数控机床的电气控制系统的设计样本

毕业设计报告数控机床电气控制系统设计系部：电气工程系专业：机电一体化技术班级：机电091姓名：学号：指引教师：．10．目录摘要： I第一章前言 21.1选题背景与意义 21.2数控机床电气控制系统发展与现状 21.3数控机床构成与基本工作原理 51.4本文所做工作 6第二章电气控制系统总体方案设计 72.1数控机床电气控制系统控制规定 72.2伺服控制系统重要功能 102.3电气控制系统总体设计方案提出 13第三章主设备电气控制系统设计 143.1主轴电机电气控制系统设计 143.1.1主轴电机电气控制原理 143.1.2主轴异常保护方案设计 153.1.3主轴参数设定 153.2进给轴电气控制系统设计 173.2.1进给轴控制原理 203.2.2进给轴电机伺服驱动控制系统设计 213.2.3进给轴限位控制及异常状况解决 243.3电气系统开关与紧急停止系统设计 253.4电气布局与安装 26第四章电气控制系统安装与调试 284.1安装注意事项与要点 284.2电气控制系统调试方案 294.3控制系统调试成果与阐明 32第五章总结 33谢辞 35参照文献 36附录 38数据机床电气控制系统设计摘要：数控机床是当前制造工业核心母机，数控系统又是数控机床核心，而数控系统性能保障是数控机床电气控制系统。可以说数控机床电气控制系统优劣，决定了控制系统性能。广义上说数控机床电气控制系统涉及数控系统，本文所提及系统，要控制机床实现高速高精度高可靠加工，因此电气控制系统性能至关重要。本文重要是在阅读大量关于数控机床电气控制文献基本上完毕了如下几种方面内容：一方面提出了TK40A数控机床电气控制设计总体方案，并阐述了数控机床电气控制系统控制规定以及伺服控制系统重要功能；另一方面阐述了机床电气控制系统详细设计，本文重要分析了数控机床电气控制主设备中主轴电机电气控制原理、参数设计以及异常保护方案设计；电气控制给进轴控制原理、电机伺服驱动控制系统设计以及限位控制；电气系统开关与紧急停止系统设计以及电气布局与安装；最后阐述了电气控制系统安装与调试应注意事项与要点，调试方案以及调试成果。核心词：数控机床电气控制，电气柜设计，PLC第一章前言1.1选题背景与意义人类发展和文明进步重要动力之一便是人类经济活动，而人类经济活动重要基石就是制造，它发展水平标志着一种国家工业发达限度。随着科学技术发展，老式机电制造业正在经历着深刻变革，取而代之是以微电子计算机、信息科学技术等为支撑当代化制造业，这些高科技信息技术为机械制造业带来了翻天覆地变化。科学技术迅速发展为制造行行业注入了新活力，也为人类提供了多样化产品，人们也对产品多样化规定越来越高，产品更换周期也越来越短，使多品种、小批量生产比重明显增长;同步，随着航空航天、造船、军工、汽车、农业机械等行业对产品性能规定不断提高，产品中形状复杂零件越来越多，加工质量规定也不断提高。而老式加工制造业已经不可以完毕这种产品多样化、柔性化以及高精度化、高质量加工规定，为此，必要探寻一种可以解决上述问题、实现精度高、效率高自动化制造生产设备——数控机床。数控机床核心性能之一是控制数控机床电气控制方式。总所周知，数控机床原本就是一台电能量转换装置，其功能是将电能转换成加工工艺所需机械能。而其中电气控制对于整个数控机床来说，就像人类心脏，使整个机床正常工作能源保障。机床电气控制系统涉及机床供配电系统、主轴控制系统、进给轴控制系统、冷却油泵控制系统以及其她辅助设备控制系统。PLC引入为电气控制，特别是电器开关量控制是有重大改进。在本文中PLC重要是用来控制冷却电机，油泵电机以及其她辅助电气控制系统。用PLC来代替继电器—接触器控制系统，提高了系统可靠性和柔性，使控制性能产生了一种质奔腾。1.2数控机床电气控制系统发展与现状始终以来，机床工业在德国政府看来都具备极其明显战略意义，并在许多领域极力推动其发展。它突出特点体当前极其看重实际效果，极其看重人力资源建设，一切为了人，一切依托人，极为注重师傅与徒弟之间技艺上承办，花很大精力用于工人素质培训提高。同步，科学研究方面投入在德国也得到特别注重，科学理论都注重投身于有关生产实践，既注重发挥基本科研作用，也注重应用科学研究。德国还特别注重让高校走出校门开展校企联合，极力推动高校科技成果转化，在诸如产品设计、数控机床加工等有关研究领域，充分地、进一步地进行双方互相间优势互补，严格控制并追求更高更好产品质量。正由于其在产品细节、实用性和质量等方面极致追求，由此才会有德国此类精密和大型数控机床产品闻名并畅销全世界，其领先其她同类产品，并且性能品质得到充分一致承认，获得了极大成功，特别是其主机和光、液、刀具、电、测量等有关配套功能部件先进性和实用性，始终以来更是令人津津乐道，达到了世界顶尖水平。人们都懂得知名西门子公司就是其中典型代表和佼佼者，该公司生产数控系统在全世界范畴内都受到了极大欢迎和使用。基本工业在日本所受到注重也不亚于德国，政府制定“机振法”和“机信法”等有关法律法规对行业发展进行合理规划和引导。其高度注重在公司员工素质建设，充分借鉴世界上其她国家先进经验，特别是学习德国在有关配套功能部件先进技术，以及美国在数控机床和质量管理方面先进技术，并最后在诸多方面甚至已经超越了它们。因而，日本与其她两个国家同样，其数控机床生产自动化发展都经历了从大批量到全面柔性中小批过程。日本是在1958年开始能自己研制数控机床，并在此后后以7342台生产数量开始超越美国5688台，始终到今天其生产数量乃至出口数量都牢牢占据世界第一位置，例如在其生产超过一半数控机床都出口销往世界其她国家。