 在主轴或电机上可以安装位置测量编码器 可以监控主轴转速的极大和极小值 主轴暂停旋转(G4 S)如果采用的不是模拟量主轴,而是“级联”主轴,则主轴转速(S)不是通过程序预置,而是通过机床上的手动操作(减速箱)进行控制。这样,也就不能编程设置转速极限。通过程序可以对主轴旋转方向(M3,M4) 、主轴无定向停止(M5)和攻丝(G63)进行设定。如果主轴上还有一个位置编码器,则主轴还具备以下功能: 切削螺纹/攻丝(G33) 旋转进给(G95)对于级联主轴,不能通过设定机床数据给主轴输出给定值,此时,MD:CTRLOUT_
8、TYPE=0。三、主轴电机的调速性能在数控系统中,常用的主轴电机有直流主轴电动机和交流主轴电动机两种。直流主轴电动机在数控机床的主轴驱动中,直流主轴电动机通常采用晶闸管直流调速。直流调速装置是一个电枢可逆逻辑无环流双闭环控制系统。该装置用于将直流电供给他激直流电动机的电枢和磁场。该装置借助于电枢可逆在四个象限内运行。电动机的调速范围分为两个区域,低、低于额定转速采用恒力矩方式调速,高于额定转速采用弱磁方式升速。直流电机主要有定子、转子组成。定子部分由机座、磁极组成。转子部分有时称为电枢,由铁心、绕组、换向器组成。在换向器上通入直流电源后,它将对电枢产生一个逆时针方向的转矩,这个转矩称电磁转矩,
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