数控铣床伺服控制系统设计模板

1、数控铣床伺服控制系统设计资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。 毕业设计( 论文) 课 题 名 称数控铣床伺服控制系统设计分 院/专 业 机械工程学院/数控设备应用与维护班 级数维1321学 号学 生 姓 名张健指导教师: 夏燕兰 5月15日摘 要 今天的中国的先进制造技术正在飞速发展, 机械制造及自动化技术是其重要组成部分, 而它的核心技术就是数控技术。数控技术综合了现代控制技术、 机电一体化技术、 机械制造技术、 计算机技术、 微电子技术等先进技术。数控机床在先进制造方面的使用使先进制造业进入了一个新时代, 它改变了原有制造业的生产方式、 产业结构和管理方法, 对加工

2、和生产产生了深远的影响。它已经是国家工业发展程度的评判的标准。本文根据小型数控铣床伺服系统的控制要求设计了硬件电路电气原理图, 然后根据具体的电路图计算电气元器件参数规格, 选出合适的电子元器件, 而且编写伺服控制系统相关的PLC的程序, 最后, 简单分析了在安装和调试过程中出现的问题和解决方法。 关键字: 小型数控铣床, 伺服控制系统, 电气原理图, PLCAbstractTodays Chinas advanced manufacturing technology is rapid development, machinery manufacturing and automation te

3、chnology is an important part of its and its core technology is NC technology numerical control technology combines modern control technology electromechanical integration technology machinery manufacturing technology advanced technology such as computer technology, microelectronics technology NC ma

4、chine tools in the field of advanced manufacturing use advanced manufacturing industry has entered a new era, it has changed the original industrial structure of manufacturing production mode and management methods, has far-reaching influence on the processing and production Is now an important meas

5、ure of national industrial development.In this paper, according to the requirements of the CNC milling machine servo system control design of the hardware electric circuit schematic diagram, and then, according to the circuit diagram of the specific parameter calculation of electrical components spe

6、cifications, choose the appropriate electronic components, and the PLC program of servo control system, finally, a simple analysis of the problems in the process of installation and debugging and solutions.Key words: CNC Milling Machine, Servo control system, Electrical schematic diagram, PLC目 录TOC

7、o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc6009 摘 要 PAGEREF _Toc6009 1 HYPERLINK l _Toc32526 第一章 绪论 PAGEREF _Toc32526 1 HYPERLINK l _Toc29957 1.1 数控技术的发展背景及意义 PAGEREF _Toc29957 1 HYPERLINK l _Toc10476 1.2数控铣床系统的选用 PAGEREF _Toc10476 1 HYPERLINK l _Toc14336 第二章 数控铣床相关概述 PAGEREF _Toc14336 2 HYPERLINK l _Toc1498 2.1 数控铣

8、床主要技术参数 PAGEREF _Toc1498 2 HYPERLINK l _Toc30902 2.2 数控铣床的组成及工作原理 PAGEREF _Toc30902 3 HYPERLINK l _Toc25047 2.2.1 数控铣床的组成 PAGEREF _Toc25047 3 HYPERLINK l _Toc7301 2.2.2 数控铣床的工作原理 PAGEREF _Toc7301 4 HYPERLINK l _Toc13334 2.3 数控铣床的伺服系统 PAGEREF _Toc13334 5 HYPERLINK l _Toc30747 2.3.1 数控铣床伺服系统伺服系统基本概念及组

9、成 PAGEREF _Toc30747 5 HYPERLINK l _Toc28987 2.3.2 数控铣床对伺服系统的要求 PAGEREF _Toc28987 5 HYPERLINK l _Toc16895 第三章数控铣床伺服控制系统硬件电气电路设计 PAGEREF _Toc16895 6 HYPERLINK l _Toc14394 3.1 电源电路设计(D1) PAGEREF _Toc14394 6 HYPERLINK l _Toc1312 3.2 伺服控制电路的设计( K1) PAGEREF _Toc1312 7 HYPERLINK l _Toc5148 3.3 强电控制电路的设计( M

10、1) PAGEREF _Toc5148 8 HYPERLINK l _Toc14546 3.4 PLC的I/O接口分配 PAGEREF _Toc14546 9 HYPERLINK l _Toc32162 3.4 .1 PLC输入电路的设计( M2) PAGEREF _Toc32162 9 HYPERLINK l _Toc24197 3.4.2 PLC输出电路的设计( M3) PAGEREF _Toc24197 10 HYPERLINK l _Toc5460 第四章 数控铣床伺服控制系统的电气元器件选用 PAGEREF _Toc5460 11 HYPERLINK l _Toc28212 4.1

