遠 程 與 繼 續(xù) 教 育 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 設 計 題目 數(shù)控車床進給變速控制電路 學習中心 內(nèi)蒙古學習中心 學 號 090F31133148 姓 名 劉建軍 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 指導教師 劉真 2015 年 09 月 18 日 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 論文 1 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院 本科畢業(yè)論文 設計 指導教師指導意見表 學生姓名 劉建軍 學號 090F31133148 專業(yè) 電氣工程及其自動化 畢業(yè)設計 論文 題目 數(shù)控車床進給變速控制電路 指導教師意見 請對論文的學術水平做出簡要評述 包括選題意義 文獻資料的掌握 所用資料 實 驗結果和計算數(shù)據(jù)的可靠性 寫作規(guī)范和邏輯性 文獻引用的規(guī)范性等 還須明確指出論文中存在的問題和不 足之處 指導教師結論 合格 不合格 指導教師 姓名 所在單位 指導時間 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 論文 2 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院 本科畢業(yè)設計 論文 評閱教師評閱意見表 學生姓名 劉建軍 學號 090F31133148 專業(yè) 電氣工程及其自動化 畢業(yè)設計 論文 題目 數(shù)控車床進給變速控制電路 評閱意見 請對論文的學術水平做出簡要評述 包括選題意義 文獻資料的掌握 所用資料 實驗結果和 計算數(shù)據(jù)的可靠性 寫作規(guī)范和邏輯性 文獻引用的規(guī)范性等 還須明確指出論文中存在的問題和不足之處 修改意見 針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見 評閱成績合格 并可不用修改直接參加答 辯的不必填此意見 畢業(yè)設計 論文 評閱成績 百分制 評閱結論 同意答辯 不同意答辯 修改后答辯 評閱人姓名 所在單位 評閱時間 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 論文 3 論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 本人所呈交的本科畢業(yè)論文 數(shù)控車床進給變速控制電路 是本 人在導師的指導下獨立進行研究工作所取得的成果 論文中引用他人的文獻 資料均 已明確注出 論文中的結論和結果為本人獨立完成 不包含他人成果及使用過的材料 對論文的完成提供過幫助的有關人員已在文中說明并致以謝意 本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學術道德和學術規(guī)范 沒有侵權行為 并愿 意承擔由此而產(chǎn)生的法律責任和法律后果 論文作者 簽字 日期 2015 年 09 月 18 日 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 論文 4 摘 要 隨著大規(guī)模集成電路和微型計算機為代表的微電子技術的迅速發(fā)展 傳統(tǒng)的機械工業(yè)已 逐漸成為綜合運用機械 微電子 自動控制 信息 傳感測試 電力電子 接口 信號變換 以及軟件編程等技術的群體技術 在傳統(tǒng)的機械加工設備已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)制造需求的 情況下 數(shù)控機床成為目前機械加工的主體 它在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 減輕操作人員 的體力勞動等方面起到了極其重要的作用 數(shù)控機床集機械 液壓 氣動 伺服驅(qū)動 精密 測量 電氣自動控制 現(xiàn)代控制 計算機控制和網(wǎng)絡通信等技術于一體 是一種高效率 高 精度 能保證加工質(zhì)量 解決工藝難題和具有柔性加工特點的生產(chǎn)設備 它正逐步取代普通 機床 數(shù)控技術是用數(shù)字化信息進行控制的自動控制技術 采用數(shù)控技術控制的機床 或者說 裝備了主控系統(tǒng)的機床 稱為數(shù)控機床 數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng) 又稱為計算機數(shù)字控制系統(tǒng) 電氣控制技術對現(xiàn)代機床的發(fā)展有著非常重要的作用 從廣義上說 現(xiàn)代機床電氣控制 技術的重要標志是自動調(diào)節(jié)技術 電子技術 檢測技術 計算機技術 綜合控制技術應用于 機床中 盡管現(xiàn)代機床的種類 功能和加工范圍有所不同 但它們都離不開電氣控制設備 離不開電氣控制技術 電氣控制裝置的配備情況是現(xiàn)代機床自動化水平的重要標志 關鍵詞 1 數(shù)控機床 2 電氣控制 3 自動控制 