數(shù)控車床的主軸控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文</p><p>　　題目：數(shù)控車床的主軸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>　　專 業(yè)：數(shù)控技術(shù)</p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p>　　完成時(shí)間：2

2、013年6月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文主要介紹數(shù)控車床主軸控制的設(shè)計(jì)，根據(jù)電氣控制的要求，設(shè)計(jì)了的電氣原理圖。根據(jù)電氣元件參數(shù)的設(shè)定，來確定各元器件的選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及強(qiáng)電控制線路和控制要求，編寫PLC程序，介紹了FANUC、 PLC、FANUC系統(tǒng)的指令以及編程；最后，針對所設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。</p>

3、<p>　　關(guān)鍵詞：主軸控制系統(tǒng)；電氣原理設(shè)計(jì)；PLC </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper focuses on the CNC lathe spindle control design, CNC machine tool spindle control system, it is the use

4、 of digital information on the movement and work process control. According to the electrical control requirements, design the electrical schematic. According to the electrical components parameters, to determine the cho

5、ice of various components. According to the design requirements and strong electric control line and control requirements, write the PLC program, describes the FANUC </p><p>　　Key words: spindle control syst

6、em; electrical schematic design; PLC</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論5</p><p>　　1.1選題背景與意義5</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床對主軸驅(qū)動系統(tǒng)的要求5</p><p>　　1.3電氣原理

7、圖設(shè)計(jì)的原則和設(shè)計(jì)步驟6</p><p>　　1.4電氣方案的確定7</p><p>　　第二章電氣原理圖的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.1電氣原理圖的設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.1.1電源電路10</p><p>　　2.1.2CNC電路圖10</p><p>　　2.1

8、.3主軸電路10</p><p>　　2.1.4強(qiáng)電電路10</p><p>　　2.1.5 PLC輸入、輸出電路10</p><p>　　2.2電氣元件的選擇11</p><p>　　2.2.1熔斷器的選擇11</p><p>　　2.2.2變頻器的選擇11</p><p>　　2

9、.2.3接觸器12</p><p>　　2.2.4繼電器12</p><p>　　2.2.5變壓器的選擇12</p><p>　　2.2.6空氣開關(guān)13</p><p>　　2.2.7其他元?dú)饧倪x擇13</p><p>　　第三章 PMC程序的設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1F

10、ANUC系統(tǒng)、可編程控制器PLC的簡介14</p><p>　　3.2 PMC的基本指令、功能指令14</p><p>　　3.3 PMC程序梯形圖15</p><p>　　PLC程序功能的說明18</p><p><b>　　總 結(jié)19</b></p><p><b>　　

11、謝 辭20</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　附錄22</b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1選題背景與意義</p><p>　　數(shù)控技術(shù)也叫

12、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)（CNC，Compute Numerical Control），目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工自動化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)，其水平高低關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力的水平，數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)的制造業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化。也給傳統(tǒng)的機(jī)械，機(jī)電專業(yè)的人才帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我國經(jīng)濟(jì)全面與國際接軌，并逐步成為全球制造中心

13、，我國企業(yè)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)參與國際競爭。數(shù)控技術(shù)是制造實(shí)現(xiàn)自動化，集成化的基礎(chǔ)，是提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率不可少的物資手段。</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床中，主軸是機(jī)床里的一個(gè)非常重的部分，對于它的控制的好壞一定程度上反應(yīng)一個(gè)機(jī)床的控制柔性的程度。主軸驅(qū)動系統(tǒng)控制數(shù)控車床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，為車床主軸提供驅(qū)動功率以及所需的切削力。目前在數(shù)控車床中，主軸驅(qū)動常使用交流電動機(jī)，直流電動機(jī)已逐漸被淘汰，由于受永

14、磁體的限制，交流同步電動機(jī)功率做得很大時(shí)，電動機(jī)成本太高。因此目前在數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動中，均采用籠型異步電動機(jī)。為了獲得良好的主軸特性，設(shè)計(jì)中采用矢量變頻控制的交流主軸電動機(jī)，矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式，后者具有更高的速度控制精度，在數(shù)控車床中無速度傳感器的矢量變頻器已符合控制要求</p><p>　　近年來，PLC在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的

15、綜合優(yōu)勢是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術(shù)的發(fā) 展, 它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也越來越多。</p><p>　　論文以我所在 常熟車床加工有限公司數(shù)控車間的永進(jìn)TC15數(shù)控車床為研究對象，結(jié)合所學(xué)知識參考數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)綜合實(shí)訓(xùn)，論文主要研究永進(jìn)TC15數(shù)控車床的主軸控制系統(tǒng)、電氣原理設(shè)計(jì)，PMC程序的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。</p><p>　　在實(shí)習(xí)期間培養(yǎng)了自己的職業(yè)