11、接触器的选择 PAGEREF _Toc28212 11 HYPERLINK l _Toc3743 4.2继电器的选择 PAGEREF _Toc3743 11 HYPERLINK l _Toc874 4.3 控制变压器的选择 PAGEREF _Toc874 11 HYPERLINK l _Toc23893 4.4 基准点灯的选择 PAGEREF _Toc23893 12 HYPERLINK l _Toc14173 4.5 按钮的选择 PAGEREF _Toc14173 12 HYPERLINK l _Toc32725 4.6 行程开关的选择 PAGEREF _Toc32725 12 HYPERL

12、INK l _Toc14574 4.7 直流稳压电源的选择 PAGEREF _Toc14574 13 HYPERLINK l _Toc21395 4.8 断路器的选择 PAGEREF _Toc21395 13 HYPERLINK l _Toc31114 4.8.1 断路器的简介 PAGEREF _Toc31114 13 HYPERLINK l _Toc3813 4.8.2 主要技术参数 PAGEREF _Toc3813 13 HYPERLINK l _Toc15941 4.8.3 断路器的选择 PAGEREF _Toc15941 14 HYPERLINK l _Toc4672 第五章 数控铣床

13、伺服控制系统的PLC软件设计 PAGEREF _Toc4672 16 HYPERLINK l _Toc7850 5.1 FANUC Oi系统PLC PAGEREF _Toc7850 16 HYPERLINK l _Toc5193 5.1.1 PLC的简介 PAGEREF _Toc5193 16 HYPERLINK l _Toc1803 5.1.2 PLC的功能 PAGEREF _Toc1803 16 HYPERLINK l _Toc1882 5.2 伺服控制系统PLC程序梯形图的设计 PAGEREF _Toc1882 17 HYPERLINK l _Toc16986 5.2.1 FANUC系统

14、的PLC信号和地址 PAGEREF _Toc16986 17 HYPERLINK l _Toc19583 5.2.2 FANUC 部分信号的说明 PAGEREF _Toc19583 17 HYPERLINK l _Toc28631 5.2.3 分析控制要求 PAGEREF _Toc28631 18 HYPERLINK l _Toc9960 5.2.4 程序流程图 PAGEREF _Toc9960 18 HYPERLINK l _Toc11027 5.3 梯形图程序设计 PAGEREF _Toc11027 20 HYPERLINK l _Toc15465 5.3.1梯形图设计原则 PAGEREF

15、 _Toc15465 20 HYPERLINK l _Toc8468 5.3.2 数控铣床伺服控制系统的PLC梯形图 PAGEREF _Toc8468 20 HYPERLINK l _Toc4737 5.3.3 PLC程序信号地址 PAGEREF _Toc4737 23 HYPERLINK l _Toc25506 第六章 数控铣床伺服电路的安装与调试 PAGEREF _Toc25506 24 HYPERLINK l _Toc13556 6.1安装步骤 PAGEREF _Toc13556 24 HYPERLINK l _Toc5132 6.1.1硬件电路的连接 PAGEREF _Toc5132

16、24 HYPERLINK l _Toc23053 6.1.2 PLC程序输入 PAGEREF _Toc23053 24 HYPERLINK l _Toc2265 6.2 调试步骤 PAGEREF _Toc2265 24 HYPERLINK l _Toc14840 6.3调试中出现的问题及解决方法 PAGEREF _Toc14840 28 HYPERLINK l _Toc28230 第七章 总结 PAGEREF _Toc28230 29 HYPERLINK l _Toc14800 致谢 PAGEREF _Toc14800 30 HYPERLINK l _Toc8069 参考文献 PAGEREF

17、_Toc8069 31 HYPERLINK l _Toc20575 附录 PAGEREF _Toc20575 32 HYPERLINK l _Toc10002 电源电路电气图 PAGEREF _Toc10002 32 HYPERLINK l _Toc31140 伺服控制电路电气图 PAGEREF _Toc31140 33 HYPERLINK l _Toc1696 强电控制电路电气图 PAGEREF _Toc1696 34 HYPERLINK l _Toc30602 PLC输入电路 PAGEREF _Toc30602 35 HYPERLINK l _Toc11106 PLC输出电路 PAGERE

18、F _Toc11106 36 HYPERLINK l _Toc20869 PLC梯形图 PAGEREF _Toc20869 37第一章 绪论1.1 数控技术的发展背景及意义数控技术是制造业实现自动化、 现代化、 柔性化和集成化生产的基础, 它能够提高生产效率以及产品质量, 大大的节约了生产成本。数控技术及装备是关系到一个国家的生存力水平和综合国力。自1952年第一台数控机床在美国研制成功, 数控设备已经逐渐占据了生产制造方面的重要地位。数控机床具有加工精度高、 产品质量稳定、 高效简洁的加工方式、 适用面广等优点。当前数控机床可分为数控车床、 数控铣床、 数控钻床、 数控镗床、 数控冲床和加工