日本在数控机床上发展战略可以概括为：先模仿美德两国，然后自己研发创新；在其开始自主研制性能较高数控机床之前，一方面注重发展可以大批量生产中档产品用于开拓占领是世界市场。它发展体现得很有筹划：目的明确，重要发展数控系统；其生产管理经历了如下这样一种过程，从学习模仿美国TQC管理模式，到倡导发挥整个员工集体自发创造力，并最后依托电子电脑科技领先世界上其她国家，从而开创了一条机电一体化发展道路。尽管当前国内采用了较为成熟电路控制系统，但由于大多数还是采用相对滞后老式方式，即继电器接触器电路，而只有少数用较为先进PLC控制，固然，采用其她更为先进虚拟PLC系统就更少了。因而，在必定国内数控机床发展成绩同步，也不能否认其相对落后电子控制系统事实。历经4个“五年筹划”核心发展时期，国内数控机床在其50年左右发展过程中获得了一定成绩，重要体现如下几种方面：（1）已有了基本数控技术。当前，国内大多数数控技术已能充分应用于商业开发方面，并开始在产业化方向做出努力。这些都是在国内已基本具备数控技术发展有关技术基本上获得，这些技术涉及伺服驱动及配套部件等方面。（2）数控产业基地基本成型。已经开始形成能实现某些技术商品化产业基地，这个基地涉及从能实现大批量生产华中数控等，到专门生产伺服系统和伺服电机兰州电机厂等，此外有北京第一机床厂、济南第一机床厂等几种数控生产厂。（3）拥有一批数控技术研发和管理人员。由此可以看出，国内在数控技术研发、数控技术商品化等方面获得了很大成长，但这仍远远无法达到相应需求，特别是在其高品位技术某些尚有诸多成长空间。尽管从发展时间来看，国内数控技术发展获得了很大发展，但与世界上其她先进国家相比，仍有很长路要走，由于无论是在发展速度上，还是在技术研发领域都还相对落后，特别是在某些高品位技术领域。咱们大体可以从如下几种方面，看出国内与世界先进水平差距究竟有多大：（1）落后世界先进水平在十年到十五年之间，特别在高品位技术领域体现更有突出。（2）产业化水平低。没办法规模化生产；产品种类少；功能套件生产滞后；质量控制不稳定；技术成果转化能力低；市场销售份额低；有关产品及其品牌在顾客中承认度不高；（3）发展后续乏力。这体当前：没法大力拓展其应用领域研究；产业发展没有相应原则化、制度化；数控技术还无法形成系统化、模块化发展。（4）电子控制系统开放兼容做得不好。对开放式系统研发方面，仍存在概念模糊问题，其研发平台仍没能得到有效解决。在国内仍存在好诸多不同样开发系统，而这些系统又大都没有相似体系构造，又没能有效互相兼容，更不要说互换。它们对各自体系构造表达仍处在表面上，还无法形成较高层次理论化和抽象化，因而，它们也就不也许具备互相间移植，也就主线不用说要进行有关操作。（5）开放性控制系统操作仍没能采用计算机上通行Windows和LINUX等同样新型系统。有关软件开发仍处在一种较低水平上，有关理论和技术滞后，无法满足有关需要，没能有效运用有关软件工程方面新技术和新理论。（6）有关产品出厂后，其后来所有更新维护过程都需要在生产厂家全程协助下完毕，客户对厂家依赖性太强，而相相应，客户也没办法把其她任何在产品使用过程中意见想法，提供应厂家，在这里面有一种沟通不畅问题，因而产品也就无法得到有效开发和发展。1.3数控机床构成与基本工作原理普通，零件在普通数控机床上加工重要是按照零件设计图纸，由操作人员手动去变化刀具与被加工零件相对加工轨迹，然后再由刀具对加工件进行切割来完毕零件加工。而当代化科技引入数控机床在进行零件加工时，是通过计算机编程人员将整个零件加工工艺程序以及机床运动轨迹规定编程，然后再将编程好计算机语言导入到CNC装置，再通过工序转换和解决后，CNC装置向数控机床伺服驱动机床发出指令，从而完毕整个零部件加工。下图1-1为整个数控机床详细工作流程：图1-1数控机床工作流程图1.4本文所做工作本文重要是在阅读大量关于数控机床电气控制文献基本上完毕了如下几种方面内容：第一，提出了数控机床电气控制设计总体方案，并阐述了数控机床电气控制系统控制规定以及伺服控制系统重要功能；第二，机床电气控制系统详细设计，本文重要分析了数控机床电气控制主设备中主轴电机电气控制原理、参数设计以及异常保护方案设计；电气控制给进轴控制原理、电机伺服驱动控制系统设计以及限位控制；电气系统开关与紧急停止系统设计以及电气布局与安装；第三，电气控制系统安装与调试应注意事项与要点，调试方案以及调试成果。

第二章电气控制系统总体方案设计2.1数控机床电气控制系统控制规定依照《数控机床电气控制(第二版)》[4]，数控机床电气控制系统设计重要要遵循如下几方面原则：一方面，要尽量满足整个系统机械设计和工艺加工规定。尽管数控机床是科技发展产物，但其依然属于机电一体化产品，其重要包括了控制系统主轴控制系统和进给轴伺服控制系统，而这些系统大多数都是机电式，她们输出某些机械环节和元件是控制系统必不可少重要构成某些，直接影响着数控机床性能好坏。这些机械环节和元件不同于电气某些，她们不可以灵活变化，一旦加工完毕，其性能提高几乎是不也许了。因此，数控机床机械设计人员以及数控机床控制系统人员必要深刻地结识到这一点，以便她们能在最初设计阶段和加工阶段能全面衡量各部件承担职责，紧密配合，制定出合理设计方案和加工方案。这机械环节和元件设计过程中，需要乃如考虑机械某些重要有：有关负载、驱动力和驱动力矩、摩擦力或摩擦力矩、死区、传动系统间隙、刚性、惯性矩和共振频率等，而电气控制某些重要考虑是强电、弱电布置和设计。另一方面是需要保证数控机床运营可靠性好稳定性。电气控制系统可靠性和稳定性在很大一某些限度上决定了整个数控机床可靠性和稳定性。数控机床数控系统故障来自多方面，重要涉及数控机床加工工艺、数控机床运营环境以及数控机床使用条件。