16、能力，激發(fā)學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)社會生存能力，鍛煉自己理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，回顧、運(yùn)用所學(xué)的理論知識，并為將來走上工作崗位奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床對主軸驅(qū)動系統(tǒng)的要求</p><p>　　主軸驅(qū)動系統(tǒng)也叫主傳動系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動的動力裝置部分。主軸驅(qū)動系統(tǒng)通過該傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進(jìn)給運(yùn)動，加工出理想的零件。它是零件加工的

17、成型運(yùn)動之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。</p><p>　　機(jī)床的主軸驅(qū)動和進(jìn)給驅(qū)動有較大的差別。機(jī)床主軸的工作運(yùn)動通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，不像進(jìn)給驅(qū)動需要絲杠或其它直線運(yùn)動裝置作往復(fù)運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床通常通過主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的快速的相對切削運(yùn)動。在20紀(jì)60-70年代，數(shù)控機(jī)床的主軸一般采用三相感應(yīng)電動機(jī)配上多級齒輪變速箱實(shí)現(xiàn)有級變速的驅(qū)動方式。隨著刀具技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、加工工藝以及生產(chǎn)效

18、率的不斷發(fā)展，上述傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已不能滿足生產(chǎn)的需要。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對主軸傳動提</p><p><b>　　出了更高的要求：</b></p><p>　?。?）調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速</p><p>　　為保證加工時(shí)選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。特別對于具有自動換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應(yīng)各種刀具、工序和各種材

19、料的加工要求，對主軸的調(diào)速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，并減少中間傳動環(huán)節(jié)，簡化主軸箱。目前主軸驅(qū)動裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達(dá)1∶100，恒功率調(diào)速范圍也可達(dá)1∶30，一般過載1.5倍時(shí)可持續(xù)工作達(dá)到30min。</p><p>　　主軸變速分為有級變速、無級變速和分段無級變速三種形式，其中有級變速僅用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床均采用無級變速或分段無級變速。

20、在無級變速中，變頻調(diào)速主軸一般用于普及型數(shù)控機(jī)床，交流伺服主軸則用于中、高檔數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　（2）恒功率范圍要寬</p><p>　　主軸在全速范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內(nèi)提供主軸電動機(jī)的最大功率。由于主軸電動機(jī)與驅(qū)動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機(jī)床低速、強(qiáng)力切削的需要，常采用分級無級變速的方法（即在低速段采用機(jī)械減速裝置），以擴(kuò)大

21、輸出轉(zhuǎn)矩。</p><p>　?。?）具有四象限驅(qū)動能力</p><p>　　要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動時(shí)均可進(jìn)行自動加、減速控制，并且加、減速時(shí)間要短。目前一般伺服主軸可以在1秒內(nèi)從靜止加速到6000r/min。</p><p>　　（4）具有位置控制能力</p><p>　　即進(jìn)給功能（C軸功能）和定向功能（準(zhǔn)停功能），以滿足加工中心自動換刀

22、、剛性攻絲、螺紋切削以及車削中心的某些加工工藝的需要。</p><p>　?。?）具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)。為了提高傳動件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動時(shí)齒輪齒面應(yīng)采用高頻感應(yīng)加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級一般用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)。采用帶傳動時(shí)應(yīng)采用齒型帶。應(yīng)采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提高

23、主軸的組件的剛性。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)增加齒輪寬度，提高齒輪的重疊系數(shù)。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動，采用內(nèi)徑定心。側(cè)面定心的花鍵對降低噪聲更為有利，因?yàn)檫@種定心方式傳動間隙小，接觸面大，但加工需要專門的刀具和花鍵磨床</p><p>　　1.3電氣原理圖設(shè)計(jì)的原則和設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　數(shù)控機(jī)床（CNC machinery）集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制、傳感測量、機(jī)械制

24、造、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品, 具有模塊化特點(diǎn)。因此數(shù)控機(jī)床在控制設(shè)計(jì)上具有很大的靈活與實(shí)際應(yīng)用性。 </p><p>　　我們知道主軸運(yùn)動屬于機(jī)床主運(yùn)動，在實(shí)際加工中產(chǎn)生大量的熱與消耗大量功，同時(shí)在加工過程中由于溫度過高、工藝要求或其它情況需要隨時(shí)調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速。 </p><p>　　機(jī)床的電氣控制線路是由各主令電氣，接觸器、繼電器、保護(hù)裝置和電動機(jī)等，按照一定的控制

25、要求用導(dǎo)線連接而成的。機(jī)床的電氣控制，不僅要求能實(shí)現(xiàn)啟動、正反轉(zhuǎn)、制動和調(diào)速等基本要求，而且要求滿足生產(chǎn)工藝的各項(xiàng)要求，保證機(jī)床各運(yùn)動的相互調(diào)和和準(zhǔn)確，并具有各種保護(hù)裝置，工作可靠，實(shí)現(xiàn)自動控制。</p><p>　　機(jī)床電氣控制應(yīng)該遵循的原則有：</p><p>　?。?）最大限制滿足機(jī)床和工藝對電氣控制的要求。</p><p>　　（2）在滿足要求的前提下，設(shè)計(jì)

