机电控制关系优化方案

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图2-18所示为数控机床的机电控制关系图。图2-18 数控机床的机电控制关系图2）低压控制电器：包括控制电路中用作发布命令或控制程序的开关电器、电阻器或变阻器、操作电磁铁和中间继电器等。3）交流接触器KM1、KM3和KM6的主触点分别控制伺服电动机、主轴电动机和冷却电动机动力电的接通，交流接触器KM4和KM5控制刀架电动机的正反转。图2-21 CK3140数控车床主轴电动机的控制电路图1）合上图2-20的空气开关QF2和QF3。

图2-18所示为数控机床的机电控制关系图。其中，电气控制通常是根据电气控制系统图（包括电气原理图、电气元件布置图和电气接线图/表三块）将相关电气元件进行连接，并用一定的图形符号表达出来。数控机床上使用的电器可分为低压电器和执行电器两大类。

（1）低压电器是指交流电压≤1200V、直流电压≤1500V，在电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。低压电器可分为低压配电电器和低压控制电器两种。

1）低压配电电器：包括断路器、熔断器、接触器和继电器（过流继电器、热继电器）及各类低压开关等。低压配电电器主要用于低压配电电路和动力装置中，对电路和设备起短路、热跳、漏电保护等作用。

图2-18 数控机床的机电控制关系图

2）低压控制电器：包括控制电路中用作发布命令或控制程序的开关电器（电气传动控制中的控制器和电动机起/停/正反转兼作过载保护的启动器）、电阻器或变阻器（在不断开电路的情况下，可分级或平滑地改变电阻值）、操作电磁铁和中间继电器（速度继电器、时间继电器）等。

（2）执行电器属于控制电路的输出负载，其电源的通断是由接触器或继电器的触头完成的。通常，执行电器包括电动机、电磁制动器、电磁阀及电磁离合器等。

1.电气原理图

电气原理图一般由主回路、控制回路和辅助电路等部分组成。其识别是在FANUC、SINU-MERIK、MITSUBISHI和FAGOR系统连接图（FANUC系统的连接图见图2-19）的基础上，再运用模块化思想，对机床的AC380V、AC220V和DC24V供应模块及伺服轴和主轴的驱动模块等组成的主回路、控制回路和辅助电路划块分析，同时兼顾互锁和保护环节的分析。

数控系统连接图能清晰地表述机床所包含的控制单元和伺服装置等模块的组成及链路关系，可直观反映机床数字化电信号的流向（即信号的获取、放大和转换及最终控制对象），对维修人员进行故障诊断分析大有益处。

下面通过实例介绍数控机床电气原理图的模块化分析内容。

（1）主回路的分析（参见图2-20）根据伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求分析控制内容（如起动、方向控制、调速和制动）

1）QF1为电源总开关，QF2、QF3、QF4和QF5分别为伺服强电电动机、主轴强电电动机、冷却电动机和刀架电动机的空气开关，用于接通电源并起短路过流保护作用。

2）空气开关QF4和QF5带辅助触头，其信号输入到PMC中，作为QF4和QF5的状态信号。根据电动机的额定电流，可调节QF4和QF5的保护电流，以使其过流保护有效。

3）交流接触器KM1、KM3和KM6的主触点分别控制伺服电动机、主轴电动机和冷却电动机动力电的接通，交流接触器KM4和KM5控制刀架电动机的正反转。

4）三相伺服变压器TC1将AC380V转化为AC200V后，为伺服模块供电。

图2-19 FANUC0iC系统的连接图

图2-20 CK3140数控车床的主回路图

5）当电路断开后，阻容吸收器RC1、RC3和RC4吸收伺服模块、冷却电动机、刀架电动机中的能量，避免过电压而损坏器件。

（2）控制电路的分析（参见图2-21）根据主回路中伺服电动机、主轴电动机和电磁阀等执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的控制环节，并按不同的功能划分成若干条局部控制电路来分析。

图2-21 CK3140数控车床主轴电动机的控制电路图

1）合上图2-20的空气开关QF2和QF3。

2）当机床未压下限位开关、伺服未报警、急停按钮已释放和主轴无报警时，继电器KA2和KA3的线圈通电，其常开触点吸合。

3）PMC发出伺服强电允许信号Y00时，KA1的线圈通电，其常开触点吸合，接触器KM1的线圈通电，其主触点吸合，AC200V被引入。

4）主轴电动机的接触器KM3线圈通电，其主触点吸合，主轴变频器接入AC380V。

5）手动或自动状态下输入主轴正转（或反转）和转速指令时（如M03 S100时），PMC输出正转信号Y10（或反转信号Y11）及主轴转速指令输出对应转速的0～±10V模拟电压至主轴变频器上，主轴按指令转速旋转；当主轴速度达到指令值时，PMC输出主轴速度到达信号至CNC。

6）主轴的起动和制动时间由变频器内部的参数设定。

（3）辅助电路的分析包括电源和工作状态的显示、照明和故障报警等部分，多由控制电路中的电气元件进行控制。分析时，要根据数字化电信号的流向，对照控制电路分析。

（4）互锁与保护环节的分析为提高机床的安全可靠性，控制电路中还会设置一系列的电气保护和必要的电气互锁。

2.电气元件布置图

电气元件布置图表示电气元件在机床本体和电控柜中的实际安装位置，主要由机床本体元件的布置图（见图2-22）、控制柜元件的布置图（见图2-23）和控制板元件的布置图组成。

3.电气接线图/表

电气接线图/表是配线或维修时使用的，用于表述各电气元件间的实际接线情况及外部接线所需的数据。接线图/表（角钢生产线的接线图见图2-24）中各电气元件的文字符号、元件连接顺序和电路号码的编制都应与电气原理图一致。

图2-22 德大机械#50盘式刀库的元件布置图

M1—刀库电动机 M2—凸轮箱电动机 C1—刀套倒刀气缸 LS1—刀套倒刀极限开关 LS2—刀套回刀极限开关 LS3—刀库计数&定位感应器 LS4—刀库第二计数感应器，（仅限于确认用，可选件） LS5—刀库原点感应器（可选件） LS10—凸轮箱刹车感应器 LS11—凸轮箱扣刀点位置确认感应器 LS12—凸轮箱原点位置确认感应器

图2-23 CLOOS ROTROLⅡ控制柜元件的布置图

图2-24 角钢生产线的接线图

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