特别是在数控机床工作现场，各种数控系统设备产生电磁会对数控机床系统产生一定干扰，导致数控系统浮现故障，因而，设计阶段就必要控制电磁干扰强度，并提高数控系统抗电磁干扰水平。再者，控制系统设计需要便于加工生产，减少成本，并在此基本上保证产品质量。大多数商品生产是以赚钱为目，因而数控机床数控系统需要以最低成本完毕最高质量、符合生产规定产品。因而在设计初期，就应当充分考虑个部件质量和工艺，以便在后期安装调试过程中减少故障浮现，保证产品质量，减少维修费用。最后，必要要保重产品安全。整个产品设计必要将人员生命安全、设备安全纳入重点考虑，产品质量也必要达到国家有关安全规定和原则。各种标记语需要醒目、简洁、易懂、便于操作。数控机床对电气系统几种基本规定：第一、可靠性规定高。当前数控机床大都实现了自动化，特别是柔性制造系统下，数控机床都规定实现无人状态下长时间乃至24小时持续运作，在这样运转环境中，规定有更高机床性能。而要做到这点，就要在其构造以及有关控制装置上下功夫，此外机床所用电子元件都要有最高水准并且性能最稳定新型产品。第二、符合新技术发展需要，在不影响性能可靠状况下，电气系统要保持在同行业先进水平，特别是在某些核心系统使用上，如新数控系统和新润滑系统。第三、性能要得到充分保障。电气系统要充分适应各种不同范畴广泛环境，普通可以通过稳压电源增长等手段，让它在交流电供电系统环境中适应相应电压波动。同步，其还对规定能排除电网系统噪声某些干扰，这是电气系统电源模块中相应元件规定。此外，电气系统中不能自己干扰自己，还要能抗击外面干扰，自己自身又不能导致对外部干扰，这样电气系统必然要符合有关国标，同步能做到电磁兼容。第四、安全性要得到保障。有关操作人员安全要得到保障，这就规定有关装置要做好绝缘防护，接地某些要牢固；故障连锁控制要安全可靠；电气装置有关部件要能有一种可靠防护外壳；要有一种密封性极好电柜，保证其不会有切屑等杂物进入其中，同步要保证，电柜相应元件在正常电压下安全使用；要有走拖链电缆以防止缆线断掉而引起相应故障；要有相应触电防护装置；要保障所有机床电柜中相应电子部件，不会发生异常温度升高现象，这就规定安装配备空调。第五、维护以便快捷。容易损耗电子部件要能以便快捷被更换，或被替代掉。普通来说，寻常维护重要是要保证相应数控系统温度和湿度都在正常值范畴内，同步要让相应部件表面保持干净状态。第六、控制性能优良。要保证所有电动机在其被控制启动时候，都能很块做到平平稳稳，没有其她冲击震动异常噪声，同步温度也要保持在正常范畴，不能浮现非正常突然温度升高现象。第七、运营中相应信息在状态栏显示精确。普通来说，电气系统在运营中都是用三色灯做相应故障、状态和运营批示，这些批示灯都能明确表达出其相应状态信息。第八、操作过程人性化设立。例如说机床颜色，电柜颜色在符合有关原则状况下，还应做到美观大方、显示明确；机床操作站必定要以人所站位置想适应，并且其高度也要符合大多数员工平均身高，这样才干满足员工在上面以便操作需要；此外，还要保证员工在紧急状况下，能迅速找到相应停止按钮，这样按钮设立就要明显以便地方，并且要保障足够多。本数控铣床电气控制系统对运动及控制有如下几方面规定：第一、主轴控制规定：要能有效控制对主轴电机启动、停止，以及对电机速度调节；主轴要能平稳地运转，在对其加速或减速过程都要做到反映快捷敏捷，同步在低速状态下要保证有足够大扭矩，其超过最高承载能力强等。第二、进给轴控制规定：X，Y，Z轴规定各自均有1台伺服电机驱动，并且这个电机要能保证有效控制3个轴速度，并能有效控制相应转角。要能有效控制各轴速度及转角。其对精度相应规定为：重复定位要保证士0.005毫米范畴内，定位精度要保证在士0.001毫米范畴内；其对速度规定如下：能有效实现加减速，较为流畅地进行三轴联动，要有良好跟随性能，要把每秒加工速度控制在20cm到1m之间。其对稳定性有如下规定：要保证较小振动，同步要能使得受到干扰也许减少到最低限度等。第三、辅助控制方面规定:要能有效控制自动对刀、电扇电机、润滑电机、和液压泵，以及冷却泵电机运营；第四、系统紧急停止及工作台限位保护；第五、控制机床运营状况信号批示灯。详细描述会在其所相应章节进行。CNC数控装置是控制主导，但是这也需要协调配合可编程序控制和继电器控制电路，在两者协调下才干共同完毕。三相380V电压、40A电流和10KW功率、50HZ频率构成了本次数控机床核心电器额定负荷。额定负荷1.5倍是电气参数所能承受极限。25牛/米是主轴额定扭力，11.5牛顿是X，Y轴额定扭力，其中18N/m是Z轴额定扭力。2.2伺服控制系统重要功能控制对象为机械位置或角度，并以此为自动控制系统咱们称之为伺服系统，其也被称为位置随动系统，它以控制被控对象位置和跟踪问题解决为其重要功能，它是以精确跟踪位置指令完毕来体现执行机构重要功能。当前社会生产以及生活水平发展，也使得伺服技术迎来了发展春天，伺服系统在工业生产以及军事工业等各个领域均有巨大发展。按照之前解决办法，模仿和数字伺服系统是最重要伺服系统。由于制造上工艺会影响模仿式检测装置，同步也有巨大难题摆在制造上，也影响着伺服系统精准度，但是却没有制约着数字伺服系统发展，同步却可以在这一领域获得巨大优势，因而，模仿伺服系统在许多实际场合已经被数字伺服系统所取代。数字伺服系统运营原理：所有采样开始都是周期一，其中定位置脚B是控制计算机从众多输入接口采用一种来接受上级计算机所送来，同步自测角装置是通过对控制计算机来实现，其中是所采用通过来得到。是前若干次采到并将其放到控制算法中，这个过程需要恰如其分进行。