26、方案應(yīng)簡單，經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。</p><p>　?。?）妥善處理機(jī)械與電氣的關(guān)系。</p><p>　?。?）將電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性放在首位。</p><p>　?。?）合理選用電氣元件</p><p>　　機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩部分。</p><p>　　1. 擬訂設(shè)計(jì)任務(wù)書簡要說明所設(shè)計(jì)任務(wù)的

27、用途、工藝過程、動作要求、傳動參數(shù)、工作條件及（1）電氣傳動基本特性要求、自動化程度要求及控制精度；（2）目標(biāo)成本與經(jīng)費(fèi)限額；（3）設(shè)備布局、安裝要求、控制箱、操作臺布置、照明、信號指示、報(bào)警方式等；（4）工期、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方式。 </p><p>　　2. 選擇拖動方案與控制方式電動機(jī)選擇基本原則：（1）電動機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的要求，要與被拖動負(fù)載特性相適應(yīng)以保證運(yùn)行穩(wěn)定并具有良好的啟動、制動性能

28、，對有調(diào)速要求時(shí)應(yīng)合理選擇調(diào)速方案；（2）工作過程中電動機(jī)容量能得到充分利用，使其溫升盡可能達(dá)到或接近額定溫升值；（3）電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)要求，選擇恰當(dāng)?shù)氖褂妙悇e和工作制，并能適用周圍的環(huán)境工作條件。在滿足設(shè)計(jì)要求情況下，應(yīng)優(yōu)先采用結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的籠型三相交流異步電動機(jī)。</p><p>　　電力拖動方案確定后，電動機(jī)的類型、數(shù)量及其控制要求就已基本確定，采用什么方法去實(shí)現(xiàn)這些控制要求就是控制方

29、式的選擇問題。在確定控制方案時(shí)，應(yīng)盡可能采用新技術(shù)、新器件和新的控制方法。 </p><p>　　3. 設(shè)計(jì)電氣控制原理圖、選用元器件、編制元器件目錄清單。 </p><p>　　4. 設(shè)計(jì)電氣施工圖，并以此為根據(jù)編制各種材料定額清單。 </p><p>　　5. 編寫設(shè)計(jì)說明書。</p><p>　　通過對主軸的控制的分析，可以從中發(fā)現(xiàn)對于

30、主軸的控制是一個(gè)較復(fù)雜的過程。要善于歸納與總結(jié)，才能較輕松的寫出相應(yīng)的程序</p><p>　　1.4電氣方案的確定</p><p>　　主軸驅(qū)動裝置根據(jù)主軸速度控制信號的不同分為模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置和串行數(shù)字控</p><p>　　制的主軸驅(qū)動裝置兩類。模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置采用變頻器來控制主軸電機(jī)。串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動裝置是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家用來驅(qū)動該廠家

31、專業(yè)主軸電機(jī)的驅(qū)動裝置，不同數(shù)控系統(tǒng)其主軸驅(qū)動裝置各不相同。</p><p>　　目前國內(nèi)中高端用戶大多采用的即是西門子、發(fā)那科、三菱電機(jī)等這些國際知名公司的數(shù)控系統(tǒng)，尤其是在汽車及零部件制造業(yè)這樣的大規(guī)模生產(chǎn)線上，這些品牌的數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)著中高端的主流市場，其他國內(nèi)外多種品牌特別是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控系統(tǒng)在中低端市場則有百花齊放之勢，還有很多專用數(shù)控系統(tǒng)亦是各有用武之地。</p><p>　　當(dāng)前，

32、第六代數(shù)控系統(tǒng)以西門子的840D和810D數(shù)控系統(tǒng)為代表，它的硬件結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊、模塊化，軟件內(nèi)容更加豐富，功能更強(qiáng)大，代表并引領(lǐng)著當(dāng)今數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。發(fā)那科0i和21i數(shù)控系統(tǒng)也很典型，其最新開發(fā)的是18i系統(tǒng)，穩(wěn)定易用，實(shí)用性很強(qiáng)，應(yīng)用非常廣泛。三菱電機(jī)M60S數(shù)控系統(tǒng)的替代品——C70適用于大規(guī)模生產(chǎn)線，其最新推出的 M70/M700可更廣泛地用于多種機(jī)械加工。三菱電機(jī)還與山崎馬扎克合作，開發(fā)了Mazatrol Fusio

