數(shù)控機(jī)床電氣控制與系統(tǒng)維護(hù)高等職業(yè)教育十二五國家規(guī)劃教材主編宋運(yùn)163.com數(shù)控機(jī)床電氣控制與系統(tǒng)維護(hù)項(xiàng)目一數(shù)控機(jī)床的認(rèn)知項(xiàng)目二數(shù)控機(jī)床電氣控制基礎(chǔ)知識項(xiàng)目三數(shù)控裝置及其接口項(xiàng)目四數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)安裝與調(diào)試項(xiàng)目五數(shù)控機(jī)床主軸控制系統(tǒng)項(xiàng)目六數(shù)控機(jī)床的PLC控制與應(yīng)用項(xiàng)目七數(shù)控機(jī)床的故障診斷與維修項(xiàng)目八數(shù)控機(jī)床的維護(hù)與保養(yǎng)任務(wù)一數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知

任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試

任務(wù)三交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試

項(xiàng)目四數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)安裝與調(diào)試數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知知識技能能熟練識別各種數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)；會運(yùn)用數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)原理分析數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的組成及各部分的功用；能根據(jù)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)要求，完成相關(guān)驅(qū)動部分的原理設(shè)計(jì)選型。掌握常用數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動的工作特點(diǎn)、控制電路及原理；掌握常用數(shù)控機(jī)床伺服交流主軸驅(qū)動的性能、基本組成及原理。任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知任務(wù)描述

通過對常用數(shù)控機(jī)床直流主軸驅(qū)動、交流主軸驅(qū)動的基礎(chǔ)知識介紹，幫助學(xué)生正確理解常見常見驅(qū)動系統(tǒng)類型，了解其組成部分，掌握電氣機(jī)構(gòu)及工作特點(diǎn)。任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知知識鏈接一、伺服驅(qū)動系統(tǒng)定義數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)是指以機(jī)床移動部件(如工作臺、動力頭等)的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，又稱拖動系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床上，伺服驅(qū)動系統(tǒng)接收來自插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件生成的進(jìn)給脈沖指令，經(jīng)過一定的信號變換及電壓、功率放大，將其轉(zhuǎn)化為機(jī)床工作臺相對于切削刀具的運(yùn)動。目前，這主要通過對交、直流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)等進(jìn)給驅(qū)動元件的控制來實(shí)現(xiàn)。任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知知識鏈接二、驅(qū)動系統(tǒng)分類數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動系統(tǒng)主要有兩種類型：即進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)和主軸驅(qū)動系統(tǒng)。從作用看，前者是控制機(jī)床各坐標(biāo)的進(jìn)給運(yùn)動，后者是控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床的最大移動速度、定位精度等指標(biāo)主要取決于驅(qū)動系統(tǒng)及CNC位置控制部分的動態(tài)和靜態(tài)性能。另外，對某些加工中心而言，刀庫驅(qū)動也可視為數(shù)控機(jī)床的某一伺服軸，用以控制刀庫中刀具的定位。1．進(jìn)給驅(qū)動與主軸驅(qū)動進(jìn)給驅(qū)動是用于數(shù)控機(jī)床工作臺或刀架坐標(biāo)的控制系統(tǒng)，控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動，并提供切削過程所需的轉(zhuǎn)矩。主軸驅(qū)動控制機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，為機(jī)床主軸提供驅(qū)動功率和所需的切削力。2．開環(huán)控制和閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)按有無位置反饋分兩種基本的控制結(jié)構(gòu)，即開環(huán)控制和閉環(huán)控制，3．直流伺服驅(qū)動與交流伺服驅(qū)動直流大慣量伺服電機(jī)具有良好的寬調(diào)速性能，輸出轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，而且，由于電機(jī)慣性與機(jī)床傳動部件的慣量相當(dāng)，構(gòu)成閉環(huán)后易于調(diào)整。而直流中小慣量伺服電機(jī)及其大功率晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動裝置，比較適應(yīng)數(shù)控機(jī)床對頻繁啟動、制動，以及快速定位、切削的要求。任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知1．進(jìn)給速度范圍要大2．位移精度要高目前，高精度的數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)位移精度可達(dá)到在全程范圍內(nèi)±5m。3．跟隨誤差要小,即伺服系統(tǒng)的速度響應(yīng)要快。4．伺服系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性要好知識鏈接三、伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知重點(diǎn)在CNC系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)的引入，比較控制環(huán)節(jié)的功能由軟件完成，從而導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些改變，但基本上還是由執(zhí)行元件、反饋檢測單元、比較控制環(huán)節(jié)、驅(qū)動控制單元和機(jī)床組成。知識鏈接四、數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知從數(shù)控機(jī)床的誕生到現(xiàn)在，其進(jìn)給驅(qū)動技術(shù)經(jīng)歷了由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)、閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)、及目前廣泛應(yīng)用的交流伺服系統(tǒng)三個(gè)階段。雖然進(jìn)給驅(qū)動技術(shù)在不斷發(fā)展變化，但其基本的傳動形式始終是“旋轉(zhuǎn)電動機(jī)+滾珠絲杠”模式，隨著大功率電力半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制器件和控制原則的不斷更新和完善，特別是PWM調(diào)制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得采用三環(huán)結(jié)構(gòu)(位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán))的位置伺服系統(tǒng)的控制理論和技術(shù)日臻成熟，在實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確定位等方面已達(dá)到相當(dāng)高的水準(zhǔn)。知識鏈接五、伺服驅(qū)動技術(shù)的新發(fā)展任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知1．直線進(jìn)給伺服驅(qū)動技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀2．感應(yīng)式直線交流伺服電動機(jī)3．永磁式直線伺服電動機(jī)知識鏈接任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知技能訓(xùn)練（1）辨認(rèn)不同類型常用數(shù)控機(jī)床驅(qū)動裝置的類型，介紹并分析各組成部分，明確各部分名稱及功能；（2）在生產(chǎn)現(xiàn)場找出數(shù)控驅(qū)動單元的安裝位置并識讀其銘牌數(shù)據(jù)。任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知總結(jié)與提高1．簡述數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)。2．簡述數(shù)控伺服驅(qū)動的結(jié)構(gòu)及工作原理。3．詳細(xì)分析伺服驅(qū)動的新發(fā)展。任務(wù)一數(shù)控機(jī)床驅(qū)動系統(tǒng)的認(rèn)知步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識技能能分析各種數(shù)控機(jī)床用步進(jìn)電機(jī)的原理會運(yùn)用典型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置的電路接口，完成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的安裝與調(diào)試能根據(jù)驅(qū)動器說明書的具體要求，完成相關(guān)部分的電路及功能調(diào)試掌握數(shù)控機(jī)床常用步進(jìn)電機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)掌握典型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)、端口接線特點(diǎn)及端子定義掌握數(shù)控機(jī)床常用典型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置的的主要性能參數(shù)任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試任務(wù)描述

