畢業(yè)論文-- 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>　　論文題目: 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　系 部: 機電工程系</p><p>　　專 業(yè): 數(shù)控技術(shù) </p><p><b>　　作者姓名: </b></p><p

2、><b>　　學(xué) 號： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師: </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、前言···········

3、··································（1）</p>&

4、lt;p>　　2、數(shù)控的發(fā)展史·································

5、3;····（1）</p><p>　　3、數(shù)控的分類···························

6、;·············（3）</p><p>　　4、工作流程分析··················

7、;····················（4）</p><p>　　5、電氣設(shè)計···········&

8、#183;······························（5）</p><p>　　6、數(shù)控車床電氣接

9、線表·······························（12） </p><p>　　7、數(shù)控

10、故障表查詢··································（16）

11、 </p><p>　　8、收獲························

12、83;···················（21）</p><p>　　9、參考文獻···········

13、3;···························（22）</p><p>　　10、致謝····

14、····································

15、3;···（22）</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39

16、.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服

17、務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之問的差距。 </p><p>　　一、數(shù)控的發(fā)展史 高速化、高精度化、高可靠性、復(fù)合化、智能化、柔性化、集成化和開放性是當(dāng)今數(shù)控機床行業(yè)的主要發(fā)展方向。 數(shù)控技術(shù)的問世已有40多年的歷史，它是由機械學(xué)、控制學(xué)、電子學(xué)、計

18、算機科學(xué)四大基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來的一門綜合性新型學(xué)科。技術(shù)發(fā)展的需要對21 世紀(jì)的數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求。一、個性化的發(fā)展趨勢1.高速化、高精度化、高可靠性高速化：提高進給速度與提高主軸轉(zhuǎn)速。 高精度化：其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，因為商品受性能價格比的約束。2.復(fù)合化數(shù)控機床的功能復(fù)合化的發(fā)展，其核心是在一臺機床上要完成車

19、、銑、鉆、攻絲、絞孔和擴孔等多種操作工序，從而提高了機床的效率和加工精度，提高生產(chǎn)的柔性。3.智能化智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便等方面的智能化；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如智能化的自動編程、智能化的人機界面等，以及智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修</p><p><b>　　二、數(shù)控的分類&l

20、t;/b></p><p>　　數(shù)控機床所受控制可分為兩類：一類是“數(shù)字控制”，例如，數(shù)控機床各坐標(biāo)軸的移動距離，各軸運行的插補、補償控制等；另一類是“順序控制”，根據(jù)機床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等的開關(guān)量信號，并根據(jù)預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的啟/停、換向、刀具的更換、工件的夾緊/松開、液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的運行等進行的控制。</p><p>　　數(shù)控機床從結(jié)構(gòu)上看通?？?/p>

21、分為三部分：CNC系統(tǒng)（計算機數(shù)控系統(tǒng)），機床電氣，機床本體。對內(nèi)裝式PLC，它包含在CNC系統(tǒng)內(nèi)部；對于獨立式PLC則一般在機床電氣內(nèi)。從機電的角度看，CNC系統(tǒng)和機床電氣為‘電’，機床本體則為‘機’。</p><p>　　在討論PLC時，常以PLC為界把數(shù)控機床分為“NC側(cè)”和“MT側(cè)”（即機床側(cè)）兩大部分。“NC側(cè)”包括CNC系統(tǒng)的硬件軟件以及CNC系統(tǒng)的外部設(shè)備。“MT側(cè)”則包括機床的機械部分、液壓、氣壓

22、、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置，以及機床操作面板、繼電器線路、機床強電線路等。PLC處于NC與MT之間，并對NC和MT的輸入、輸出信號進行處理。</p><p>　　MT側(cè)順序控制的最終對象的數(shù)量隨數(shù)控機床的類型、結(jié)構(gòu)、輔助裝置等的不同而有很大的差別。一般來說，機床結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，輔助裝置越多，受控對象數(shù)量就越多。相比而言柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）的受控對象數(shù)量多，而數(shù)控車床、數(shù)控銑床的受控對象數(shù)量

23、較少。</p><p><b>　　三、工作流程分析</b></p><p>　　電氣原理圖分析的方法與步驟</p><p>　　電氣控制電路一般由主回路、控制電路和輔助電路等部分組成。了解了電氣控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、電動機和電器元件的分布狀況及控制要求等內(nèi)容之后，便可以閱讀分析電氣原理圖。</p><p><b&g

