毕业设计PL700A四轴立式加工中心电气系统设计

西华大学毕业设计说明书I摘 要本设计为了实现加工中心的自动化，应用机床电气控制原理，FANUC 0i-MD数控系统控制原理，进行 PL700A立式加工中心的电气设计。为了给系统软件设计、系统调试与维修、安装与连接设计等提供设计基础，画出了 CNC控制系统的电气原理图。本设计结合数控加工中心控制系统设计、系统软件 PMC设计、以及数控加工中心操作面板设计等，完成了加工中心的电气设计，绘制了该部分的电气原理图。达到了使本加工中心性能更优，性价比和自动化更好的目的。本加工中心的电气设计，主要为加工中心各个部分提供电能。主要控制的电机有冷却电机、排屑电机和液压站电机等。电路原理图中使用了许多常用的电气元器件，如继电器、接触器和电磁阀等，以配合软件共同实现电路的逻辑控制。【关键词】CNC；FANUC；电气设计；加工中心；逻辑控制西华大学毕业设计说明书IIAbstractIn order to automate the design of machining centers, application machine electrical control principle, FANUC 0i-MD CNC system control principle, the electrical design PL700A vertical machining centers. In order to give the system software design, system debugging and maintenance, installation and connection design to provide the design basis, draw electrical schematics CNC control system. The design combines CNC machining center control system design, system design software PMC and CNC machining center operator panel design, complete electrical design and processing center, draw an electrical schematic diagram of the portion. Reached so that the machining center performance better, more cost-effective and automation purposes. Electrical this machining center is designed primarily to provide power to the various parts of the processing center. The main control motor cooling motor, Chip motors and hydraulic station motor. Circuit diagram used in many common electrical components, such as relays, contactors, and solenoid valves to cope with software common logic control circuit.【Key words】CNC ；FANUC；Electrical Design；Logic control; machining center西华大学毕业设计说明书目 录摘要IAbstract 1 绪论11.1 数控与数控机床11.2 数控机床的发展趋势21.3 加工中心研发的意义61.4 设计任务62 PL700A 立式加工中心概述72.1 PL700A 立式加工中心简介72.2 PL700A 立式加工中心的整体构成82.3 PL700A 立式加工中心的工作原理92.4 PL700A 相关技术参数103 数控加工中心主要电气元器件123.1 数控机床常用电气元件123.2 主要元器件明细表19 3.3 电机的选型204 数控加工中心的电气设计234.1 380V 强电控制回路234.2 供电电路254.3 部分 I/O 模块264.4 交流控制回路274.5 电源模块28结论29总结与体会30致谢词31参考文献32附录34西华大学毕业设计说明书11 绪论随着计算机技术、微电子技术、大规模集成电路制造工艺的飞速发展，使高性能的微处理器（MPU）在国民经济的各行各业得以大规模的应用。然而加工中心正是集机械、电子、计算机、网络技术、气动、切削工艺等技术于一体的高新技术产品。机械制造技术和信息技术相结合而构成的机电一体化系统，是现代工业机械研究方向和发展趋势 1。 