19、中心等。本文主要对数控铣床的伺服系统进行设计研究。数控铣床是利用数字化技术控制机床, 以铣刀的旋转运动为主运动, 刀具与工件之间的移动为进给运动。能够完成对平面、 沟槽、 轮齿、 螺纹和复杂型面的加工。具有较强的灵活性、 能够加工较为复杂的零件、 加工精度高质量好、 生产自动化程度高等优点。1.2数控铣床系统的选用 当前社会常见的数控系统主要类型有以下几种: (1)国产系统国内主流数控系统为华中数控系统, 但它一般应用与数控铣床方面。如HNC21T操作面板等; 广州数控系统, 如GSK928T、 GSK980T操作面板等; 北京航天数控系统, 如CASNUC 2100等。(2)FANUC数控系

20、统FANUC数控系统由日本富士通公司研制开发, 当前在中国得到了广泛的应用。中国制造方面所广泛使用的FANUC数控系统是系统以及i系统。(3)SIEMENS数控系统德国的西门子公司研究创造了SIEMENS数控系统, SIEMENS系统在中国机械制造行业使用也较为广泛。当前, 在中国市场上, 常见的数控系统除SINUMERIK 840DC和SINUMERIK 840DM等。另外还有西班牙FAOGO公司生产的8010、 8050和美国ALLEN-Brady公司的B8400、 B600MT/TC、 B8600AT900、 B8600/WS等数控装置系统。我们对FANUC、 SIEMENS、 华中等系

21、统的调研、 比较, 决定本次毕业设计伺服系统的控制将采用FANUC Oi Mate TC系统。据调研FANUC Oi Mate TC系统有以下的一些优点。( 1) FANUC 系统的功能全面, 且能够适用于很多方面。( 2) FANUC数控系统具有优质可靠的技术服务的优点。( 3) FANUC数控系统具有较好的自我保护措施。 ( 4) FANUC数控系统PMC功能指令与信号全面, 这些指令能够使我们在编写PMC程序更加容易, 而且它的人机操作界面简单易用。 ( 5) FANUC数控系统具有很强的DNC功能。经过串行RS232C接口让计算机与机床之间更快、 更可靠的传输数据。( 6) FANUC

22、数控系统具有自我诊断的功能以及给予了大量报警维修信息。FANUC Oi Mate TC维修手册为用户将大量的报警信息进行了分门别类。第二章数控铣床系统概述2.1数控铣床主要技术参数 数控铣床主要技术参数包括数控铣床本身主要参数和数控系统主要参数, 参数的作用和类型和作用参见表2.1。在数控编程和数控铣削加工时应了解数控铣床技术参数, 具体有主轴锥孔度、 最大铣削距离、 各坐标轴行程、 主轴转速范围、 铣削进给速度范围、 定位精度、 重复定位精度等技术参数。表2.1 数控铣床主要技术参数名称单位数据行程X轴行程mm600Y轴行程mm410Z轴行程mm510主轴端面至工作台面距离mm125-635

23、工作台中心至立柱导轨面距离mm220-630工作台工作台面积mm800 x400工作台最大承重kg500T型槽槽宽mm3x18H8主轴主轴最高转速rpm8000主轴孔锥度 -BT-40进给率X/Y/Z轴快速位移m/min10/10/8最大切削进给率m/min5电机主轴电机Kw5.5/7.5X/Y/Z电机Nm11/11/16冷泵电机w90精度( 直线轴精度参照JB/T8772.4-1998标准) 定位精度mmX/Z: 0.016, Y: 0.014重复定位精度mmX/Z: 0.01, Y:0.0082.2 数控铣床的组成及工作原理2.2.1 数控铣床的组成 数控铣床主要由床身、 铣头、 纵向工作

24、台、 横向床鞍、 升降台、 电气控制系统等组成。能够完成基本的铣削、 镗削、 钻削、 攻螺纹及自动工作循环等工作, 可加工各种形状复杂的凸轮、 样板及模具零件等。数控铣床的床身固定在底座上, 用于安装和支承机床各部件, 控制台上有彩色液晶显示器、 机床操作按钮和各种开关及指示灯。纵向工作台、 横向溜板安装在升降台上, 经过纵向进给伺服电机、 横向进给伺服电机和垂直升降进给伺服电机的驱动, 完成X、 Y、 Z坐标的进给。电器柜安装在床身立柱的后面, 其中装有电器控制部分。图2.1 数控铣床 ( 1) 输入装置 数控铣床运行按照程序的编程人员所编制的程序去顶, 一般程序员将处理特定的格式或代码存储

25、在载体上, 然后经过输入设备输入到数控铣床的数控设备。 ( 2) 数控装置 铣床的核心是数控装置, 一般由输入、 输出设备、 、 存储器、 控制器、 运算器、 I/O接口等相关部分组成。它将输入装置输入的数据, 经过内部的控制电路、 逻辑电路和控制器等进行编译, 数学运算和处理后, 然后输出指令和信号控制不同部分运动进行加工。 ( 3) 伺服系统 伺服系统时实现机床轴运动( 主轴、 进给运动, 位置控制等) 的主要系统以位置为控制目标的自动控制系统。接收数控装置输出的各种信号经过分配、 放大和转换等功能, 驱动各个运动部件, 完成零件的切削加工。它的伺服精度和动态响应是影响数控铣床的加工精度、