24、t;　?、欧治鲋骰芈?lt;/b></p><p>　　從主回路入手，根據(jù)伺服電機、輔助機構(gòu)電機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求，分析它們的控制內(nèi)容，控制內(nèi)容包括啟動、方向控制、調(diào)速和制動。</p><p><b>　?、品治隹刂齐娐?lt;/b></p><p>　　根據(jù)主回路中各伺服電機、輔助機構(gòu)電機和電磁閥等執(zhí)行電器的控制要求，逐一找出控制電

25、路中的控制環(huán)節(jié)，按功能不同劃分成若干個局部控制線路來進行分析。而分析控制電路的最基本方法是查線讀圖法。</p><p><b>　?、欠治鲚o助電路</b></p><p>　　輔助電路包括電源顯示、工作狀態(tài)顯示、照明和故障報警等部分，它們大多由控制電路中的元件來控制的，所以在分析時，還要回頭來對照控制電路進行分析。</p><p>　?、确治鲞B

26、鎖與保護環(huán)節(jié)</p><p>　　機床對于安全性和可靠性有很高的要求，實現(xiàn)這些要求，除了合理地選擇元器件和控制方案以外，在控制線路中還設(shè)置了一系列電氣保護和必要的電氣連鎖。</p><p><b>　　⑸總體檢查</b></p><p>　　經(jīng)過“化整為零” ，逐步分析了每一個局部電路的工作原理以及各部分之間的控制關(guān)系之后，還必須用“集零為整”

27、的方法，檢查整個控制線路，看是否有遺漏。特別要從整體角度去進一步檢查和理解各控制環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，理解電路中每個元器件所起的作用。</p><p><b>　　四、電氣設(shè)計</b></p><p><b>　　1、設(shè)計要求</b></p><p>　　⑴機床的運動及控制要求</p><p>　　數(shù)控車

28、床主軸的旋轉(zhuǎn)運動由5.5kw變頻主軸電機實現(xiàn)，與機械變速配合得到低速、中速和高速三種無級變速。</p><p>　　Z軸、X軸的運動由交流伺服電機帶動滾珠絲杠實現(xiàn)，二軸的聯(lián)動由數(shù)控系統(tǒng)控制并協(xié)調(diào)。</p><p>　　螺紋車削由光電編碼器與交流伺服電機配合實現(xiàn)。</p><p>　　除上述運動外，還有電動刀架的轉(zhuǎn)位，冷卻電機的啟、停等。</p><

29、;p><b>　?、浦骰芈贩治?lt;/b></p><p>　　圖1是380V強電回路。</p><p>　　圖中QF1為電源總開關(guān)。QF3、QF2、QF4、QF5分別為主軸強電、伺服強電、冷卻電機、刀架電機的空氣開關(guān)，它的作用是接通電源及短路、過流時起保護作用；其中QF4、QF5帶輔助觸頭，該觸點輸入PLC，作為報警信號，并且該空開的保護電流為可調(diào)的，可根據(jù)電機的

30、額定電流來調(diào)節(jié)空開的設(shè)定值，起到過流保護作用。KM3、KM1、KM6分別為主軸電機、伺服電機、冷卻電機交流接觸器，由它們的主觸點控制相應(yīng)電機；KM4、KM5為刀架正反轉(zhuǎn)交流接觸器，用于控制刀架的正反轉(zhuǎn)。TC1為三相伺服變壓器，將交流380V變?yōu)榻涣?00V供給伺服電源模塊；RC1、RC3、RC4為阻容吸收，當(dāng)相應(yīng)的電路斷開后，吸收伺服電源模塊、冷卻電機、刀架電機中的能量，避免產(chǎn)生過電壓而損壞器件。</p><p>

31、;<b>　　⑶電源電路分析</b></p><p><b>　　圖2為電源回路圖。</b></p><p>　　圖中TC2為控制變壓器，原方為AC380V，副方為AC110V、AC220V、AC24V，其中AC110V給交流接觸器線圈、為強電柜風(fēng)扇提供電源；AC24V給電柜門指示燈、工作燈提供電源；AC220V通過低通濾波器濾波給伺服模塊、電源

32、模塊、24V電源提供電源；VC1為24V電源，將AC220V轉(zhuǎn)換為AD24V電源，給世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)、PLC輸入/輸出、24V繼電器線圈、伺服模塊、電源模塊、吊掛風(fēng)扇提供電源；QF6、QF7、QF8、QF9、QF10空開為電路的短路保護。</p><p><b>　?、瓤刂齐娐贩治?lt;/b></p><p><b>　　a．主軸電機的控制</b>&l