微机控制的加工中心和数控机床越来越多，柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS）不断应用在机械加工中，在根本上改变企业生产面貌。应用数字控制技术（Numerical Control）的数控机床可以高精度、高效率、高速度、高柔性化地加工各种复杂零部件，正好满足当今快速多变的市场、竞争激烈的生产工艺发展的需要。所以，微机控制技术在加工中的应用标志着机械行业的现代化，是国家生产能力的标志。1.1 数控技术与数控机床1.1.1 数控技术数控即数字控制，它是相对于模拟控制而言的。数控技术是利用数字量对机械加工的走刀运动的一种智能控制方式。数控技术（CNC，Computerized Numerical Control），它使用计算机实现数字程序控制。运用计算机按事先存贮编译好的程序来对机械加工设备的运动轨迹的控制 4。现在已经是采用计算机控制，替代了原先的硬件逻辑电路，使输入操作的各种控制机能，比如存贮、处理、运算、逻辑判断等的实现，都可以通过计算机软件来实现，计算机处理后，将生成的微观指令传送给伺服驱动模块，从而驱动电动机和液压执行元件等动作，从而带动机械设备运行。为了发展新兴的高新技术产业和顶尖的工业，数控技术是使能技术也是最基本的设备。为了提高制造的水平和能力，全世界各国已经在各行各业广泛使用数控技术，如机械制造行业、汽车行业、电器行业、甚至在信息产业也有涉足。1.1.2 数控机床数字控制机床（Computer numerical control machine tools）简称数控机床，它是一种装有软件程序的控制系统。对机床的控制是数控技术运用最广泛的领域，所以数控机床的发展水平标志着目前数控技术的性能好坏、技术水平高低，也决定了数控技术的发展方向。在一般的工业生产中，占绝大多数的是金属切削类机床，如车削类、铣镗钻类机床。所以它也是数控技术最常用和使用最广范的领域。车削加工时，主运动西华大学毕业设计说明书2是机床主轴带动工件的回转运动，用于回转体零件的加工切削，这样的机床就至少需要两个基本运动，即径向和轴向运动。所以需要两个基本的运动轴 X/Z。同理，运动铣镗钻类机床因为是通过主轴带动刀具旋转和零件的空间运动来实现金属加工的。所以这样的机床就至少需要三个运动轴，即 X/Y/Z 轴。为此，数控生产厂家就将数控系统分为了两大系列，即 M 系列的 CNC 至少具有 3 轴，用于铣镗钻类的控制。而 T 系列的 CNC 就至少具有 2 轴，用于车削类控制。随着科学技术的不断提高，人们对数控技术也提出了更高的要求，如复合车铣加工、FMC 等先进技术也得到普及。数控机床的优势和给生产带来的方便将越来越突出。1.1.3 数控机床的电气控制系统数控机床的基本构成和构成原理如下图。图 1-1 数控机床电气控制系统的组成1.2 数控机床的发展趋势在社会在不断发展中，人们在机械加工中，发现了数控机床任然存在的一些问题，所以对数控机床提出了更高的要求。以下是数控机床未来的发展趋势。1更高精度、更高速度数控机床的精度和速度是决定其加工能达到的精度和加工效率的两个重要因素，所以许多的数控机床生产和研发企业都在精度和速度上下功夫。现在的一般数控机床的精度已经可以达到 5m,在一些超精密加工中精度已经可以达到纳米级了。工作台主轴箱换刀装置刀库液压系统冷却系统润滑系统气动系统其他数控装置伺服装置主轴控制强电柜和PMC伺服电机主轴电机操作盘西华大学毕业设计说明书3为了提高加工速度，现在已经开始使用电主轴和直线电机了，这样的电机，大大提高了其加工效率和加工速度。尤其是直线电机，可以直接将电能转化为驱动导轨等作直线运动，而克服了传统的旋转电机，必须通过齿轮减速器，驱动丝杆等作旋转运动，在由丝杆螺母副带动导轨作直线运动。传统的方式，在减速器和丝杆螺母副等处会产生机械能的损耗以及传动误差。当然速度也就达不到很高。而电主轴和直线电机可以更加直接地传递能量和速度，所以这样的电机大大提高了数控机床的机械效率和加工速度。图 1-2 高精度加工2实时智能化今后的数控机床将具有实时监测一些参数的功能，并对这些参数的变化进行最快速的监测，从而作出及时反映，人工智能地分析引起这些参数变化的机床内部原因和外界环境的变化。从而向 CNC 发出相应的信号，及时调节相应参数变化到能使加工环境和加工工程处于最优的状态。而数控机床的实时智能化，是依托于智能控制理论的不断发展，尤其是近几年的快速发展。在神经控制、模糊控制、前馈控制等控制领域的发展推进了数控技术智能化的实现。3高柔性化和多主轴加工数控机床柔性化的目的是提高加工工艺和机床使用效率。最终将达到在人为设置好程序后，可以长时间无需人看管，而稳定、安全、可靠地加工生产零件。它可以实现自动装卸零件，自动换刀，可以在一次装夹过程中实现多个工序的加工。相比较传统的加工方式，极大地减轻人的劳动强度，实现了机械设备更大的自动化。而且以往，在装卸过程、人为换刀等过程中，机床要么空转，要么停止，而现在的柔性加工可以节省这其中的时间，加大了数控机床的使用效率，也提高了生产效率，更加经济高效。