26、 表面质量和生产率的重要因素之一。 ( 4) 位置检测反馈装置 位置检测、 速度反馈装置根据系统需求确定移动部件的位置或速度不断转化为电信号传输到数控设备, 数控设备将接收信号与目标信号相比、 计算, 然后不断地补偿控制驱动系统, 以保证运动部件的运动精度。 ( 5) 床身 数控铣床的床身主要由夹具、 床身、 导轨、 立柱、 T型槽、 工作台等组成。这些部分的设计和制造应具备结构先进、 刚性好、 制造精度高、 工作可靠的优点, 以此保证加工工件的高精度和高效率。2.2.2 数控铣床的工作原理 数控铣床是一种高度自动化的机床, 是用数字化的信息来实现自动化控制的, 将与加工零件有关的信息即工件与

27、刀具相对运动轨迹尺寸参数( 进给执行部件的进给尺寸) 、 铣削加工的工艺参数, 以及各种辅助操作( 主运动变速、 刀具更换、 切削液打开停止、 工件加紧松开等) 等加工信息用一定的文字、 数字和符号组成的代码, 按规定的格式编写成加工程序单, 将加工程序经过控制介质输入到数控装置中, 由数控装置经过分析处理后, 发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自行自动加工。机床MT侧与CNC、 PLC信号传输如图。PLCMTPLCMTYCNCGXFXFMT与CNC、 PLC信号传输数控铣床工作过程 2.3 数控铣床的伺服系统2.31 数控铣床伺服系统的基本概念及组成一、 伺服系统的基本概念 伺

28、服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统, 主要是各坐标轴进给驱动的位置控制系统。它能够接受来自CNC装置的进给脉冲, 经过转换和放大从而驱动各坐标轴进行指令脉冲运动。使得刀具相对于工件进行复杂的机械运动, 进而加工出复杂的工件。它是数控机床的重要组成部分。二、 伺服系统组成 一般由两个控制环组成的双闭环系统, 内环是速度环, 在速度环中用作速度反馈的检测为脉冲编码器、 测速发电机等。外环是位置环。主要对机床运动坐标轴进行控制三、 伺服系统分类 按有无检测元件可分为开环、 闭环、 半闭环伺服驱动系统。按执行元件可分为步进驱动系统、 直流伺服驱动系统、 交流伺服驱动系统。按反馈比较控

29、制方式分为脉冲( 数字) 比较伺服驱动系统、 相位比较伺服驱动系统、 幅值比较伺服驱动系统等分类方法。23.2数控铣床对伺服系统要求( 1) 精度高。( 2) 稳定性好。( 3) 快速响应。( 4) 调节范围宽。( 5) 低速大转矩。第三章数控铣床伺服控制系统电气控制电路设计 3.1 电源电路设计(D1)电源电路如图3.1所示, 其中电源供给380V 50HZ的交流电; QF1为电源的总断路器, 保护电源; QF2, QF3为主电机的驱动电源电路短路, 过载保护; TC1是控制变压器, 一次侧是AC380V, 二次侧为AC220V, 为接触器供给电源; VC1为电源开关, 为伺服控制电源, 机

30、床I/O接口, CNC, 中间继电器提供直流DC24V电源。电源电路的设计主要是为整个电路提供短路和过载保护, 另一方面是为伺服控制系统提供直流电源。 图3.1 电源电路电气图3.2 伺服控制电路的设计( K1) 伺服控制电路如图3.2所示, K1为伺服交流接触器; TC1为伺服变压器, 一次侧是三相AC380V, 二次侧是三相AC200V; QM1伺服动力电源保护开关, 它的辅助触点输入到PLC中做其状态信号; K2是伺服单元的接触器; Z1为灭弧器。伺服单元中, 外部24V直流稳压电源连接到X轴的CX19B, X轴的CX19A连接到Y轴的CX19B, Y轴的CX19A连接到Z轴的CX19B

31、。做伺服单元的控制电路的输入电源; CX29为主电源控制信号接口; CZ7-3为伺服电动机的动力接线口; JF1连接到相应的伺服电动机M1M2M 3内装编码器的接口上, 做X轴、 Y轴、 Z轴的速度和位置的反馈装置的信号控制; X轴伺服单元的伺服高速串行总线接口COP10A与Y轴的COP10B连接, Y轴的COP10A与Z轴的COP10B相连; CX30为急停信号接口; K2为急停继电器。伺服控制电路的设计主要控制了X轴、 Y轴、 Z轴的进给和速度控制, 控制了X轴、 Y轴、 Z轴的回参, 快移等动作, 整个伺服单元接通三相交流电源200V, 50/60Hz。图3.2 伺服控制电路电气图3.3