通过有效计算，控制信号C(n)数字也得到，因而D/A是通过C(n)得到转换器，并且是在转换后通过模仿得到电机驱动装置PWM，定位置角8是通过控制电机使负载，在位置所指之处，已经完毕了精致计算机采用周期内所需要任务，并开始等到下一次采样周期。图2-1数字伺服系统原理图数控机床中，伺服系统讲就是驱动位置控制系统，而这指是每个坐标轴所供应。CNC装置是伺服系统从重要控制系统，同步变换和放大后加工坐标轴按指令脉冲运动。这些加工会带动工作台，同步刀架带动，或者几种坐标轴综合联动也会因而带动，同步每种复杂机械运动也是在刀具作用下产生，同步也会依照加工作出某些相对较为复杂形状工件。伺服系统相对会比较稳定，其保持稳定秘诀就是使光轴也趋于稳定，同步也能对指向惯指位置提出了相应规定。与此同步光轴稳定也需要在稳定平台下得以实现。变化载体姿态角是需要通过稳定平台得以实现，同步信号输出所得到反馈也会相对比较稳定，并且误差级别也分为一级和二级稳定。摄像机一级反射镜，和稳定棱镜在这个过程中都能促使系统稳定。第一，一级稳定变化惯性元件感测体姿态、态角变化也可以促使平台更加稳定，同步其信号输出也是通过驱动电机放大化而得到，同步在这个过程中成像稳定需要保持摄像机或反射镜、棱镜稳定。在诸多行业都会广泛应用到一级稳定技术，并且其采用是光学平台，于此同步在这个平台上是以陀螺测量为主，同步将陀螺敏感姿态角进行有效办法，最后得到稳定平台，这个平台以三轴和四轴为主，单是当旋转速度较快时候，像质会因而得到巨大破坏。这个过程就需要将三轴陀螺进行固定。整体稳定在光电传感负载器中合用范畴会比较小，同步也广泛运用于每个国家机载侦察机上，然而要是大负载却没能有好效果，摩擦力矩和静不平衡力矩也会因而影响，随着着不断增长负载，也会增长每个传感器导线扭矩等。第二，二级稳定瞄准线稳定是靠稳定平台来实现，这是一级稳定保证，然而这个过程也受到诸多因素干扰，随着不断提高稳定精度限制，平台稳定进一步考虑需要通过粗请、精条反射镜来得以实现，这个也会在反射镜和稳定平台中结合使用，二级稳定也被广泛应用于侦查和激光通信系统中。在本次是囧机床电气控制系统中所采用是三相交流永磁同步伺服系统，并且是通过交流伺服电动机供电频率变化，同步也会通过电动机调速目来完毕。拥有如下长处：一方面，输入量精准限度在输出过程中会比较好，这就是较高精度；另一方面，拥有较强抗干扰能力，即好稳定性；再者，良好动态性和优秀跟踪精度，同步，也拥有较宽调速；最后，大扭矩速度较低。图2-2三相永磁同步伺服电动机磁场定向矢量控制系统构造图2.3电气控制系统总体设计方案提出CNC计算机数控系统和强电柜构成了整个系统。CNC计算机数控系统数控装置是统一，同步这个系统是由CNC系统、输入/输出接口、驱动单元和执行机构，这个也是要考系统加工为中心。TK40A数控机床强电柜如图1所示，是由动力、控制电路以及可编程共同构成。系统构造框图如图2-3所示：图2-3系统构造框图下图所示构造是选取TK40A数控机床电器控制大体方案。CNC是其主控系统，以ARM9+C/OS-II，驱动核心是DSP+FPGA，其中以运动控制器和伺服，电气辅助系统控制核心为PLC。图2-4辅助电气控制系统方案图

第三章主设备电气控制系统设计3.1主轴电机电气控制系统设计3.1.1主轴电机电气控制原理本文所选TK40A数控铣床型号重要功能是完毕五金产品和小型模具生产和加工，该型号铣床主轴电机基本参数如下表2-1所示：表2-1：主轴电机基本参数参数名称额定参数额定功率3.7KW额定电流13A额定电压380V级别4极额定频率50HZ基本转速1500RPM最高转速8000RPM与此相应主轴驱动器选用是变频器，该变频器重要参数为：额定功率5.5KW，电流13A，电压三相400V级。依照有关规范和计算，该主轴电机参数可以达到加工五金产品和小型模具所需要条件。依照这些选定主轴电机参数，本项目选取了型号为YD90L-4/2电动机作为主轴电动机。这种主轴电机工作过程可以分为如下几种环节：一方面，主轴驱动器获得控制系统CNC发出使能信号后来，主轴电机便进入预备启动工作状态；然后操作人员在CNC系统中输入自动运转命令或者手动运转命令，主轴电机就正式进入运转工作状态。三相工业用电在380V电压通过后，会通过一种漏电开关，然后再通过熔断器，接着直接进入主轴驱动器变频器VT，为主轴电机正常工作提供能源。主轴电机变频器在接受到CNC控制信号后开始向主轴电机发送相应指令，此时主轴电机开始实行相应加工工作，在加工工作同步，光电编码器将主轴有关状况，如主轴转速等信号返回到CNC系统。3.1.2主轴异常保护方案设计主轴在工作过程中难免会遇到某些状况异常现象，这不但影响了零件加工质量，还对数控机床有着巨大损害作用。当数控机床电气控制系统工作时间过长，超过了额定工总负荷，系统电机就会浮现发热、过载等现象。依照本项目所选设备型号，该数控机床过热温度闽值设定为110℃，当数控机床在110℃环境下工作超过两分钟，电气控制系统就会向系统传递出一种过热危险信号，如果该状况不能及时解决，系统将会发出过热过载报警信号。如果主轴浮现其她异常状况，例如说主轴系统中浮现与电机转速不相匹配、比较细微功能性异常或者电机功率失常、流经主轴电机电流过大等，都会被电气系统中变频器检测到，变频器将检测到异常状况通过变频报警信号传递给CNC系统，操作人员便可以通过报警信号检测相应异常状况；如果数控机床浮现突然断电状况，也许是由于电气控制系统浮现短路或者电压不稳等导致。如果是由于外部因素浮现突然断电状况，那么数控机床电气系统中CNC系统、变频系统、PLC等就会自动将前面输入信息和程序储存起来，在数控机床供电系统恢复正常后，还能运用这些被储存起来核心参数和程序。