通過對常用數(shù)控機(jī)床步進(jìn)電機(jī)的基礎(chǔ)知識介紹，幫助學(xué)生正確識別常見步進(jìn)電機(jī)類型、掌握工作原理及主要技術(shù)性能指標(biāo)，了解其組成部分，掌握其電氣結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)及安裝調(diào)試方法。任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識鏈接一、步進(jìn)電動機(jī)的工作原理步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)是一種能使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的功率放大器，它能把控制器發(fā)來的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的功率信號，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率可以精確調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以精確定位。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源由變頻脈沖信號源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由此驅(qū)動電源向電機(jī)繞組提供脈沖電流。任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試重點(diǎn)知識鏈接二、步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識鏈接1．最高起動頻率2．最高運(yùn)行工作頻率3．步距角與步距誤差4．靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性5．步進(jìn)運(yùn)行和低頻振蕩特性三、步進(jìn)電動機(jī)的主要參數(shù)及特性任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識鏈接四、驅(qū)動器的典型接口和接線介紹VB系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器為三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，輸入的220VAC經(jīng)整流后產(chǎn)生325VDC，再經(jīng)調(diào)制器調(diào)制為325V階梯式正弦電流波形，每個(gè)階梯對應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動一步，通過改變驅(qū)動器輸出電流的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，而輸出的階梯數(shù)確定了電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。

任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試技能訓(xùn)練（1）拆裝步進(jìn)電機(jī)，辨認(rèn)不同的組成部分，明確其工作原理；（2）進(jìn)行驅(qū)動單元接線試驗(yàn)，熟悉系統(tǒng)的保護(hù)性能。任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試總結(jié)與提高1．簡述步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理。2．簡述步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)及性能指標(biāo)。3．簡述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置的接線注意事項(xiàng)。任務(wù)二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識技能能現(xiàn)場識別交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)，分析各基本部件功能會運(yùn)用伺服驅(qū)動裝置，完成電路及端口接線，實(shí)現(xiàn)各部分的功用掌握常用交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)掌握交流伺服驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)、性能、接口定義及使用方式任務(wù)三交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試任務(wù)描述