32、 强电控制电路的设计( M1) 强电控制电路如图3.3所示, 当未压下急停按钮SB1或X/Z轴超程开关SQ1、 SQ2、 SQ3、 SQ4时, K2接通, 打开电源钥匙开关SA1, 接通中间接触器K1, AC220V上电, 接通伺服动力电源接触器K1-K1, SB2、 SB3为CNC接通/断开按钮, K3继电器控制CNC上电, 通电顺序为先接通伺服单元, 在接通CNC, 断电顺序相反, Z1、 Z2为灭弧器, 强点控制电路的设计主要是控制伺服单元与CNC的连接以及CNC的起动/停止。图3.3 强电控制电路电气图3.4 PLC的I/O接口分配本设计所采用的PLC属于单体控制系统, 它没有其它特别

33、的控制要求, 一共有12个开关量, 开关量输出触点数有2个, 输入、 输出触点共有12个, 只需选用一般中小型可编程控制器即可。3.4 .1 PLC输入电路的设计( M2) PLC输出电路如图3.4所示, 按下急停按钮时或超程时发出急停信号M1-K2, 机床立即停止运动, SB5、 SB6、 SB7、 SB8、 SB9为进给点动和快移按钮, 按下其中一个方向键时相应的轴拖板移动, 同时按下快移键和一个方向键时轴拖板则快速移动。SQ1、 SQ2为基准点行程开关, 伺服断路器K1-QM1的辅助触点接入PLC进行控制, PLC输入电路的设计主要是控制了伺服单元与PLC的连接以及PLC对机床X轴、 Y

34、轴 、 Z轴的点动和快移的信号控制。图3.4 PLC输入电路3.4.2 PLC输出电路的设计( M3) PLC输出电路如图3.5所示, PLC输出信号主要有X轴、 Y轴和Z轴的基准点灯的输出信号。PLC的输出电路的设计主要是PLC和机床信号之间的相互转换以及相互控制。 图3.5 PLC输出电路 第四章 数控铣床伺服控制系统的电气元件选择4.1 接触器的选择1) 交流负载应选用交流接触器, 直流负载应选用直流接触器, 如果主要是交流负载的控制系统, 而直流电机或直流负载容量很小, 也能够选择交流接触器控制, 但触点的额定电流要更大。2) 选择接触器主触头的额定电压: 应等于或大于负载的额定电压。

35、3) 选择接触器主触头的额定电流: 被选用接触器主触头的额定电流应不小于负载电路的额定电流。也可根据所控制的电动机最大功率进行选择。如果接触器是用来控制电动机的频繁启动、 正反或反接制动等场合, 应将接触器的主触头额定电流降低使用, 一般可降低一个等级。在本次设计中, 因额定电流为2A, 控制回路电源为200V, 因此M1-K1需要的主触点为三对, 辅助常开触点两对, 因此选用接触器M1-K1, 主触点额定电流为5A, 线圈电压为200V; 因额定电流为4A, 控制回路电源为220V, 因此M1-K2需要的主触点为三对, 辅助常开触点两对, 故选用接触器M1-K2, 主触点额定电流为5A, 线

36、圈额定电压为200V。4.2继电器的选择继电器是一种根据某种输入信号的变化, 而接通或断开控制电路, 实现控制目的的电器。继电器的输入信号能够是电流、 电压等电学量, 也能够是温度、 时间、 压力等非电量, 而输出一般是触头的动作。因额定电流为4A, 控制回路电源为24V, 因此M1-K3需要的主触点为三对, 辅助常开触点两对, 因此选用继电器M1-K3, 主触点额定电流为5A, 线圈电压为24V; 同理, M1-K4、 M1-K5与M1-K3等继电器的参数相同。4.3 控制变压器的选择 控制变压器和普通变压器原理没有区别.只是用途不同.控制变压器:用途广泛,可做升压,亦可做降压用。 变压器的

37、工作原理是用电磁感应原理工作的。变压器有两组线圈。初级线圈和次级线圈。次级线圈在初级线圈外边。当初级线圈通上交流电时, 变压器铁芯产生交变磁场, 次级线圈就产生感应电动势。变压器的线圈的匝数比等于电压比。例如: 初级线圈是500匝, 次级线圈是250匝, 初级通上220V交流电, 次级电压就是110V。变压器能降压也能升压。二次额定容量由总容量确定。根据经验公式 P=KP式中 P电磁元件的吸持功率和灯等负载消耗的功率, 单位为 kW; K变压器的容量储备系数, K=1.11.5。本设计中选择的接触器、 继电器一般功率12W, 系统输入输出小于500W,由于本设计中控制变压器的容量P可根据由它供