如果数控机床主轴突然短路，这将会产生非常大电流，这个时候，漏电开关就发挥了非常重要作用，漏电开关会自动检测电流，一旦检测到电流超过了30MA，漏电开关便会自动断开，切断电流，这样不但能保证人员安全状况，还可以保护电机不受损害。本设计由CNC控制主轴电动机速度和极性。主轴有高低两档齿轮，高速档主轴与主轴电动机之间齿轮传动比为1:1；低速档主轴与主轴电动机之间齿轮传动比为1:4.95。CNC侧对主轴速度控制接口信号如下表所示：名称G30G29G04G34001Sov01mfGr10002Sov02Gr20003Sov03sfGr30004Sov04fin005Sov05006Sov06007Sov073.1.3主轴参数设定如下表3-3是本项目数控机床电气系统主轴参数设定值：参数内容阐明1S轴伺服电机马达旋转方向设立：通过0或1切换。当X轴伺服电机马达旋转带动机床运动方向与X轴机床坐标预定方向相反是通过0或1切换。1S主轴编码器读书方向设立:通过0或1切换。当S轴编码器读书方向与S轴机床运动方向相反是通过0或1进行切换。0主轴伺服控制类型:o：VT总线1：M2总线2：sercos2总线4096/1S轴编码器反馈脉冲数设定，普通设立为4096(主轴电机数为1024,4倍频后反馈4096脉冲数)如果主轴不带编码器，设立为10主轴转速设立【0~1000000】(单位：R/min)用于设定系统没有执行代码程序时主轴转速。0主轴定位角度【0~359999】(单位：0.001度)设定主轴定位时定位角度读书负方向。10主轴定位转速(单位动刀讯)设定主轴定位时转速，速度越快，定位越快，但不能太大300每10赫兹对于那个主轴转速当量(r/min)。例如主轴电机额定频率为50HZ相应空载额定转速为1500r/min，则设为(1500/50)*10=300主轴变频器(VT)变频器)调试。电机参数自镇定过程：1)初始化驱动器参数P0.01=$:回答出厂参数2)设定变频器预设频率：P0.05:旋转自镇定期频率3)依照电机铭牌参数，设定变频器自镇定参数(不同机型电机铭牌参数不相似)：P9.01:电机极数P9.02:额定转速P9.03额定功率P9.04:额定电流4)设定电机自镇定参数方式，按E}UN开始运营:P9.15=1:停止方式自镇定P9.15=2:旋转方式自镇定5)观测变频器与否浮现过载报警，如果是，则切换参数Pd.22;Pd.22:编码器方向旋转，编码反馈方向与电机旋转方向不一致时:采用0或1切换参数，6)自镇定参数结束后，按照参数表设定变频器参数;7)设定为系统控制方式，试运营电机;8)主轴定位角度调试。3.2进给轴电气控制系统设计该型号数控机床为半线轨机床，也就是说X，Y轴是采用线轨，而Z轴采用是硬轨。采用线轨进给轴与机械本体接触面小，摩擦力小，阻力小，其负载能力较轻，普通用于轻载切削，用于加工五金零部件，汽车配件等产品；而采用硬轨方式进给轴则面粗，摩擦力大，阻力大，负载能力强，可重载切削，普通用来加工模具产品。本机床——LOKSON650，采用半线轨则其用途是介于两者之间一种产品，重要用来加工五金，汽车配件，小型模具等产品。故其切削规定分为:进给轴规定和主轴规定，主轴规定在上某些已经讲过，这里就不再赘述了。下面着重讨论进给规定：（1）精度规定：①重复定位精度是士:0.005mm;②定位精度是士0.001mm;（2）迅速规定:加减速好，三轴联动比较顺畅，跟随性好，平均每秒加工进度为20cm/min，最快能达到1m/min；（3）稳定性规定:振动小，抗干扰能力强等。对X，Y，Z进给轴控制是整个电气控制系统里面最有难度某些。咱们选用了安川伺服电动机(属于三相永磁同步电机，型号为SGMGD-20ACA51)和华南理工大学研发伺服驱动器(型号为SGMD-20ADA)o由于X，Y伺服轴规定同样，故X，Y轴伺服电机相似，其重要参数为：额定功率1.8KW，额定电流：3A，额定扭力500牛/米，额定电压三相220V，额定转速为1500RPM，最高转速为3000RPM。相应伺服电机驱动器参数为：额定电压三相220V，额定功率2KW，额定电流2A，额定频率为50HZ。本系统辅助电气控制系统润滑系统有两个输入，两个报警输出;冷却系统也有两个输入两个报警输出；自动对刀有6个输入，6个报警输出;照明和信号灯系统有一种输入，四个输出;换刀系统有5个输入和5个输出，故在选取PLC时，考虑到有留有1/3余量咱们采用了汇川HCzu-241SMR型号PLC。拥有24个输入，15个输出。扫描频率高达1000HZ，完全满足规定。其IO点分布为：表3-3PLC外部IO点分布输入点X0X轴左对刀信号输出点Y0X轴左对刀使能输入点X1X轴右对刀信号输出点Y1X轴右对刀使能输入点X2Y轴前对刀信号输出点Y2Y轴前对刀使能输入点X3Y轴后对刀信号输出点Y3Y轴后对刀使能输入点X4Z轴上对刀信号输出点Y4Z轴上对刀使能输入点XSZ轴下对刀信号输出点Y5Z轴下对刀使能输入点X6预留输出点Y6预留输入点X7预留输出点Y7预留输入点X8润滑缺油信号输出点Y8润滑缺油报警输入点X9冷却剂缺少信号输出点Y9冷却剂缺少报警输入点X10预留输出点Y10预留输入点X11润滑剂过量信号输出点Y11润滑剂过量报警输入点X12冷却剂过量信号输出点Y12冷却剂过量报警输入点X13预留输出点Y13预留输入点X14手动松刀输出点Y14松刀输入点X15自动松刀输出点Y15紧刀输入点X16输出点Y16刀盘正转输入点X17输出点Y17刀盘反转输入点X18输出点Y18刀盘迈进输入点X19输出点Y19刀臂使能输入点X20输出点Y20刀库非法操作报警输入点X21输出点Y21预留输入点X22输出点Y22开机照明灯亮输入点X23输出点Y23预留输入点X24输出点Y24预留输入点X25输出点Y25信号灯绿灯输入点X26输出点Y26信号灯黄灯输入点X27输出点Y27信号灯红灯3.2.1进给轴控制原理如下将对伺服电机控制原理和基本工作状况作出简要分析。