多主轴加工，解决了传统的单主轴的许多问题。传统的但主轴加工，只能在西华大学毕业设计说明书4工件的一个方向上切削或者磨铣等。所以对于复杂零件，需要较多加工工序的就只有反复装卸，在人工方面，需要多次地装夹又拆卸。而如果这个零件的每个面的加工量很小，即工序很简单，那么工人就要不停地装卸零件，使其加工面处于主轴刀具可以加工的地方。为了解决这样的问题，多主轴的数控机床应运而生，它可以实现工件在一次装夹后可以完成多道工序，还有个好处是，这几个主轴在不相互干扰的情况下可以同时完成各自的加工工序，这样就极大地提高了生产效率和减少了人的劳动强度。这样的机床还有个好处是因为是一次装夹实现多道工序，所以如果对刀和参考点选择无误的话，就可以提高加工精度，而传统的多次装夹必然会存在许多对刀和参考原点的误差。总而言之，多主轴机床的诞生，为机械加工的速度、精度、加工效率和经济性等方面的提高都起到很大的促进作用。图 1-3 多主轴机床4多轴并联驱动在机械结构学中，可以将机械结构分为串联结构和并联结构。而传统的机械设备多是使用串联机构，因为串联机构的机械设备比较好生产和控制，编程也较西华大学毕业设计说明书5为方便，对那些机械关节也可以很好的控制。比如我们生活中常见的吊车、机械手臂、挖掘机以及一些日常使用的小刀等都是采用的串联机构。然而这样的机构却存在它的一些弊端，比如运动控制不够精确，采用串联机构的加工中心在加工零件时容易发生抖动，即精度差。所以不得不将床身做得非常笨重，增加其材料等。而并联机构的结构大大简化了，顾名思义，并联机构就是有许多并联的机械关节组成的机构，它的机械结构非常简单，但是运动的控制却非常复杂。它不像串联机构只需控制各个分离的结构关节，就可以达到我们需要的运动轨迹。并联机构必须同时控制相并联的多个机械关节，共同完成相应的运动，刀具才能在走出我们需要的运动轨迹，才能加工零件，完成各种复杂形体零件的加工要求。所以并联机构的数控机床必然依托于复杂的数学运算。相比较于串联机构的数控机床，并联机构的数控机床具有许多优点，比如精度提高了，刚度提高了，加工速度提高了，最重要的是它可以很灵活地加工零件。因此，在新的机械加工发展环境下，这样的机床必将慢慢地取代传统的串联机构式数控机床。图 1-4 多轴并联驱动机床5网络化21 世纪已经进入了信息化时代，运用计算机控制和操作机床也已经实现。为了使数控机床更加自动化的生产加工，数控机床正在向网络化方向发展。网络化的实现将标志着，机床可以更加柔性化地生产，并可以远程监控，远程诊断和维西华大学毕业设计说明书6修。使每一台数控机床与 PC 机相联，人们就可以更好地更加便捷地控制机床完成加工生产了。图 1-5 网络化机床1.3 加工中心研发的意义数控机床的发展与人民的生产生活都息息相关，数控技术将会给机械加工领域带来革命性的变革。数控技术会涉及许多的知识，于是对它的研究将会展示人们现在的科学文化发展水平，更是与外国的比较。落后就要挨打，许多科技强国将许多高科技技术封锁。所以我国必将研究好数控技术，也是为了一种国防安全。数控技术是一种高精尖技术，需要各个部门行业的相互配合，共同完成更高技术的研发。朝着性能更优的方向发展，使数控机床正真完全更好地服务人类。1.4 设计任务本次毕业设计任务来源于成都普瑞斯数控机床有限公司的实际开发项目。要求应用机床电气控制原理，数控系统控制原理，进行 PL700A 立式加工中心的电气设计。机床主要参数：主轴最高转速 8000r/min，无级调速；主轴锥度：No.40；X/Y/Z 行程：700/410/545（mm）；工作台面积：4201000（mm），最大承重：600Kg；切削进给速度：2-20000mm/min, X、Y 轴快速移动速度:32(m/min), Z 轴：20(m/min)。具体要求如下：1）围绕毕业设计的内容和要求进行毕业实习，撰写毕业实习报告；2）收集与毕业设计任务有关的国外资料，完成外文资料翻译，译文不少于3000 字；3）熟悉 PL700A 四轴立式加工中心的主要功能及控制要求；4）了解 PL700A 四轴立式加工中心的工作原理；5）完成机床强电部分的电气设计，并绘制该部分的电气原理图；6）完成相应的保护电路设计；7）撰写设计说明书。西华大学毕业设计说明书72 PL700A 立式加工中心概述加工中心是在数控机床上演化而来的，将数控机床配上自动换刀装置，和一些自动化设备，就成为了加工中心。加工中心可以实现在机械零件的一次装夹中，进行多道工序的加工处理。人们只需将加工过程用机床专用的程序表达出来，并在数控机床的操作面板上键入或者用移动存储器传输进机床的 CNC 系统，机床就可以按照程序的要求进行一些操作了。比如可以实现主轴的正反转，冷却液的开启，自动换刀具，X/Y/Z 轴的动作，并且这些轴的联动就可以实现复杂零件的加工了。所以加工中心是一种高度自动化的产品，在许多行业都得到广泛地应用。相比较以前普通机床，无论在加工精度还是加工效率以及经济性都得到很大改善。极大地代替了人的劳动。以前的零件加