38、电的最大工作负载所需要的功率来计算并留用一定的余量.因此本设计中的控制变压器D1-TC1的容量为: P=(500+124)1.2=630VA 因此控制变压器D1-TC1的容量选择为630VA。 设计中的控制变压器K1-TC1的容量为: P=(500+124)1.5=1000VA 因此控制变压器K1-TC1的容量选择为1000VA。4.4 基准点灯的选择基准点灯HL1、 HL2和HL3都选择ZSD0型, 6.3V, 0.25A, 且都为绿色4.5 按钮的选择根据需要的触点数目、 动作要求、 使用场合、 颜色等对按钮进行选择, 在本设计中, 急停按钮M1-SB1选择L A18型按钮, 其颜色为红色

39、; 八个起动按钮选择LA18型按钮, 其颜色为黑色; 一个停止按钮SB3选择LA18型按钮, 颜色为红色。4.6 行程开关的选择行程开关又叫做位置开关或者是限位开关, 其作用是将机械信号转化成电信号, 使电动机运行状态发生改变, 控制机械运动或者实现安全保护。行程开关一般根据机械位置对开关的要求和控制对象对开关触点数目的要求进行选择。在本次设计中, 行程开关工作电压为直流DC24V, 工作电流为4A, 故行程开关M1SQ1、 SQ2、 SQ3、 SQ4、 M2SQ1、 SQ2均选用LX321QS型行程开关。4.7 直流稳压电源的选择直流稳压电源的作用是将非稳定交流电源变成稳定直流电源, 根据电

40、源输出电压路数、 电源的尺寸及环境条件因素对直流稳压电源进行选择, 本次设计中, 系统电源为直流24V, 输出功率为500W, 输出电压路数为单路, 因此直流稳压电源VC选用SDA500W -24型稳压电源。4.8 断路器的选择4.8.1 断路器的简介 断路器也称自动空气开关, 用作于电动机和其它用电设备的电路中, 一般情况下, 能够分断和接通工作电流。当电路发生过载、 短路、 失压等情况是能自动切断故障电路, 保护串接与断路器后面的电气设备, 还能够用于不频繁地接通、 分断负荷的电路, 控制电动机的运行及停止, 功能类似于闸刀开关、 过电流继电器、 热继电器、 漏电保护电器等部分或者是全部功

41、能的总和。 断路器主要由触点系统与灭弧装置、 脱扣器、 操作机构与脱扣机构三部分组成。触电系统与灭弧装置 触点系统用于接通和分断主电路, 为加强电路的灭弧的能力, 在主触点处加有灭弧装置。脱扣器 脱扣器是断路器的感测元件, 包括过流、 过载、 欠压以及热脱扣器等类型。当电路出现故障时, 脱扣器收到信号工作, 经脱扣机构动作, 触点分离。( 3) 操作机构与脱扣机构 操作机构与脱扣机构是断路器的机械传动机构, 当脱扣机构收到信号后由断路器切断电路。4.8.2 主要技术参数 ( 1) 额定电压: 断路器长期工作时和分断后能够耐受的电压, 其量值一般等于或大于电气设备的额定电压。 ( 2) 额定电流

42、: 断路器能长期经过的电流, 它决定于断路器各部分长期工作时的容许温升。 ( 3) 额定短路分断能力: 断路器在故障条件下能可靠的分断最大短路电流, 它是断路器的主要技术指标之一。4.8.3 断路器的选择对于单台直接起动步进伺服电动机, 应按照下面公式计算 I=( 1.52.5) I式中 I脱扣器的额定电流 I电动机的额定电流。对于多台直接起动步进伺服电动机, 应按照下面公式计算 I=( 1.52.5) I+I式中I功率最大的一台电动机的额定电流; I其余电动机的额定电流之和。数控铣床采用三相交流380V 50HZ的电流, 额定电流约为10.5A。计算断路器D1-QF1的额定电流为: I=10

43、.51.5=15.8A 故D1-QF1选用额定电流为20A的DZ47-60(C)型断路器。计算断路器D1-QF2的额定电流为: I=(150380)1.5=0.6A故D1-QF2选用额定电流为2A的DZ47-60(C)型断路器。 根据上述电气元件的选择, 可列出数控铣床伺服控制系统的电气元件明细表, 见表4.1。表4.1 数控铣床伺服控制系统的电气元件明细表序号 符号名称 型号 规格 数量1K1,K2交流接触器CJ20-405A, 线圈电压200V12 K3、 K4、 K5 继电器 JZ7-445A, 线圈电压24V 13D1- TC1 控制变压器 BK-100630VA,380V/127、

44、36、 6.3V14K1-TC1 控制变压器 BK-1001000VA,380V/127、 36、 6.3V15 HL1、 HL2、 HL3 基准点灯 ZSD-0 6.3V, 绿色36 SB1 急停按钮 LA18 5A, 红色17SB2、 SB59等 控制按钮 LA18 5A, 黑色88 SB3 控制按钮 LA18 5A, 红色19 SQ 行程开关LX31QS 4A, 24V610 VC直流稳压电源 SDA-50024V, 500W, 单路111 QF1 断路器 DZ47-60 380V, 20A112 QF2 断路器 DZ47-60 380V, 2A1第五章 数控铣床伺服控制系统的PLC软件