33、t;/p><p>　　圖3、圖4分別為交流控制回路圖和直流控制回路圖。</p><p>　　先將QF2、QF3空開合上，見圖1強電回路，當(dāng)機床未壓限位開關(guān)、伺服未報警、急停未壓下、主軸未報警時，KA2、KA3繼電器線圈通電，繼電器觸點吸合，并且PLC輸出點Y00發(fā)出伺服允許信號，KA1繼電器線圈通電，繼電器觸點吸合，KM1交流接觸器線圈通電，交流接觸器觸點吸合，KM3主軸交流接觸器線圈通電，交

34、流接觸器主觸點吸合，主軸變頻器加上AC380V電壓，若有主軸正轉(zhuǎn)或主軸反轉(zhuǎn)及主軸轉(zhuǎn)速指令時（手動或自動），PLC輸出主軸正轉(zhuǎn)Y10或主軸反轉(zhuǎn)Y11有效、主軸AD輸出對應(yīng)于主軸轉(zhuǎn)速的直流電壓值（0-10V），主軸按指令值的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)主軸速度到達指令值時，主軸變頻器輸出主軸速度到達信號給PLC輸入X31(未標(biāo)出)，主軸轉(zhuǎn)動指令完成。</p><p>　　主軸的起動時間、制動時間由主軸變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)定。<

35、;/p><p><b>　　b．刀架電機的控制</b></p><p>　　當(dāng)有手動換刀或自動換刀指令時，經(jīng)過系統(tǒng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)榈段恍盘枺@時是PLC輸出Y06有效，KA6繼電器線圈通電，繼電器觸點閉合，KM4交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點吸合，刀架電機正轉(zhuǎn)，當(dāng)PLC輸入點檢測到指令刀具所對應(yīng)的刀位信號時，PLC輸出Y06有效撤消、刀架電機正轉(zhuǎn)停止；PLC輸出Y07有效

36、，KA7繼電器線圈通電，繼電器觸點閉合，KM5交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點吸合，刀架電機反轉(zhuǎn)，延時一定時間后（該時間由參數(shù)設(shè)定，并根據(jù)現(xiàn)場情況作調(diào)整），PLC輸出Y07有效撤消，KM5交流接觸器主觸點斷開，刀架電機反轉(zhuǎn)停止。選刀完成。為了防止電源短路，在刀架電機正轉(zhuǎn)繼電器線圈、接觸器線圈回路中串入了反轉(zhuǎn)繼電器、接觸器常閉觸點，見圖3。請注意，刀架轉(zhuǎn)位選刀只能一個方向轉(zhuǎn)動，取刀架電機正轉(zhuǎn)。刀架電機反轉(zhuǎn)只為刀架定位。</p&g

37、t;<p><b>　　c．冷卻電機控制</b></p><p>　　當(dāng)有手動或自動冷卻指令時，這時PLC輸出Y05有效，KA8繼電器線圈通電，繼電器觸點閉合，KM6交流接觸器線圈通電，交流接觸器主觸點吸合，冷卻電機旋轉(zhuǎn)，帶動冷卻泵工作。</p><p>　　伺服電機的控制請參考其他資料書在這里不作重點敘述。</p><p>&l

38、t;b>　　2、設(shè)計規(guī)劃</b></p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的電氣設(shè)計包括以下內(nèi)容：（如下圖所示）</p><p>　　原理圖、元器件清單、電柜布置圖、接線圖與連接圖，如果是定型設(shè)備還應(yīng)包括工藝圖，這在其它書本有詳細(xì)介紹。電氣設(shè)計時特別要注意以下幾點：</p><p>　　PLC輸出接口的類型，是繼電器輸出還是光電隔離輸出等。</p&

39、gt;<p>　　PLC輸出接口的驅(qū)動能力，一般繼電器輸出為2A，光隔輸出為500mA。</p><p>　　模擬量接口的類型和極性要求，一般有電流型輸出（-20mA～+20mA）和電壓型輸出（-10V～—+10V）兩種可選。</p><p>　　采用多直流電源時的共地要求。</p><p>　　輸出端接不同負(fù)載類型時的保護電路。執(zhí)行電器若為感性負(fù)載，

40、需接保護電路。直流可加續(xù)流二極管，交流可加阻容吸收電路。</p><p>　　若電網(wǎng)電壓波動較大或附近有大的電磁干擾源，應(yīng)在電源與PLC間加設(shè)隔離變壓器、穩(wěn)壓電源或電源濾波器。</p><p>　　注意PLC的散熱條件，當(dāng)PLC的環(huán)境溫度大于55oC時，要用風(fēng)扇強制冷卻。</p><p>　　五、數(shù)控車床電氣接線表和圖</p><p><

