第3章 数控车床电气系统组成
3.1刀架系统组成 3.1.1霍尔效应霍尔元件
霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。这个电势差也被称为霍尔电势差。 霍尔元件
霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速，如录象机的磁鼓，电脑中的散热风扇等；是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。
3.1.2霍尔元件在刀架中的应用
精度是一台数控机床的特别重要成分，假如机床丧失了精度也就丧失了加工生产的意义，数控机床精度的保障很大一部分源于霍尔元件的检测精准性。
在数控机床上常用到的是霍尔接近开关：霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。
用霍尔开关检测刀位。首先，得到换刀信号，即换刀开关接通先接通。随后电机通过驱动放大器正转，刀架抬起，电机继续正转，刀架转过一个工位，霍尔元件检测是否为所需刀位，若是，则电机停转延时再反转刀架下降压紧，若不是，电机继续正转，刀架继续转位直至所需刀位。
接通整个电路电源，将换刀开关置于自动挡，再按下开始开关进行换刀，正传线圈自锁，自动进行换刀。当转到所需刀位时，刀位对应霍尔元件自动断开，电机停止正转。并接通反转电路，延时反转，刀架下降并压紧。霍尔元件不但起到了检测与反馈作用，而且也是数控机床精度可靠性的保障。
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3.1.3刀架系统
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。当系统没有发出换刀信号时，发讯盘内当前刀位的霍尔元件信号处于低电平状态。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，该刀位霍尔元件在磁钢作用下，使该刀号产生低电平信号，这时刀架正转信号断开，系统输出反转信号，同时另一继电器得电吸合，使相应接触器得电吸合，刀架反转，反转到位后，刀架电机停止，完成一次换刀控制过程。（刀架电机正反转主电路原理图3-4）
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。
图3-4 刀架电机正反转主电路
3.2其它电气系统的组成 3.2.1主轴系统
主轴是车床构成中一个重要的部分，对于提高加工效率，扩大加工材料范
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围，提升加工质量都有着很重要的作用。经济型数控车床大多数是不能自动变速的，需要变速时，只能把机床停止，然后手动变速。而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。无级变速系统主要有伺服主轴系统和直流主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机。通过皮带传动带动主轴旋转，或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮（以获得更大的转矩)带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。
在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器的输出频率使电动机工作在转差率较小的范围，电动机的调速范围较宽，并可以达到提高运行效率的目的。一般来说，通用型变频器的调速范围可以达到1:10以上，而高性能的矢量控制方式的变频器的调速范围可以达到1:1000。此外，当采用矢量控制方式的变频器对异步电动机进行调速控制时，还可以直接控制电动机的输出转矩。因此，高性能的矢量控制变频器与变频器专用电动机的组合在控制性能方面可以达到和超过高精度直流伺服电动机的控制性能。主轴电气原理图如3-1所示。
图3-1主轴控制电路
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3.2.2伺服驱动系统
我们采用FANUC公司的伺服驱动系统，现以FANUC数控车床的驱动系统为例，对数控车床的驱动系统作出介绍。FANUC伺服驱动具有如下特点：
1）供电方式为三相200V-240V供电。
2）智能电源管理模块，碰到故障或紧急情况时，急停链生效，断开伺服电源，确保系统安全可靠。
3）控制信号及位置、速度等信号通过 FSSB光缆总线传输，不易被干扰。 4）电机编码器为串行编码信号输出。
图3-2 驱动连接图
相关接口说明：
1）CZ4接口为三相交流200~240V电源输入口，顺序为U、V、W、地线。 2）CZ5接口为伺服驱动器驱动电压输出口，连接到伺服电机，顺序为U、V、W、地线。
3）CZ6与CX20为放电电阻的两个接口，若不接放电电阻须将CZ6及CX20短接，否则，驱动器报警信号触发，不能正常工作，建议必须连接放电电阻。
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