45、设计5.1 FANUC Oi系统PLC5.1.1 PLC的简介 PLC即可编程控制器( ProgrammableLogicController),是指以计算机技术为基础的新型工业控制器件。1985年国际电工委员会IEC对可编程控制器作出了以下定义: ”它是一种为工业应用而设计, 用于数字运算操作的新型的电子装置, 它所运用存储器是可编程序的, 其作用是在内部存储实行逻辑运算、 定时、 计数、 顺序控制和算术运算等操作的数据, 并经过输入和输出数字和模拟量, 控制各种类型的工业机械以及工件的生产过程。PLC及其周围有关的设备的设计原则都应该是易于和工业控制系统形成一个整体, 便于扩展与升级”。5

46、.1.2 PLC的功能( 1) 操作面板的控制。操作面板分为机床和系统操作面板。系统操作面板的控制信号的进程是系统操作面板NCPLC, 从而控制数控机床的运行。机床操作面板控制信号, 直接发送至PLC控制机床的动作。( 2) 机床外部开关输入信号。将机床侧很多检测元件信号(如: 接近开关、 模式选择开关、 行程开关等等)发送至PLC, 进行逻辑运算。( 3) 输出信号控制: PLC输出信号经外围控制电路中的交流接触器、 电磁阀、 中间继电器等输出给控制对象。( 4) M功能实现。系统送出M指令给PLC, 经过译码, 输出控制信号, 控制主轴正反转和启动停止等等。M指令完成, 系统发出完成信号。

47、5.2 伺服控制系统PLC程序梯形图的设计5.2.1 FANUC系统的PLC信号和地址 PLC顺序程序地址表明了信号的位置,这些地址包括对机床的输入/输出信号和对CNC的输入/输出信号、 计数器、 内部继电器、 数据表和保持型继电器等。每一地址由地址号( 每8个信号) 和位号( 0到7) 组成。可在符号表中录入数据, 以此表明地址和信号名称之间的关系。地址类型有以下几种, 不同类型的地址符号也大不相同。X: 从机床到PLC的输入信号( MTPLC) Y: 由PLC至机床的输出信号( PLCMR) F: 从NC到PMC的输入信号( CNCPLC) G: 由PLC至NC的输出信号( PLCCNC)

48、 R: 内部继电器D: 非易失性存储器5.2.2 FANUC 部分信号的说明( 1) 急停信号*ESP( X8.4, G8.4) 。当急停信号为”0”时, CNC复位并使机床处于急停状态。这一信号由急停按钮控制。急停信号使伺服准备信号( SA) 变为”0”。一般急停信号由行程开关与急停按钮串联控制。( 2) 手动返回参考点信号ZRN( G43.7) 。ZRN信号作用是选择手动返回参考点方式。此方式事实上是在JOG进给方式下, 将手动返回参考点信号置为1.( 3) 参考点返回减速信号*DEC-DEC4(X9.0X9.1)。减速信号在手动返回参考点的操作中, 使移动速度减速到FL速度, 一个坐标轴

49、对应一个减速信号, 减速信号后的数字代表坐标轴号。( 4) 参考点返回结束信号ZP1ZP2( F94.0F94.1) 。该信号通知机床已经到达该轴的参考点。一个坐标轴对应一个信号。信号名称的数字代表控制轴号。当机床出现以下情况时, 这些信号变为”0”。1) 机床移出参考点位置。2) 急停信号有效时。 3) 出现伺服报警。5.2.3 分析控制要求 分析控制要求, 根据设计中的控制要求, 设计时考虑以下四点 1) 回参考点方式、 手动方式不能同时选择; 2) 在回参考点方式下, 方向键+X/+Y/+Z不用长按; 3) 在手动方式下, 方向键+X、 -X、 +Y、 -Y、 +Z、 -Z能够长按也能够

50、短按; 5.2.4 程序流程图数控铣床伺服控制系统PLC程序流程图是根据系统的控制要求, 从机床刀架的回参考点, 手动移动刀架等一系列的伺服控制机床动作而编写出来的。数控铣床伺服控制系统程序流程图如图5.1所示。NY 结 束基准点灯亮 刀架移动 到达参考点电动机起动 方向键 刀架移动电动机起动 +X/+Y/+Z 手动方式 回参考点 选择方式NY 结 束基准点灯亮 刀架移动 到达参考点电动机起动 方向键 刀架移动电动机起动 +X/+Y/+Z 手动方式 回参考点 选择方式 开始 图5.1 数控铣床伺服控制系统程序流程图5.3 梯形图程序设计5.3.1梯形图设计原则尽管梯形图与传统的继电器控制原理电

