2.5镗铣加工中心电气原理图设计
在数控系统的设计中机床电气部分是数控系统重要的组成部分  ，是实现机床 动作的关键  ，下面对部分原理图的设计进行了介绍 。
2.5.1镗铣加工中心总体设计
UMAC作为机床数控系统的下位机  ，它与机床的机械部分连接为一个整体  ， UMAC的轴板ACC24E2A的Top端接编码器、光栅尺、手轮脉冲发生器等反馈装 置 。Bottom端接伺服驱动  ，电主轴等控制部分  ，ACC24E2A的两端连接限位  ，回 零等控制信号 。为了满足加工中心高速  ，高精度的要求  ，铣床主轴选用了主轴与 电机转子合二为一的电主轴  ，采用变频器驱动电机运动  ，实现高达24000rpm的速 度  ，这种设计不但减小了机床的空间  ，具有重量轻  ，噪声低的特点  ，而且响应速 度快  ，能够提高机床的加工效率  ，工件表面质量 。加工中心的伺服驱动选用的是 模拟量控制的NUM伺服系统  ，每个伺服驱动通过多芯电缆与UMAC相连  ，实现 数控系统对伺服驱动的控制 。各伺服驱动的直流母线与主驱动并联连接  ，经过一 系列的转化实现对电机的控制 。通过伺服驱动器的码盘设置各轴的物理地址  ，数 控系统通过各轴的物理地址控制各轴的运动[33] 。为了保证各坐标轴断电停止时坐 标轴保持原位置  ，采用了电磁抱闸  ，其控制电压为24V 。
2.5.2进给系统电气原理设计
通过上图2.7可以看出镗铣加工中心共有7个伺服轴  ，被分在2个轴组中  ，工 作时各轴组互不干涉  ，在人机界面上通过选择轴组完成轴组之间的切换 。系统采 用的是全闭环控制  ，光栅尺作为位置反馈元件  ，旋转变压器作为速度反馈元件 。
Z1的伺服驱动选用的是MDLU3050N01 AN,通过UMAC输出的模拟电压控制伺服 电机的速度  ，其中模拟电压的正负控制电机的正反转  ，模拟量的大小控制转速   ， 其电气原理图如图2.8所示 。

该伺服驱动模块包括模拟电压输入、急停、旋转变压器反馈及电源供给等功 能 。为了保证竖直轴Z1工作安全可靠  ，不会因突然断电而发生事故使用了抱闸制 动器 。S7部分的针1是控制抱闸的+24V/500mA光电隔离电源  ，针6为外部电源 0V  ，针7为速度参考指令输入电压±10V  ，针8、9(GND)模拟地  ，针6 (RTN) 外部电源〇V 。S1部分用于接收旋转变压器反馈的信号  ，其中针1和2同主轴驱动 的S1中的针24、25,针10和11同主轴驱动的针12、13 。针23和针22 (RS485-/ RS485+)连接RS485串口通信 。针4和针13 (PTC- NTC-/PTC+NTC+)为具有正负 电阻温度系数的热敏电阻  ，提供过电流/电压保护  ，过温度保护 。针5 (GND)为模 拟地  ，针6连接驱动使能信号[34] 。
2.5.3主运动系统电气原理设计
加工中心中镗铣头主轴电机采用的是伺服主轴驱动系统  ，该系统具有响应速 度快  ，过载能力强等特点  ，还可以实现定向和进给功能  ，通常是相同功率变频器 主轴驱动系统的2~3倍[33] 。
根据数控系统的需求  ，加工中心选用法国NUM公司的MBLD2150主轴驱动  ，
驱动模块如图2.9所示 。
该驱动模块主要包括镗铣头电机、外部复置、准备、使能、模拟电压输入、编码器模块 。其S6部分为设置轴地址  ，通过拨动拨码开关可根据需要设置轴地址 。
S5中CF1为报警复位  ，当关闭接触器时间大于等于500ms  ，报警复位 。S4中针4 镗铣头准备触点  ，S1为旋转变压器反馈输入模块  ，针20、21为GND  ，针8、9为 输出9V电压  ，针1为RS485串口接口  ，针4为准备信号[34] 。
2.5.4输入输出模块的设计
机床输入信号有控制面板上的按钮如循环启动、循环停止、急停、坐标轴的 的选择、点动、回零、各轴的伺服准备信号等 。加工中心的输入输出模块采用了 模拟量控制的ACC-65E和ACC-66E  ，ACC-65E输入模块如图2.10所示 。
ACC65E的J1上TOP端使用了 16个输入口和J2上的Top端使用了 8个输入 口  ，Bottom端同TOP端一样提供了 24个输出口 。PLC的ACC-65E输入模块所示  ， 其中7、8脚为电源线  ，为模块提供+24V直流电源  ，其他引脚为输入信号 。输出 模块包括工作台定位、电主轴正反转、各种指示灯、报警灯、抱闸、各种阀等控 制信号  ，输出模块的设计同输入模块类似 。
2.6加工中心实验平台
根据镗铣加工中心  ，搭建了以工控机为上位机  ，以UMAC运动控制器为下位 机的双CPU控制的试验台 。为了提高数据传输速度  ，上位机与下位机采用以太网 进行通讯 。其中UMAC的3U机架中含有2块ACC24E2A板与伺服驱动相连  ，2块ACC-65E模拟量控制的I/O板与控制面板相连  ，其硬件结构图如2.11所示 。试 验台以2台小型铣床为执行机构  ，其试验平台如图2.12所示  ，小铣床包括X、Y和 Z轴  ，由安川伺服驱动控制  ，伺服型号为SGDV-2R8A01B  ，其控制电压为三相200V  ， 采用13位的增量编码器 。利用UMAC提供的PEWIN32Pro软件初始化设置UMAC 和伺服驱动  ，可通过发送在线指令控制机床的运动 。利用自带的Pmac TuningPro 软件对伺服系统的稳定性进行调节 。利用UMAC提供的PLC语言编写控制面板的 PLC程序  ，实现对控制面板的按钮与指示灯的控制 。
2.7本章小结
本章主要介绍了镗铣加工中心的机械结构、伺服电机的计算、UMAC运动控 制器的特点、主要功能以及相关板卡的功能  ，根据需要选择了 UMAC的板卡及伺 服系统的控制方式 。根据加工中心的特点  ，结合UMAC和NUM伺服系统设计出 了机床电气原理图 。