33、n 640數(shù)控系統(tǒng)。Mazatrol Fusion 640數(shù)控系統(tǒng)以其高品質(zhì)的運(yùn)動控制性能和先進(jìn)的信息化、智能化功能在技術(shù)上同樣居于世界領(lǐng)先地位。</p><p>　　繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)極延時(shí)繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動現(xiàn)象。繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯

34、后動作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制</p><p>　　PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可。控制速度PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。</p><p>　　本課題采用模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置，F(xiàn)ANUC公0i MATE數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　隨著數(shù)字SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，

35、越來越多的采用通用變頻器作為數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動裝置。變頻器有多方面的優(yōu)點(diǎn)：可以和通用的籠型異步電動機(jī)配套使用，具有多種可供選擇的功能，可應(yīng)用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。</p><p>　　FANUC的數(shù)控系統(tǒng)具有高質(zhì)量、高性能、全功能，適用于各種機(jī)床和生產(chǎn)機(jī)械的特點(diǎn)，在市場的占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他的數(shù)控系統(tǒng)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 （1）系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易于拆裝，各個(gè)控制板高度集成，使可靠性有很大

36、提高，而且便于維修、更換。 （2）具有很強(qiáng)的抵抗惡劣環(huán)境影響的能力。其工作環(huán)境溫度為0～45℃，相對濕度為75％。 （3）有較完善的保護(hù)措施。FANUC對自身的系統(tǒng)采用比較好的保護(hù)電路。 （4）FANUC系統(tǒng)所配置的系統(tǒng)軟件具有比較齊全的基本功能和選項(xiàng)功能。對于一般的機(jī)床來說，基本功能完全能滿足使用要求。（5）提供大量豐富的PMC信號和PMC功能指令。這些豐富的信號和編程指令便于用戶編制機(jī)床側(cè)PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。 （

37、6）具有很強(qiáng)的DNC功能。系統(tǒng)</p><p>　　提供串行RS232C傳輸接口，使通用計(jì)算機(jī)PC和機(jī)床之間的數(shù)據(jù)傳輸能方便、可靠地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)高速的DNC操作。 （7）提供豐富的維修報(bào)警和診斷功能。FANUC維修手冊為用戶提供了大量的報(bào)警信息，并且以不同的類別進(jìn)行分類。</p><p>　　PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可。PLC

38、是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大。PLC的特點(diǎn)：1編程方法簡單易學(xué)2功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高3硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少6維修工作量少，維修方便7體積小，能耗低。</p><p>　　第二章電氣原理圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1電氣原理圖的設(shè)計(jì)&l

39、t;/p><p><b>　　2.1.1電源電路</b></p><p>　　電源電路見附錄（圖1）</p><p>　　原理：D1 —QF1為電源總斷路器，電源AC380V供給變頻器。D1—TC1為控制變壓器，一次側(cè)為AC380V，二次側(cè)為220V，為照明和交流接觸器提供電源。D1—VC1為開關(guān)電源，為CNC、CRT\MDI、中間繼電器提供DC2

40、4V電源。D1—Fu1、—Fu2、—Fu3、—Fu4、—Fu5為電路的短路保護(hù)。</p><p>　　2.1.2CNC電路圖</p><p>　　CNC電路圖見附錄（圖2）</p><p>　　本課題采用FANUC公司POWER 0i MATE 數(shù)控系統(tǒng)， </p><p>　　CNC電路圖，W1-A1為CNC裝置。CNC裝置控制模擬主軸（變

41、頻器JA11）、主軸位置編碼器(JA12)、手搖脈沖發(fā)生器（W1-GP）及強(qiáng)電柜；M1-K1為接通/斷開繼電器</p><p><b>　　2.1.3主軸電路</b></p><p>　　主軸電路見附錄（圖3）</p><p>　　原理：采用模擬主軸控制，配置3Kw、2880r\min的交流異步電動機(jī)，速度開環(huán)控制系統(tǒng)。CNC輸出的模擬信號到變

42、頻器的10與15端口，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過設(shè)置變頻器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)從最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的調(diào)速。H1—K1為主軸交流接觸器，接通或斷開主軸動力電源。主軸位置上的編碼器H1—GP使主軸能與進(jìn)給驅(qū)動同步控制，以便加工螺紋；M3—K3、M3—K4為主軸正反轉(zhuǎn)繼電器，通過PLC實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。Ｍ１—Ｋ２為急停，當(dāng)變頻器有異常情況是，通過１、2端口輸出報(bào)警信號到PLC。</p><p><b>　　2.1.4強(qiáng)

43、電電路</b></p><p>　　強(qiáng)電電路見附錄（圖4）</p><p>　　當(dāng)按下急停按鈕M1-SB1時(shí)，SB2、SB3為CNC接通/斷開按鈕，發(fā)出急停信號-K2停止主軸轉(zhuǎn)動，打開電源鑰匙M1-SA1,接通中間繼電器-K3，AC220V上電，M3-K1為通過PLC接通主軸電動機(jī)接觸器H1-K1的信號。</p><p>　　2.1.5 PLC輸入、輸出