51、路图非常相似, 但它们又有许多不同的地方。梯形图编程有以下规则。( 1) 必须按从上而下, 从左到右的排列顺序来排版。( 2) 梯形图左右两侧母线不得与任何电源连接。( 3) 梯形图中的继电器其实就是位触发器, ”1态”表示继电器回电动合触点关闭、 动断触点展开, ”O态”则反过来。( 4) 程序按照从左到右的顺序, 线圈应与右母线连接且左边有触点右边无触点。( 5) 一程序中不能重复使用同一个线圈且不可出现I线圈。( 6) PLC按扫描方式顺序执行程序, 不会使支路同时动作的。( 7) 能够将不能编成程序的梯形图转换成可编程序的梯形图。5.3.2 数控铣床伺服控制系统的PLC梯形图 PLC梯

52、形图如图5.2所示。报警报警急停急停返回参考点方式返回参考点方式图5.2 数控铣床伺服控制系统的PLC梯形图5.3.3 PLC程序信号地址 PLC程序信号地址见表5.3。表5.3 PLC程序信号地址表序号名称信号地址序号名称信号地址1急停X8.414超程复位X12.74JOPX12.515X返参减速信号X8.05AUTOX12.216Z返参减速信号X8.16MDIX12.417X返参结束信号F94.07回参X12.617Z返参结束信号F94.18X+/-限位X8.519X轴-向运动G102.09Z+/-限位X8.620X轴+向运动G100.010+XX7.021Z轴-向运动G102.111-X

53、X7.122Z轴-向运动G102.112+ZX7.213-ZX7.3第六章 数控铣床伺服电路的安装与调试6.1安装步骤6.1.1硬件电路的连接 硬件连接的步骤如下: 1) 准备导线若干以及相应的元器件。2) 检查元器件的质量是否完好。3) 对照硬件安装图排列元器件位置。4) 按照图3-1、 3-2、 3-3进行接线。5) 对照电路图检查是否有掉线、 错线, 接线是否牢固。6.1.2 PLC程序输入1) 系统上电: 接上实训台右边的空气开关, 上拨控制面板上的QF1, QF2, 再把QF6合上, 实训系统启动, 关闭为相反过程。如系统得电后, 出现报警现象, 将CAN+RESET两键同时按住几秒

54、, 报警解除。2)编写PLC程序( 注意: ”STOP”停止状态) 按SYSTEM-软键PMC-EDIT-CLEAR(清楚) -CLRLAD-EXEC( 执行) , 可进行程序的删除, 按SYSTEM-软键PMC-EDIT-LADER,进入程序的录入状态。( 注: 本系统第一行PMC必须急停) 编辑完成后以END1, END2结束。 3) 程序保存进入程序输入界面输完程序后, 按键会出现” WRITE TO F-ROM?”, 按软键”EXEC”程序保存好。6.2 调试步骤1) 依次合上断路器QF1、 QF2、 K1-QM1, 然后接通钥匙开关M1-SA1, 按下NC起动按钮。2) 手动操作方向

55、按钮M2-SB5( SB6、 SB7、 SB8、 SB9) , 观察电动机或拖板移动方向。3) 再返回参考点方式, 按下按钮M2-SB5或SB7, 观察电动机或者拖板运行情况, 查看基准点灯是否亮。4) 按下急停按钮M1-SB1, 观察面板上的报警灯。此时, 手动方式按下方向键, 观察电动机是否运行。 在实训室完成的伺服电路的安装与调试如图6.1、 6.2 、 6.3 、 6.4。图6.1 数控铣床伺服系统接线图图6.2 数控机床伺服系统安装与调试图6.3 数控机床伺服系统实训接线安装图6.4 数控机床伺服系统实体接线安装6.3调试中出现的问题及解决方法 ( 1) 机床在回参考点的过程中, 无

56、减速动作。 分析: 原因可能为减速开关及接线故障。 解决方法: 首先检查减速开关是否完好, 若有损坏, 则及时更换: 若完好, 则检查是否是接线故障。 ( 2) 刀架移动时显示误差过大报警。 分析: 若给出移动的指令可是机床无动作, 原因可能是机械传动卡死或者是伺服放大器出现故障; 若给出指令且机床移动后报警, 原因可能是系统软件问题或者机械部件故障。 解决方法: 更换故障的机械部分, 更新软件系统, 或者是调节伺服放大器。 ( 3) 对操作与调试方法不清晰带来的操作错误应按照具体的操作步骤进行机床调试, 并能发现出现的问题从而予以解决。 第七章 总结时光荏苒, 如白驹过隙, 一转眼, 三年的大学生涯马上就要结束了, 在坚持不懈下我的毕业设计即将完成, 可是我的学习之路才即将开始。在做毕业设计之前, 我总是想, 毕业设计就是对自己大学三年所学的知识做个总体的回顾, 应该非常简单。可是现在看来, 当初的想法实在是太天真、 幼稚了, 毕业设计, 怎么可能就是简简单单的回顾所学的知识呢? 不但