咱们懂得，不论是X轴伺服电机、Y轴伺服电机还是Z轴伺服电机，它们基本工作过程和电气控制原理都十分相似，因而如下将X轴伺服电机作为例子来对电机控制过程及所根据理论作出阐明。普通而言，使伺服电机工作起来必要满足3个条件，一为与电机满足相应关系驱动器一方面要接受“CNC使能”信号，该信号有正有负，来源于CNC；二为驱动器无端障，可以即刻顺利地将应答信号回馈给CNC，该应答信号应当包括伺服电机满足伺服有关规定信息。而在第二条件满足同步驱动器需要接受“正负使能信号”，该信号来源为机床操作面板。而三个条件达到只能表白伺服电机已经具备了起动基本条件，而要X、Y、Z轴电机征程工作起来，则还需要从CNC接受到非常重要命令指令，命令指令也许为手动还可以是自动循环。当电机工作过程中遇到故障或因其她因素无法正常工作，电机将接受急停命令而停止工作，该命令可以由CNC发出，也可以由工作者手动从控制面板上发出。此时，将发生如下变动。众所周知，工业用电为三相380V，而此时将会经总开关QC1、接触器KM1变为三相220V。最后进入X、Y、Z轴伺服驱动器三相220V还需经熔断器FU1、FU2、FU3才干直接到达驱动器.3.2.2进给轴电机伺服驱动控制系统设计依照进给轴控制原理，本数控机床电气控制系统进给轴电机伺服驱动控制系统参数设定：重要参数参数功能设定编号现场编号P000.1控制方式选取00000001P200.0指令脉冲形式00000000PSOA3N行程有效21008100PSOB.OP行程有效65436548P202电子齿轮比(分子)螺距(10mm)32768P203电子齿轮比(分母)25002500P204位置指令加减速时间参数40100P500定位完毕宽度20P201分周比402500P100速度环增益090P101速度环积分时间常数100600P102位置环增益090P103惯量比50P401扭矩指令滤波器时间常数000070P408.0陷波滤波器功能选取0000300P409陷波滤波器频率21000001当z轴装有抱闸电机时，设定一下参数：PSOF.2由输出端子CN1-29，CN-30输出/BK信号00300PSOE.3将原CN1-29，CN1-30默以为输出“伺服准备就绪”设为“无效，，33211P506制动器ON定期设定00P507制动器指令输出速度电平(0~10000)100100P508伺服OFF—制动器指令等待时间(10~100)5050在选用安川Pn509交流伺服器时，还需要考虑一下某些参数和状况：当数控机床电源浮现不稳定状况时，伺服机就会浮现突然掉电或者是电压下降状况，这样就会影响数控机床加工和工作。安川交流伺服器参数阐明：参数功能出厂设定阐明P100速度环增益(Kv)75P100作为顾客参数对于速度环响应特性起着至关重要决定作用。外侧位置环会由于速度环较低响应而发生延迟，使速度指令振动。P101速度环积分时间参数(Ti)900速度环中积分要素旨在输入小时系统也能响应，但也导致伺服系统延迟，因而时间参数不能过大，否则超程，定位缓慢，即迅速性变差。P102位置环增益Kp75伺服单元位置环响应与位置环设定正有关，定位时间则随位置环设定增大而变少。位置环增益器决定性作用P103转动惯量比100定义为电机轴换算转动惯量比与转子转动惯量比值P201PG分频脉冲数2500系统参数P168=1m/pulse(X轴反馈编码器辨别率设立)，丝杆螺距为10mm。P202电子齿轮比分子32768系统参数P064=1(每m相称于马达脉冲数)，由于螺距为10000um/r，则每转需要反馈脉冲10000个脉冲P203电子齿轮比分母2500伺服电机辨别率为131072pulse/r；则有131072/10000；P204位置指令加减速时间参数1500在控制方面来看，值应当小。作用为使来自数控系统指令平滑，使振动变小。P401扭矩指令滤波器时间参数70变化滤波器时间参数条件是驱动器使机械振动。P408.0与否使用陷波滤波器1运用陷波滤波器可以使滚珠丝杠轴共振引起振动成分不再发生，从而减少振动。P409陷波滤波器第一段频率800陷波滤波频率应当至少多于速度环响应频率三倍，而不能在速度环响应频率附近，这一点应当特别注意。P500定位完毕宽度10定位完毕信号（LION）输出建立在偏移脉冲不大于设立值基本上。设定单位即指令单位。P509瞬间停止保持时间300电源波动产生瞬时掉电或压降，导致瞬时断电失电，从而在机床加工及通讯中产生变化。3.2.3进给轴限位控制及异常状况解决不同位置限位行程开关与不同方向运营有着极大联系。当行程开关被触发，则该方向上使能信号消失，虽然该方向运动被截断，却仍旧可以在该方向工作。以X轴上限位行程开关为例，触发SQ1，X轴使能信号取消，X轴负方向伺服电机运动被截断，启动限位保护功能，而正向仍旧能正常运动。工作台由于正向运动与SQ1分离，负方向运动也会恢复正常。软限位保护启动通过对CNC内部参数调节来实现，但其保护极限没有硬限位极限大。进给轴电气控制系统以及装置自身均有也许发生异常。装置本领异常即为机械本体异常，普通在限位，道具以及电机方面都也许浮现异常。而这些异常普通不会由设计过程产生，而普遍会发生在工作人员自身操作中。CNC控制系统不正常以及不对的控制信号浮现则会导致电气控制异常，同样，过热，过电压过电流，短路，以及突然断电，都会导致电气控制异常。