44、電路</p><p>　　PLC輸入、輸出電路見附錄圖5、圖6</p><p>　　M2-SB1、-SB2、-SB3分別為主電動機(jī)接通、斷開、循環(huán)啟動按鈕；按下急停按鈕時(shí)發(fā)出急停信號M1-K2，機(jī)床立即停止工作；當(dāng)機(jī)床設(shè)備異常，出現(xiàn)一個(gè)報(bào)警信號時(shí)，報(bào)警燈亮。</p><p>　　M3-K1為接通主軸電動機(jī)繼電器，-K3、-K4為主軸正反轉(zhuǎn)繼電器，-HL3為故障燈。&

45、lt;/p><p>　　2.2電氣元件的選擇</p><p>　　2.2.1熔斷器的選擇</p><p>　　熔斷器是一種簡單而有效的保護(hù)電器。在電路中主要起短路保護(hù)作用，選擇熔斷器時(shí)主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電流及熔體的額定電流。</p><p>　　選15A，選RT18-32</p><p>　　控制線路中

46、Ｉ＝Pｎ\U＝12*3\220V=0.7A選擇2A型號為RT18-32</p><p>　　2.2.2變頻器的選擇</p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。按照課題的要求，本課題選用的是FR-S540E-3.7K-CH 型號的變頻器。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩

47、的要求，決定選用那種控制方式的變頻器，在變頻器選型前應(yīng)掌握傳動系統(tǒng)的以下參數(shù)：</p><p>　　(1)電動機(jī)的極數(shù)。 </p><p>　　(2)轉(zhuǎn)矩特性、臨界轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　(3)電磁兼容性。。</p><p>　　主要具有以下特點(diǎn)：（1）變頻器效率 96%至97%；（2）過載能力強(qiáng)，內(nèi)置制動單元，5分鐘內(nèi)持續(xù)時(shí)間

48、60秒150%(恒轉(zhuǎn)矩)負(fù)載電流過載，或1分鐘內(nèi)持續(xù)3秒200%過載；（3）起動沖擊電流小于額定輸入電流；（4）各種保護(hù)齊全。</p><p>　　由于矢量控制是著眼于轉(zhuǎn)子磁通來控制電機(jī)的定子電流，因此在其內(nèi)部的算法中大量涉及到電機(jī)參數(shù)。電機(jī)除了考慮常規(guī)的參數(shù)如電機(jī)極數(shù)、額定功率、額定電流外，還應(yīng)考慮定子電阻、定子漏感抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子漏感抗、互感抗和空載電流。</p><p>　　數(shù)控車

49、床用變頻器特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1)體積小，屬于迷你型產(chǎn)品，占用控制柜空間較小;(2)控制方式為正弦波SPWM(提供無速度反饋矢量控制)，控制性能較以前的VF控制方式性</p><p>　　能上有很大的改善，特別是在低速轉(zhuǎn)矩上滿足機(jī)床主軸的需求，5Hz時(shí)起動轉(zhuǎn)矩能夠達(dá)到150%以上;</p><p>　　(3)載波頻率范圍0~15kHz，減小電機(jī)的電磁

50、噪音;(4)提供標(biāo)準(zhǔn)的0～10V模擬量接口(輸入阻抗47kΩ，輸出阻抗250kΩ)，能夠與大多數(shù)數(shù)控</p><p>　　系統(tǒng)接口兼容，通用性強(qiáng);(5)過載能力強(qiáng)，150%以上額定輸出電流超過一分鐘;(6)提供多功能的輸出端子信號，例如零速信號，運(yùn)轉(zhuǎn)中信號，速度到達(dá)信號，故障指示，滿足系統(tǒng)對于主軸速度狀態(tài)的監(jiān)控;(7)自動轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，滿足機(jī)床主軸在低速情況下的加工需求;(8)提供三組異常紀(jì)錄，供維修人員從

51、側(cè)面了解機(jī)床主軸實(shí)際的運(yùn)行狀況;</p><p>　　(9)電機(jī)參數(shù)自動整定功能，在線識別電機(jī)參數(shù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。</p><p><b>　　2.2.3接觸器</b></p><p>　　接觸器是一種用來頻繁地接通和分?jǐn)鄮в胸?fù)載的主電路的自動控制電器。接觸器由電磁機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧裝置及其他部件四部分組成。其中電磁機(jī)構(gòu)由線圈、動