通過對常用交流伺服電機(jī)及驅(qū)動器的基礎(chǔ)知識介紹，幫助學(xué)生正確識別常見數(shù)控機(jī)床伺服電機(jī)及驅(qū)動器接口形式，了解其組成部分，掌握電氣機(jī)構(gòu)及工作特點(diǎn)，完成設(shè)備的端口接線與調(diào)試任務(wù)。任務(wù)三交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識鏈接交流伺服驅(qū)動同步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)相比具有顯著不同的工作特性。1．應(yīng)用場合不同。一般來說，大負(fù)載，高速度的應(yīng)用，應(yīng)采用交流伺服驅(qū)動電機(jī)2．輸出力矩特性不同。在需要速度較高的環(huán)境，伺服電機(jī)輸出力矩的矩頻特性平穩(wěn)。3．運(yùn)行穩(wěn)定性不同。交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會出現(xiàn)震動現(xiàn)象，即使三相混合式步進(jìn)電機(jī)低速平穩(wěn)性雖然高于二相步進(jìn)電機(jī)，但仍低于伺服電機(jī)。4．控制方式不同。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，5．速度響應(yīng)性能不同。因?yàn)榻涣魉欧梢杂兴查g大扭矩輸出，所以加速性能可能比步進(jìn)強(qiáng)；交流伺服電機(jī)的控制精確度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證6．過載能力不同。交流伺服電機(jī)具備很強(qiáng)的過載能力，具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。步進(jìn)電機(jī)沒有這種過載能力，為了克服這種慣性力矩，要保證步進(jìn)電機(jī)的力矩大于需要的力矩。任務(wù)三交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識鏈接

（一）交流伺服電機(jī)交流伺服電動機(jī)的實(shí)質(zhì)是一臺兩相感應(yīng)電動機(jī)，其結(jié)構(gòu)與電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相感應(yīng)電動機(jī)相似，它也有在空間上相差90°電角度的兩相繞組，一組為勵(lì)磁繞組，經(jīng)過分相電容C加交流勵(lì)磁電壓Uf，另一組為控制繞組，加同頻率控制電壓Uc。選擇適當(dāng)?shù)碾娙萜鰿的數(shù)值，可以使勵(lì)磁繞組的電流if與控制繞組的電流ic在相位上相差接近90°，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。任務(wù)三交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識鏈接系統(tǒng)功能特點(diǎn)SIEMENS系列數(shù)控系統(tǒng)在功能上，特別是在多軸控制、通信、PLC及編程方面具有特色。SIEMENS公司為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)FMS和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS的需要，在810/820、850/880系統(tǒng)中采用通道結(jié)構(gòu)，使控制軸數(shù)可達(dá)20～30個(gè)，其中包括多主軸控制，并可實(shí)現(xiàn)12個(gè)工位的聯(lián)動控制。產(chǎn)品采用模塊化結(jié)構(gòu)，模塊由多層印制電路板制成，在一種CNC系列中采用標(biāo)準(zhǔn)硬件模塊，用戶可選擇不同模塊組合來滿足各種機(jī)床的要求。在一種硬件上配置多種軟件，使它具有多種工藝類型，滿足多種機(jī)床的需要，并成為系列產(chǎn)品。在CNC產(chǎn)品中采用了通信中央處理單元，使其具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理、傳送和處理能力，以及與上級計(jì)算機(jī)通信的功能，易于進(jìn)入FMS，數(shù)據(jù)傳送用RS—232C/20mA接口（V24）。SIEMENS公司開發(fā)了總線結(jié)構(gòu)的SINECHl工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，可連接成FMC和FMS。SIEMENS公司的CNC產(chǎn)品采用SIMATICS5、S7系列可編程控制器或內(nèi)裝式可編程序控制器，用STEP5、STEP7編程語言。功能很強(qiáng)的PLC可以滿足各種機(jī)床與CNC之間的大量信息交換要求，同時(shí)顯著提高了信息傳遞的速度。任務(wù)三交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試知識鏈接（三）交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)典型接口和接線隨著交流伺服電機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，系列化、模塊化的交流伺服電機(jī)驅(qū)動模塊不斷出現(xiàn)，各生產(chǎn)廠家的交流伺服電機(jī)驅(qū)動模塊定義基本相同，為簡化交流伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、和現(xiàn)場安裝調(diào)試與維護(hù)檢修提供了重要的條件。任務(wù)三交流伺服電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的連接與調(diào)試重點(diǎn)知識鏈接安裝調(diào)試與接線注意事項(xiàng)由于人體靜電會嚴(yán)重?fù)p壞驅(qū)動器內(nèi)部的CMOS元器件；在未采取防靜電措施前，請勿用手觸摸印刷電路板及IGBT等內(nèi)部器件，否則可能引起驅(qū)動器故障。絕不可將交流輸入電源接至驅(qū)動器輸出端U、V、W端子。主回路配線時(shí)，配線線徑規(guī)格的選擇，請依照國家電工法規(guī)有關(guān)規(guī)定實(shí)施配線；接地端子必須根據(jù)國家電氣安全規(guī)定和其它有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定正確、可靠的接地。主回路螺絲確認(rèn)鎖緊，以防震動脫落或產(chǎn)生火花。