而电气控制异常可以通过较好设计过程来避免，而当这样状况无法制止时，需要避免重要部件受影响而不能工作。如过电流，短路时，需要漏电开关动作关闭电源。而过载或长时间工作时，一方面会由驱动器将过热信号通过CNC系统产生警报，从而提示工作人员及时对的操作。3.3电气系统开关与紧急停止系统设计图3-2系统开关与紧急停止电路图3-2中，常开按钮SB0控制着整个系统开通与关闭状态切换。SB0处在按下状态时，系统启动过程如下：系统电源在中间继电器RA11动作后处在开状态，以开关电源为媒介，为IO板，DSP,ARM等弱电系统提供电，电气系统按照预定正常运转。常闭按钮SB1作用是使电气系统在发生故障时即刻关闭。关闭过程如下：SB1处在按下状态，中间继电器RA16，RA12等失电，RA11也会失电，信号灯变为红色，且会有提示声给工作人员报警，使工作人员可以恢复对的操作，此时送给电机使能信号为0，同步继电器失电会导致主轴与进给轴系统也失电而不可以转动，系统停止运营。直至系统被维修好，重启系统，SB1重新被按下，系统再次进入正常工作状态。该数控机床无端障时，当打开集成，照明系统也会即刻启动。而当控制柜被打开时，之中照明系统也会随之打开，同样，控制柜被关闭则照明系统关闭。信号批示灯作用则是表白系统工作状态，不同颜色代表不同工作状态。批示灯为黄色时，处在开机状态，系统处在准备完结状态，批示灯为红色时，系统处在紧急停机状态，或者当系统发出警报时，也会亮红灯，绿色则代表系统正在正常工作。3.4电气布局与安装 电气布局与安装是使机床正常工作不可或缺重要某些，它对电气系统安全性以及可靠性之间有着很大影响力，因而对于电气布局以及安装都应当注重起来。分离强弱电，减少强干扰源分布密度同步增长强干扰源与敏感元件之间距离是布置电气系统根据重要规则。而同步应辅以如下安装条件，即布局应符合人工学原理，使机床布局适应于操控者使用习惯，使之不论在安装还是维修方面都便捷起来，同步还应保证工作人员在使用时人身安全。在电气控制系统安装中，最重要是在保证良好质量同步注意系统安全性。不论是对于机器还是工作人员，要保证安全性，在安装时就应当注意检查接口紧实，电线与否满足原则。安装还应遵循如下原则，即安装电气系统时应当按照基本理论，科学安装，先安装弱电，后进行强电安装，使安装具备条理性，层次性。同步应当与实际生产状况以及元器件基本物理特性进行走线连线安排，系统各某些分布安排，接口以及端子连接。1、该数控机床电气系统套线码需要遵循原则以及安装顺序：（1）当连线方式为横向时，应当使线码读数方向为从左到右（2）当连线方式为纵向时，应当使线码读数方向为从右到左2、无论是哪个元件，在拧紧螺丝之后都应当在元件上标记红点，以防漏掉3、绝缘解决应在制作工艺达到之后，对象为路出所有带电体制作底板时，冷压端子合用电线如下（1）OT1.5-4,UT1.5-3，RV2-6,RV2-8规格对1平方电线较为适当；（2）OT2.5-4，规格对2.5平方米，4平方米较适当；（3）OT3.5-45，OT5.5-65规格对2.5平方米，4平方米，6平方米较适当；4、应当注意电线颜色应当与其用途相相应。普通来说，蓝色线用于直流电源，红色线以及黑色线用于交流控制，或是作为交流动力线。5、进行安装元件时，应当注重层次。即在底板上一方面应当安装模块成品，该成品内部连线已经连接，另一方面应用直径较小电线连接元件，最后应当对带有直径较大直线元件进行安装。6、安装顺序：（1）对于A来说，对的安装顺序为：万可端子，主轴控制板，中间继电器，12V开关电源，SV开关电源，滤波器，浪涌吸取器，熔断器，交流接触器，错缺相保护器，变频器，制动电阻；（2）对于B板来说，对的安装顺序为：万可端子，伺服驱动器，DSP板，行程开关板，中间继电器，I0-48，5V开关电源（B），24V开关电源。7、连线安装： （1）当元件已经装线，并且与底板连接时，需要进行万可端子排列接线，万科端子与界限位置相应。

（2）元件未装线但却与底板连接，需要进行万可端子排列接线，万可端子与电气图连线相应。8、检测(1)用眼睛直接观测底板表面以及线码，旨在防止裸露出太多铜丝对机床工作过程导致影响。（2）使用万用表，按照电气图纸，检查相应底板某些连线与否浮现未连通状态。（3）接好底板各某些之间连线后接通380V以及220V电源，检测各构成与否有电通过，同步检查各元件工作状况。电磁不分家，通电元件之间必然会有电磁产生，为了最大限度地减少电磁对机床工作不良影响，需要有适当电气布局，同步，好电气布局还应当根据人工学原理，使机床控制者可以更好安装与维修电气系统，并可以使之对于机床操作更加便捷。第四章电气控制系统安装与调试4.1安装注意事项与要点本项目数控机床电气控制系统外形构造基本已经拟定下来，但是，在某些电气安装调试上，仍有几种重要要点需要特别注意：第一、本数控机床电气控制系统每个模块在使用直流电供电时，值采用了两个电源开关，这两个电源开关都是24V，这两个电源开关在系统地板处分两条线路工作，其中一条线路是工作供应模块电源，此外一路是I0信号供应模块电源，这两个电路是互相独立，并且，背面一路电源（I0信号供应模块）电源功率必要足够大。第二，电气控制系统键盘版SV电源接口是由控制器底板SV电源接口提供。第三，电气控制系统每个模块每个接口必要按照规范规定，在其外壳处贴好辨认标签，以便后期调试工作。第四，电气系统限位开关板连到SPDN11和N13线路间，还需要加入一种电源，为限位开关I0信号提供电源，电源为24V，同步，接入线路是，需要从限位开关板端分一条2芯0.5平方mm屏蔽24V电源线。第五、电气控制系统中I0控制系统外加了一种控制口，该控制口重要控制仪刀吹气输出，同步，还需要为该控制口提供一种额外中间继电器。