基于SINUMERIK 802C的经济型机床电气元件的分析

许志荣 朱 俊 邓志辉

(常州信息职业技术学院机电工程学院 江苏常州 213164)

基于SINUMERIK 802C的经济型机床电气元件的分析

许志荣 朱 俊 邓志辉

(常州信息职业技术学院机电工程学院 江苏常州 213164)

经济型数控机床是适合我国工业生产的一种机床。SINUMERIK 802C base line是专门为中国数控机床市场而开发的经济型CNC控制系统，在802C的数控系统的背景下，对经济型数控机床的电气元件伺服驱动器、变频器和电动刀架等进行了系统的介绍和分析，有助于机床参数的设置及技术改进。

802C;数控机床;变频;伺服

数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批量、多变零件的加工问题。稳定加工质量，提高生产效率，逐步提高机床的数控化率是机械行业发展的总趋势［1］。针对我国目前工业发展状况，发展经济型的数控机床不仅资金投入少，且操作简单，维护也方便。基于SINUMERIK 802C系统的经济型机床，可以很好地解决上述问题，本文对该机床电气元件进行了分析。

1 SINUMERIK 802C base line数控机床介绍

SINUMERIK 802C base line集成了所有的CNC，PLC，HMI，I/O 于一身，并可独立于其它部件进行安装。坚固而又节省空间的设计使它可以安装到最方便用户的位置，操作面板提供了所有的数控操作、编程和机床控制动作的按键以及8英寸LCD显示器，同时还提供12个带有LED的用户自定义键。工作方式的选择(6种)、进给速度修调、主轴速度修调、数控启动与数控停止以及系统复位等均采用按键形式进行操作。SINUMERIK 802C base line的输入/输出点为48个24 V的直流输入和16个24 V的直流输出。输出同时工作系数为0.5时负载能力可达0.5 A。为了方便安装，输入输出可以采用可移动的螺丝夹紧端子，该端子可用普通的螺丝刀来紧固。

SINUMERIK 802C base line控制软件已经存储在数控部分的Flash-EPROM(闪存)上，Toolbox软件工具(调整所用的软件工具)包含在标准的供货范围内。系统不再需要电池，免维护设计。采用电容防止掉电引起的数据丢失。系统软件面向机床和铣床应用，并可单独安装。在每一个工具盒中都包含有机床和铣床的PLC程序示例，以便用户能很快调试完毕。

2 变频器选择的分析［2］

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。对于变频器的选择，首先要选择变频器的控制方式。变频器的控制方式主要有U/f控制方式、无反馈矢量控制方式和有反馈矢量控制方式。数控机床属于高精度、快响应的恒功率负载加工设备，应尽可能选用矢量控制高性能型通用变频器，而且中、小容量变频器以电压型变频器为主。本文选用的是三菱通用变频器FR-D740-0.75K-CHT，变频器用的是电流控制，因此需要将开关拨到电流档。主要的接线端子如图1所示:

图1 变频器接线原理图［3］

3 伺服驱动接口功能分析

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，从而实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。伺服驱动器一般可以采用位置、速度和力矩三种控制方式，主要应用于高精度的定位系统，目前是传动技术的高端。本文采用的是台湾东元伺服TSTA驱动器。主要接线端子说明如图2:

图2 伺服驱动器接线原理图［4］

4 冷却系统及电动刀架分析

4.1 冷却系统

冷却系统由系统输入输出接口发出相应的辅助功能信号，驱动冷却系统的外部控制电路即可控制冷却电机的启动与停止。按数控系统操作面板冷却功能按键，冷却电机启动，再按一次，冷却电机停止，也可使用M08、M09指令来完成冷却电机的启动与停止。若检测到冷却系统的相关报警，关闭各轴使能信号，暂停进给。等排除故障后，按复位键消除报警，机床继续工作。

4.2 电动刀架工作流程分析

该机床主要用于中小型轴类、盘类以及螺纹零件的粗加工或半精加工，这些零件加工工艺要求机床电工刀架实现的功能主要有:控制主轴刀架能实现纵向和横向的进给运动，并具备在换刀点自动改变四个刀位完成刀具选择;加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个被加工螺纹的螺距(单头螺纹加工)或导程(多头螺纹加工)，这样就一定要实现自动换刀，在小拖板上安装数控转位刀架［5］。

刀架的工作过程:LB4系列电动刀架采用由销盘、内端齿、外端齿盘组合而成的三端齿定位机构。采用蜗轮蜗杆传动，齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。当系统没有发出要刀信号时，发讯盘当前刀位的霍尔元件处于低电平信号。当系统要求刀架转到某一刀位时，系统输出正转信号，此时继电器得电吸合，使接触器得电吸合，刀架正转。当刀架转至所需刀位时，该刀位的霍尔元件在磁钢作用下，产生低电平信号，这时刀架正转信号断开，系统输出反转信号，这时另一继电器得电吸合，使相应接触器得电吸合，刀架反转，刀架反转到位后，刀架电机停止反转，完成一次换刀控制过程。

刀架动作顺序:换刀信号——电机正转——上刀体转位——到位信号——电机反转——粗定位——精定位夹紧——电机停转——回答信号——加工顺序进行。电动刀架发讯盘刀位信号引出线定义如表1:

表1 刀架端子定义

5 结束语

SINUMERIK 802C base line是专门为中国数控机床市场而开发的经济型CNC控制系统。其优点是结构紧凑，高度集成于一体的数控单元、操作面板、机床操作面板和输入输出单元，机床调试配置数据少，系统与机床匹配更快速、更容易，简单而又好的编程界面，保证了生产的快速进行，优化了机床的使用。数控机床是当代机械制造业的主流装备，应用于复杂、精密、自动化加工，是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。国产数控机床的发展经历了30年跌宕起伏，但高精度的加工中心仍不是一般企业能消费得起的，因此经济型数控机床有着它广阔的市场。经济型数控机床，价格低廉，设备费用投入较少，仍是我国当前数控机床的主流产品。

［1］姚永刚.数控机床电气控制［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2006:140-153.

［2］宋峰青.变频技术［M］.北京:中国劳动社会保障出版社，2004:92-96.

［3］杨小荣，孙芳.机床数控改造［M］.上海:上海科学技术出版社，2007:150-171.

［4］韩海建.数控技术及装备［M］.武汉:华中科技大学出版社，2007:260-294.

［5］李园.基于西门子SINUMERIK 802S的CA6140机床数控化改造［D］.浙江:浙江工业大学，2007.

Analysis of Electrical Elements of SINUMERIK 802C Based on the Economical Design of Electrical Control Lathe

XU Zhi-rong ZHU Jun DENG Zhi-hui
(School of Mechanical and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

Economical numerical machine(CNC)is the lathe fits for our industry.SINUMERIK 802C base line is an economical CNC mode specifically developed for our market.Based on the 802C of the NC，the paper analyzes the servo drivers，frequency conversion and electrical control which are beneficial to set and improve the parameter of the lathe.

802C;CNC;frequency conversion;servo

TG 659

B

1672-2434(2010)02-0026-04

2010-03-01

许志荣(1976-)，女，讲师、工程师，硕士，从事研究方向:机电一体化与材料连接