52、鐵心和靜鐵心組成；觸點(diǎn)系統(tǒng)包括三對觸點(diǎn)、輔助觸點(diǎn)。</p><p>　　工作原理是當(dāng)線圈通電后，鐵心產(chǎn)生電磁吸力將銜鐵吸合。銜鐵帶動觸點(diǎn)系統(tǒng)動作，使常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在反作用彈簧力的作用下釋放，觸電系統(tǒng)隨之復(fù)位。選擇交流接觸器時(shí)主要考慮主觸點(diǎn)的額定電壓、額定電流、輔助觸點(diǎn)的數(shù)量與種類、吸引線圈的電壓等級、操作頻率等。</p><p>　　u=380

53、V，I>I1=8A，選CJ10—10</p><p>　　冷卻電機(jī)、卡盤電機(jī)電路</p><p><b>　　2.2.4繼電器</b></p><p>　　繼電器是一種根據(jù)電量參數(shù)（電壓、電流）或非電量參數(shù)（時(shí)間、溫度、壓力等）的變化自動接通或斷開控制電路，以完成控制或保護(hù)任務(wù)的電器。繼電器用途廣泛，種類繁多。按反應(yīng)的參數(shù)可分為電流繼電器

54、、電壓繼電器、時(shí)間繼電器、熱繼電器和速度繼電器等；按動作原理可分為電磁式、電動式、電子式等。</p><p>　　U=220V，I2=2.9A，I3=0.33A，觸點(diǎn)對數(shù)為4對。</p><p>　　型號選擇JZ7—44，5A，220V，JZ8—44，5A，24V</p><p>　　2.2.5變壓器的選擇</p><p>　　變壓器是一種將

55、某一數(shù)值的交流電壓變換成頻率相同但數(shù)值不同的交流電壓的靜止電器。</p><p>　　變壓器的功能主要有：電壓變換；電流變換，阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）;自耦變壓器；高壓變壓器（干式和油浸式）等。變壓器的選擇原則</p><p>　　選擇變壓器的主要依據(jù)式變壓器的額定值。</p><p>　　1) 根據(jù)實(shí)際情況選擇一次額定電壓U1（380V、220V），在

56、選擇二次額定電壓U2(二次額定值是指初級加額定電壓時(shí)，二次的空載輸出電壓，二次帶有額定負(fù)載時(shí)輸出電壓下降5%，因此選擇輸出額定電壓時(shí)應(yīng)略高于份額在額定電壓)。</p><p>　　2) 根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況，確定各二次繞組額定電流I。一般繞組的額定輸出電流應(yīng)大于或等于額定負(fù)載電流。</p><p>　　二次額定容量由總?cè)萘看_定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式</p><p><b&

57、gt;　　P=K∑P</b></p><p>　　式中 P------電磁元件的吸持功率和燈等負(fù)載消耗的功率，單位為 kW；</p><p>　　K-------變壓器的容量儲備系數(shù)，K=1.1～1.5。</p><p>　　本課題中選擇的接觸器、繼電器一般功率12W，系統(tǒng)輸入輸出小于100W,由于本課題中控制變壓器的容量P可根據(jù)由它供電的最大工作負(fù)載

58、所需要的功率來計(jì)算并留用一定的余量.所以本設(shè)計(jì)中的控制變壓器D1-TC1的容量為：</p><p>　　P=(100+12×4)×1.2=150VA</p><p>　　因此控制變壓器D1-TC1的容量選擇為150VA。</p><p><b>　　2.2.6空氣開關(guān)</b></p><p>　　電源

59、總空氣開關(guān)D1-QF1主要給主軸電動機(jī)H1-M1提供電源, 而在控制變壓器二次側(cè)的NC、強(qiáng)電控制電路等在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生的電流相對較小,因此電源總空氣開關(guān)D1-QF1的額定電流的選擇主要考慮主軸電動機(jī)H1-M1的額定電流</p><p>　　P1=3Kw，P2=1.1Kw，P3=125w，U=380V</p><p>　　I=P1\U=7.9A，I2=2.9A，I3=0.33A，I總=I1

60、+I2+I3=11.3A，所以選擇16A，確定空氣開關(guān)為DZ115—40\1901，220V，16A，級數(shù)為一。</p><p>　　2.2.7其他元?dú)饧倪x擇</p><p><b>　　1.直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的功能是將非穩(wěn)定交流電源變成穩(wěn)定直流電源。</p><p>　　在數(shù)控機(jī)床

61、電氣控制系統(tǒng)中，需要穩(wěn)壓電源給驅(qū)動器、控制單元、直流繼電器及信號指示燈等提供直流電源。在數(shù)控機(jī)床中主要使用開關(guān)電源。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的功率為100W。</p><p><b>　　2.按鈕的選擇</b></p><p>　　根據(jù)需要的觸電數(shù)目,動作要求,使用場合及顏色等進(jìn)行按鈕的選擇。一般用紅色表示停止，綠色表示啟動。本設(shè)計(jì)中