第六、对于某些不受系统控制模块，例如说DK600润滑泵在工作时不受到系统控制，该某些不再需要介入润滑控制系统。第七，电气控制系统地板需要增长一种中间继电器，该中间继电器重要功能是用作系统电源控制开关。第八、电气控制系统液晶显示屏连接到ARM板仙侣非常容易发生松动现象，电流不稳定会导致显示屏色彩不稳定，因而，需要加上固定装置，如上强力胶。第九、关于电气控制系统屏蔽线问题，普通都是直接接到系统外壳上，但是，电源屏蔽线必要要连接到万可端子上。第十、电气控制系统I0板上有I36/036，并且是十二个脚位相对独立端子，在I0板端部，每个脚位都需要使用十二芯屏蔽线。4.2电气控制系统调试方案依照相应规范规定和实际规定完毕电气控制系统原理图设计后来，就需要依照设计电路状况和规定，去选取各个电路控制电器，然后将选用控制电器标注在图纸标题栏上方（以元件目录形式）。控制电器选取必要是对的、合理、经济性，这些控制电器元件不但是系统线路安全保证，也是整个数控机床安全、稳定工作保证，同步，还能保证电气控制系统具备良好前瞻性和经济性。本文将从电气控制系统设计方面、使用方面简朴简介电气控制系统调试控制电气以及其调试方案。(1)TK40A数控机床电气控制系统惯用电器元件选取原则第一、在拟定TK40A数控机床对控制元件详细规定，来逐个选取该电气控制系统电气元件型号以及电气控制系统电气元件详细类型。如，本数控机床重要用于完毕五金产品和小型模具生产和加工，因而，电气系统控制元件重要是用于导流功率相对比较大主电路，那么在电气元件控制元件选取上，就应当考虑可以承担较大电流交流接触器。第二、依照第一步拟定TK40A数控机床电气系统电气元件型号和类型，来计算和拟定该交流接触器以及其她电气元件最大使用寿命，然后再依照抱负化系统规定来拟定各种电气元件详细规格。第三、依照数控机床实际作用，TK40A数控机床重要是完毕五金产品和小型模具生产和加工，来预期该数控机床电气控制系统工作环境和工作运营详细状况，并预估也许浮现某些故障，做好该电气控制系统中电气元件保护办法。(2)系统各模块电气接线阐明。所有接万可端子脚位屏蔽线，用0.5平方黄绿线驳接再接入万可端子。一方面，波段开关接线图使用9P短排插：波段开关功能名称波段开关使用段数波段开关加螺钉定位连接键盘Feedrateoverride18X前一位G1Spindle18S位G2个波段开关接线办法都相似，如下:波段开关信号abcdef9P排插引脚854321DC24V-D电源线(J24VPWR接口)，+24V2芯0.5平方mm带屏蔽四脚万可端子：脚端1234批示CND24V备用端口屏蔽线颜色黑红备用端口黄绿脚端码E24V-DP24V-D备用端口PEDC24VDSP板IO信号电源线(J24VI0接口)+24V2芯0.5平方mm带屏蔽四脚万可端子：脚端1234批示CND24V预留端口屏蔽线颜色黑红预留端口黄绿脚端码E24VP24V预留端口PEDSP板与ARM系统通信线ML，10，4芯屏蔽线0.35平方mm带屏蔽五脚万可端子：DSP板引脚12345系统引脚12345批示TXDA+TXDA-RXDA+RXDA+RXDA-屏蔽线颜色红里橙棕黄绿脚端码1234PE主轴编码器线(U轴)DSP板」ENCODE接口变频器LM，17，6芯屏蔽线0.35平方mm十脚万可端子：DSP板脚位61839510信号A+A-B+B-Z+Z-屏蔽变频器信号A+A-B+B-Z+Z-屏蔽颜色红里黄绿橙棕黄绿线码123456PE伺服进给轴X/Y/Z/A信号线，DSP板—安川伺服电机ML3(X轴)，ML6(Y轴)，ML9(Z轴)ML12(A轴)；20芯屏蔽线0.2平方mm25针焊线式插头—50针座轴：信号类型驱动器50针插座DSP板25针插座颜色SON4111粉红ALM3020浅绿COIN248绿PULS+815棕PULS-93灰SIGN+1214绿黑SIGN-134橙GND（24V）27.3526里VCC（24V）1224蓝A+345黄A-3516黄黑B+346红B-3718红黑c+186白c-2019白黑FG外壳外壳屏蔽线（3）驱动器与电气系统连线.控制线CNI人B分别用8芯屏蔽线连接至B25。CNIB—3M20针插头。信号类型DB25CN1B口颜色备注COM2412红+24VSG2111里OV电源SON114率伺服上电EMG15脚(紧急停止)与20脚(SG)短接解决ALM2319白故障报警4.3控制系统调试成果与阐明依照TK40A数控机床重要用于完毕五金产品和小型模具生产和加工特性，固该数控机床电气控制系统需要实现如下几方面控制：第一，在主轴控制方面，需要实现主轴对该电气控制系统电机工作时启动、变速、调数以及停止等控制规定，并且在控制过程中主轴工作要保持转速稳定，加速时反映敏捷，过载能力较强等特性。第二，在给劲轴给进运动中，X，Y，Z轴各一台伺服电机驱动，就需要实现对各个轴转角精准控制。该数控机床给进轴重复定位精度规定为士0.005mm，工作过程中精度额定位精度规定是士0.0001mm。同步，还需要控制给进轴稳定性，尽量保证给进轴工作时振动较小，抗电磁干扰性能较好。第三，在该电气控制系统辅助控制方面，重要是完毕并实现对液压泵，润滑电机，自动对刀，冷却泵电机，电扇电机控；第四，还需要调控该系统中紧急停止工作系统以及工作台限位保护，保证数控机床故障保护。第五，同步还需要完毕系统中各个信号灯批示与否完好。通过严格检查和测试，以上五条规定都已经满足了规定，并在检测基本上进行了电气试件加工。第五章总结随着当代科学技术飞速发展与进步，电子工业得到了奔腾性迈进。电子工业发展为工业当代化提供了巨大推动力，也为人们生活带来了翻