41、;b>　　如下所示如:</b></p><p><b>　　六、數(shù)控故障表查詢</b></p><p>　　根據(jù)部分電路圖查詢常見的故障，圖如下所示：</p><p><b>　　七、收獲</b></p><p>　　掌握了數(shù)控機床電氣柜控制電路的原理及應(yīng)用</p>

42、<p>　　掌握了西門子 802D sl 數(shù)控銑床的編程方法和操作方法。</p><p>　　掌握了 802D sl 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)</p><p>　　掌握了識別報警、故障排除、消除報警的一般方法</p><p>　　了解了并熟悉 PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。</p><p>　　熟悉了并掌握西門子 PLC 的指令及編程

43、</p><p>　　掌握了加工中心刀具庫的應(yīng)用和換刀控制</p><p>　　掌握了車削中心 C 軸功能的應(yīng)用與調(diào)試。</p><p>　　掌握了數(shù)控四工位電動刀架的控制原理、接線及調(diào)試</p><p>　　掌握了編碼器(圓光柵)的實際應(yīng)用和螺紋編程加工</p><p>　　掌握了變頻器的參數(shù)設(shè)定方法和應(yīng)用</

44、p><p>　　掌握了數(shù)控系統(tǒng)通過變頻器控制主軸電機的方法</p><p>　　掌握了 802D sl 系統(tǒng)數(shù)控機床參考點的調(diào)試</p><p>　　掌握了數(shù)控車床的絲杠螺距、傳送比等參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　了解了數(shù)控機床半閉環(huán)的構(gòu)成原理全閉環(huán)直接測量系統(tǒng)的工作原理與組成</p><p>　　了解了 802D sl

45、 系統(tǒng)交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的組成與調(diào)試。</p><p>　　掌握了數(shù)控系統(tǒng)進給軸參數(shù)的調(diào)試</p><p>　　了解了數(shù)控銑床輸入/輸出接口的定義。</p><p>　　掌握了數(shù)字輸入/輸出信號的接線與應(yīng)用</p><p>　　掌握了 802D sl 系統(tǒng)用于數(shù)控銑床的 PLC 參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　了解了數(shù)控

46、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護、系統(tǒng)保護和 NC 的啟動方式。</p><p>　　掌握了 802D sl 系統(tǒng)用于數(shù)控車床的 PLC 參數(shù)的設(shè)置。</p><p>　　掌握了實訓(xùn)臺上電、斷電的控制過程。</p><p>　　掌握了電氣元件在電路中的應(yīng)用，了解電氣原理圖。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>

47、<p>　　張超英.數(shù)控加工工藝、編程及操作實訓(xùn).北京：高等教育出版社，1999.</p><p>　　劉戰(zhàn)術(shù).數(shù)控機床操作與加工實訓(xùn).北京：人民郵電出版社，2006.</p><p>　　楊叔子.機械加工工藝師手冊.北京機械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　馬賢智.實用機械加工手冊.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.</p>

48、<p>　　顧京.數(shù)控加工編程與操作.北京：機械工業(yè)出版社，2003.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本任務(wù)書是在機電工程系指導(dǎo)老師*老師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。指導(dǎo)老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度、高深淵博的專業(yè)知識、良好的職業(yè)風(fēng)范和誨人不倦的育人精神，必將使作者終生受益。指導(dǎo)老師對數(shù)控專業(yè)技術(shù)的熱愛、對新知識技術(shù)的追求、對事業(yè)的

49、執(zhí)著以及謙遜寬厚的為人態(tài)度，將會永遠(yuǎn)成為作者學(xué)習(xí)的榜樣、心中的楷模。在畢業(yè)實習(xí)階段，作者在數(shù)控技術(shù)專業(yè)綜合能力尤其是對數(shù)控電氣原理圖的分析的能力上有了很大的提高，所取得的進步和成績都將離不開指導(dǎo)老師在學(xué)習(xí)上的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求。在說明書完成之際，謹(jǐn)向指導(dǎo)老師表示真誠的感謝和崇高的敬意！</p><p>　　回顧大學(xué)三年在**學(xué)院的求學(xué)之路，心中感慨萬千暖暖的涌上心頭，這是一片溫馨的土地、溫暖的校園生活給作者留下了