數(shù)控篆刻機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)硬件連接

劉 婷

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院 機(jī)電工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212016)

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字化信息控制機(jī)床[1]71-75的簡(jiǎn)稱，是加工制造業(yè)的基本設(shè)備[2]1-3。小型數(shù)控篆刻機(jī)能精準(zhǔn)篆刻印面[3]。數(shù)控系統(tǒng)是核心部件，主流品牌有發(fā)那科、三菱、西門子、華中數(shù)控等。

1 模塊功能及接口含義

1) 數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，具有加工程序仿真、以太網(wǎng)、伺服多通道控制、參數(shù)設(shè)定、誤操作防止等功能[4]。選用鴻冠數(shù)控技術(shù)有限公司的多功能數(shù)控系統(tǒng)控制器。系統(tǒng)支持銑、鏜、攻、鉆加工，自動(dòng)上料。采用32位高性能微處理器，運(yùn)用實(shí)時(shí)多任務(wù)控制技術(shù)和硬件插補(bǔ)技術(shù)，全聯(lián)動(dòng)，插補(bǔ)精度為0.001 mm，速度為12 m·min-1?？刂破鹘涌谠斠姳?。

表1 控制器接口名稱及含義

2) 驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器主要接收來自主控制箱的信號(hào)，處理后轉(zhuǎn)移至馬達(dá)及與馬達(dá)有關(guān)的感應(yīng)器，并將馬達(dá)的工作情況反饋至主控制箱。DM542細(xì)分型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用直流18～50 V供電，適合驅(qū)動(dòng)電壓18～50 V，電流小于4.0 A，外徑42～86 mm的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。采用交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電流環(huán)進(jìn)行細(xì)分控制，電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，低速運(yùn)行平穩(wěn)，高速時(shí)，力矩高，定位精度高。具有平均電流控制，兩相正弦電流驅(qū)動(dòng)輸出，過壓、欠壓、過流、相間短路保護(hù)功能，高啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，高速力矩大等特點(diǎn)，接口名稱及含義詳見表2。

表2 驅(qū)動(dòng)器接口名稱及含義

3) 步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號(hào)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)主要執(zhí)行元件[5]。非超載時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速、停止位置取決于脈沖信號(hào)頻率和脈沖數(shù)，不受負(fù)載變化影響。可通過控制脈沖數(shù)控制角位移量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；可通過控制脈沖頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和加速度，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。57HB56AL4-TFA步進(jìn)電機(jī)控制精度高，矩頻特性好，有過載能力。

2 硬件連接

1) 電源接口?？刂破鞯墓╇姺绞接邢到y(tǒng)供電和IO供電，接24 V開關(guān)電源建議采用隔離不共地的兩個(gè)開關(guān)電源。接線圖可參照?qǐng)D1。

圖1 系統(tǒng)電源與IO電源接線圖

2) 輸入和輸出?？刂破鲹碛?4路輸入、18路輸出。輸入口接入開關(guān)與IO設(shè)置中的參數(shù)配合實(shí)現(xiàn)功能。輸出接感性負(fù)載，如繼電器、電磁閥等?？刂破鞒鰪S默認(rèn)設(shè)置急停、報(bào)警、啟動(dòng)、暫停參數(shù)，客戶參照輸入口接線方式接入開關(guān)。

3) 驅(qū)動(dòng)器接口。控制器最多提供4路差分脈沖輸出，四軸控制器為X軸、Y軸、Z軸、C軸。4路差分脈沖輸出口與驅(qū)動(dòng)器連接方式相同，見圖2。

圖2 X軸控制器差分脈沖接口與驅(qū)動(dòng)器連接方式

4) 手脈MPG?？刂破饔?路標(biāo)準(zhǔn)手脈MPG接口，可外接手搖脈沖發(fā)生器(即脈沖)，控制坐標(biāo)軸的移動(dòng)。手脈脈沖輸入采用差分解法，整理采用光電隔離，系統(tǒng)電源與IO電源需同時(shí)接通24 V開關(guān)電源。用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境采用1或2個(gè)開關(guān)電源，圖3為兩個(gè)開關(guān)電源接線示意圖。

圖3 外部手脈接線方式

5) 模擬量輸出。如圖4所示，控制器帶有1路0—10 V主軸調(diào)速模擬量輸出接口，可接變頻器或伺服。主軸電壓隨S指令改變，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。主軸旋轉(zhuǎn)方向使能，由控制器輸出信號(hào)(24 V地)接變頻器或伺服控制方向的輸入信號(hào)端。在速度參數(shù)中設(shè)置主軸速度，若設(shè)為1 500 r·min-1，則模擬量輸出10 V時(shí)對(duì)應(yīng)速度為1 500 r·min-1。接主軸時(shí)必須采取雙隔離兩路供電[6]。

圖4 模擬量輸出處接線示意圖

6) 驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接。ZD-2HD542配57系列電機(jī)串聯(lián)、并聯(lián)接法(若電機(jī)轉(zhuǎn)向與期望轉(zhuǎn)向不同，僅交換A+，A-位置即可)，ZD-2HD542驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)4線、6線、8線的兩相/四相電機(jī)。圖5是ZD-2HD542配時(shí)代超群電機(jī)57HBP56AL4-TF0步進(jìn)電機(jī)典型接法。

圖5 驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接示意圖

3 數(shù)控系統(tǒng)的綜合布線

控制系統(tǒng)由1臺(tái)CM60D微控器、3臺(tái)ZD-2HD542步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和3臺(tái)57HBP56AL4-TF0步進(jìn)電機(jī)組成，控制系統(tǒng)的電氣原理圖如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)電氣原理圖