62、 按鈕M1-SB1為急停按鈕，紅色；M1-SB2和M2-SB1選擇按鈕的顏色為綠色, 按鈕M1-SB3、M2-SB2選擇的顏色為紅色。</p><p>　　第三章 PMC程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1FANUC系統(tǒng)、可編程控制器PLC的簡介</p><p>　　FANUC系統(tǒng)是日本富士通公司的產(chǎn)品，通常其中文譯名為發(fā)那科。FANUC系統(tǒng)進(jìn)入中國市場有非常悠久

63、的歷史，有多種型號的產(chǎn)品在使用，使用較為廣泛的產(chǎn)品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在這些型號中，使用最為廣泛的是FANUC0系列。 </p><p>　　系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)易于拆裝、各個(gè)控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC系統(tǒng)設(shè)計(jì)了比較健全的自我保護(hù)電路。 </p><p>　　PMC信號和PMC功能指

64、令極為豐富，便于工具機(jī)廠商編制PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。系統(tǒng)提供串行RS232C接口，以太網(wǎng)接口，能夠完成PC和機(jī)床之間的數(shù)據(jù)傳輸。 </p><p>　　FANUC系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作界面友好，系統(tǒng)各系列總體結(jié)構(gòu)非常的類似，具有基本統(tǒng)一的操作界面。FANUC系統(tǒng)可以在較為寬泛的環(huán)境中使用，對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應(yīng)性很強(qiáng)。 </p><p>　　鑒于前

65、述的特點(diǎn)，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)擁有廣泛的客戶，使用該系統(tǒng)的操作員隊(duì)伍十分龐大。</p><p>　　PLC(Programmable Logic Controller)可編程程序控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模

66、塊和編程器組成。PLC的工作原理是用觸點(diǎn)和線圈實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。</p><p>　　FANUC數(shù)控系統(tǒng)將PLC記為PMC,稱作可編程機(jī)床控制器，即專門用于控制機(jī)床的PLC。目前FANUC系統(tǒng)中的PLC均為內(nèi)裝型PMC。</p><p>　　CNC側(cè)包括CNC的硬件和軟件；MT側(cè)包括機(jī)床機(jī)械部分、機(jī)床輔助裝置、機(jī)床操縱臺、機(jī)床強(qiáng)電電路等。PMC處于CNC側(cè)和MT側(cè)之間，對CNC側(cè)和MT側(cè)的輸入

67、、輸出信號進(jìn)行處理。</p><p>　　PMC、CNC側(cè)和MT側(cè)三者之間的信息交換包換如下4部分：MT側(cè)至PMC；PMC至MT側(cè)；CNC至PMC；PMC至CNC側(cè)。</p><p>　　PMC地址的規(guī)定如下。</p><p>　　X：由機(jī)床至PMC的輸入信號（MT→PLC）</p><p>　　Y：由PMC至機(jī)床的輸出信號（PMC→MT）&

68、lt;/p><p>　　F：由CNC至PLC的輸入信號（CNC→PLC）</p><p>　　G：由PMC至CNC的輸出信號（PMC→CNC）</p><p><b>　　R：內(nèi)部繼電器</b></p><p><b>　　D：非易失性存儲器</b></p><p>　　3.2

69、PMC的基本指令、功能指令 </p><p>　　PMC的指令有兩種：基本指令和功能指令兩種指令。在設(shè)計(jì)順序程序時(shí)，使用最多的是基本指令。由于數(shù)控機(jī)床執(zhí)行執(zhí)行順序邏輯往往較為復(fù)雜，僅使用基本指令編程會十分困難或規(guī)模龐大，因此必須借助功能指令以簡化程序。PMC的基本指令、功能指令見表3－1、表3－2。</p><p><b>　　表3－1基本指令表</b></p&

70、gt;<p><b>　　表3-2功能指令表</b></p><p>　　3.3 PMC程序梯形圖</p><p>　　梯形圖（LAD）是在繼電器控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種圖形語言，在形式上類似于繼電器控制電路。FANUC PMC的梯形圖見圖3-1。</p><p>　　圖3-1 PMC梯形圖</p><p

71、>　　梯形圖編程語言的特點(diǎn)：梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列，兩側(cè)的垂直公共線稱為母線；梯形圖中的繼電器室PMC內(nèi)部的編程元件；在梯形圖中有一個(gè)假想的電流，稱為能流，從左到右；PMC按編號來區(qū)別編程元件。</p><p>　　PMC梯形圖見圖3-2。</p><p>　　PLC程序信號地址表見表3-3。</p><p>　　圖3-2 PMC梯形圖</

72、p><p>　　表3-3 PLC程序信號地址表</p><p>　　PLC程序功能的說明</p><p>　　按下急停按鈕，發(fā)出急停信號X1000.4，線圈G80.4通電，第一層結(jié)束。</p><p>　　機(jī)床準(zhǔn)備好時(shí)，線圈R0.0通電；常開觸點(diǎn)R0.0接通，線圈Y1001.6通電，正常燈亮。按下手動按鈕，常開觸點(diǎn)X1003.0接通，機(jī)床手動方式

73、打開。機(jī)床準(zhǔn)備好，常開觸點(diǎn)R0.0接通，按下電機(jī)接通按鈕，發(fā)出電機(jī)接通信號X1000.7，線圈X1000.0通電，電機(jī)接通。 機(jī)床準(zhǔn)備好，且無任何報(bào)警信號產(chǎn)生時(shí)，電機(jī)接通，按下主軸正(反)轉(zhuǎn)按鈕，線圈X1000.2通電，主軸正(反) 轉(zhuǎn)并自鎖。</p><p>　　譯碼指令DECT對電機(jī)通主軸正、反轉(zhuǎn)信號進(jìn)行譯碼。主軸正反轉(zhuǎn)，輸出信號R10.3（R10.4），線圈Y1000.7通電，線圈G5.0通電，主軸正反轉(zhuǎn)結(jié)

74、束,第二層結(jié)束。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　時(shí)光如梭！我已經(jīng)實(shí)習(xí)完了4個(gè)多月的時(shí)間，這期間體驗(yàn)著勞動的光榮與艱辛，在這里我學(xué)到了我離開校園的第一筆知識，這些都是從書本上學(xué)不到的知識，同時(shí)我也體驗(yàn)到如今科技發(fā)展的迅速，對于數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維修專業(yè)的人來說，競爭也是非常激烈的。形勢在變化，我還有很多知識沒學(xué)習(xí)，如果停滯不前，勢必會被這個(gè)

75、社會淘汰；在此次實(shí)習(xí)中，我還意識到了，在大學(xué)所學(xué)的理論知識的重要性，理論用來指導(dǎo)實(shí)踐，如果我們理論掌握好的話，在實(shí)踐中我們一定能融會貫通；意識到認(rèn)真、踏實(shí)的態(tài)度尤其重要，無論具體從事哪種工作，認(rèn)真和踏實(shí)的態(tài)度才是最根本的。我體驗(yàn)到了理論知識和實(shí)踐同等重要，踏入社會工作的大學(xué)生理論懂得很多，但做起事來卻不知從何下手。</p><p>　　實(shí)習(xí)期間在老師的指導(dǎo)下、在校外指導(dǎo)老師的輔導(dǎo)下、在同事的幫助下，完成了小型數(shù)控

76、車床的主軸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)電氣控制的要求，設(shè)計(jì)了的電氣原理圖。根據(jù)電氣元件參數(shù)的設(shè)定，來確定各元器件的選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及強(qiáng)電控制線路和控制要求，編寫PLC程序，介紹了FANUC系統(tǒng)內(nèi)置PLC的地址信號、FANUC系統(tǒng)的指令以及編程；當(dāng)然論文中還存在許多不足之處，有待進(jìn)一步的改進(jìn)。</p><p>　　實(shí)習(xí)結(jié)束了，我有很多心得感悟，同時(shí)又感覺腦袋里注入了新的知識，在以后的工作中，希望能用自己了解的東西去處理相

77、關(guān)的問題，再探究新的問題，使自己不斷進(jìn)步。本次實(shí)習(xí)對于我們即將走出校門，跨入社會工作的大學(xué)生來說非常具有現(xiàn)實(shí)意義</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩

78、師益友，無論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。</p><p>　　離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!</p><p>　　作為一個(gè)?？粕漠厴I(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以

79、及一起工作的同事的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我同事，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。</p><p>　　本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！</p><p>　　在三年的學(xué)習(xí)期間，得到老師

80、、同學(xué)關(guān)心和幫助，在此表示深深的感謝。沒有他們的幫助和支持是沒有辦法完成我的論文的。謝謝！！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]夏燕蘭主編.數(shù)控機(jī)床電氣控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.2</p><p>　　[2]夏燕蘭主編.數(shù)控機(jī)床維修工. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2009.7</p>&

81、lt;p>　　[3]廖常初主編.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.6</p><p>　　[4]王侃夫主編.機(jī)床數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械出版社，2001.4</p><p>　　[5]王剛編著.數(shù)控機(jī)床調(diào)試、使用與維修.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.2</p><p>　　[6]梁靜，數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)手冊，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.1</p

82、><p>　　[7]周軍，電器控制及PLC，機(jī)械工業(yè)出版社，2005.11</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　電源電路圖見圖1。</b></p><p><b>　　圖1 電源電路圖</b></p><p>　　CNC電路

83、圖見圖2。</p><p>　　圖2 CNC電路圖</p><p><b>　　主軸電路見圖3。</b></p><p><b>　　圖3 主軸電路</b></p><p><b>　　強(qiáng)電電路見圖4。</b></p><p><b>