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 論文 5 目 錄 前 言 1 一 數(shù)控車床的概述 2 一 普通車床 2 1 普通車床電氣控制 2 1 普通車床的結構及控制要求 2 2 普通車床的主要運動形式 2 3 普通車床的電氣控制電路分析 3 二 數(shù)控車床和普通車床的全面對比 4 1 數(shù)控車床與普通車床的對比 4 2 數(shù)控車床的優(yōu)越性 5 二 PLC 的概述 6 一 PLC 的簡介 6 1 PLC 的基本組成 6 1 可編程控制器的組成 7 二 PLC 控制數(shù)控車床 9 1 I O 地址的分配 10 2 I O 接線圖 10 三 數(shù)控車床進給系統(tǒng)設備選擇 11 一 伺服電動機 11 1 直流伺服電動機 11 2 西門子 1FK7 HI 13 二 光柵尺 13 1 光柵尺 14 2 海德漢直線光柵尺 LIDA 279 14 三 PLC 控制器 15 1 簡單介紹 16 2 定位和脈沖輸出功能 16 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 論文 6 3 其它功能 16 4 FX1N 性能規(guī)格 17 四 轉速感應器 19 1 速度傳感器 20 2 轉速傳感器 YHDNJ 2 20 四 數(shù)控車床進給系統(tǒng)的電氣控制 21 一 電氣原理 21 1 電氣接線 21 2 橫向進給 21 3 縱向進給 22 4 電源控制 23 5 工作流程 23 五 數(shù)控車床進給系統(tǒng)的調(diào)試 25 一 電機調(diào)試 25 1 電機調(diào)試過程 25 二 系統(tǒng)調(diào)試 25 1 數(shù)控車床的系統(tǒng)調(diào)試方法 25 2 數(shù)控車床進給系統(tǒng)的調(diào)試 25 六 結 論 26 致 謝 27 參考文獻 28 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 論文 I 前 言 目前 我國數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應用階段過渡的關鍵時期 也是由封 閉型向開放型過渡的時期 我國數(shù)控系統(tǒng)在技術上已趨于成熟 在重大關鍵技術 包括核心技術 已達到國際先進水平 自 七五 以來 國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持 現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版 權的數(shù)控系統(tǒng) 掌握了國外一直對我國封鎖的一些關鍵技術 例如 曾長期困擾我國 并受 到西方國家封鎖的多坐標聯(lián)動技術對我們已不再是難題 0 1m 當量的超精密數(shù)控系統(tǒng) 數(shù) 控仿型系統(tǒng) 非圓齒輪加工系統(tǒng) 高速進給數(shù)控系統(tǒng) 實時多任務操作系統(tǒng)都已研制成功 尤其是基于 PC 機的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng) 可實施多軸控制 具備聯(lián)網(wǎng)進線等功能既可作 為獨立產(chǎn)品 又是一代開放式的開發(fā)平臺 為機床及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件 特別 重要的是 我國數(shù)控系統(tǒng)的可靠性已有很大提高 同時大部分數(shù)控機床配套產(chǎn)品已能國內(nèi)生 產(chǎn) 自我配套率超過 60 這些成功為中國數(shù)控系統(tǒng)的自行開發(fā)和生產(chǎn)奠定了基礎 我國進行改革開放后 由于政策的開放 使得金屬切削行業(yè)得以和世界上先進的機床制 造國家進行技術交流 并通過引進技術 到 80 年代初 國產(chǎn)數(shù)控機床進入實用化階段 1991 年數(shù)控機床的產(chǎn)值數(shù)控化率為 14 3 到 1997 年數(shù)控機床產(chǎn)值數(shù)控化率為 24 5 目前 我國數(shù)控機床 包括經(jīng)濟型機床 品種約有 500 個 但是 與國外數(shù)控車床相比 在性能 質(zhì)量設計 制造等各方面存在較大差異 并存在 許多不足 機械件的材質(zhì) 加工精度 加工工藝存在較大差距 安全性較差 軟硬件保護功 能不夠 刀片磨損快 生產(chǎn)成本高 效率低 硬件設計方面不規(guī)范 不符合國標 比如使用 電壓等級 電線顏色使用 圖紙資料的繪制裝訂 提交等等 有的機床廠家甚至仍然停留在 十年二十年前的設計思想 程序設計方面缺乏標準 不規(guī)范 邏輯性不強 故障率高 在物 不符 維修困難 概括來說 精度及可靠性高 性能穩(wěn)定故障率低 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 2 一 數(shù)控車床的概述 一 普通車床 1 普通車床電氣控制 1 普通車床的結構及控制要求 下面以 CA6140 普通車床為例進行分析 其結構示意圖如圖 1 1 所示 圖 1 1 CA6140 普通車床結構示意圖 1 主軸箱 2 縱溜板 3 橫溜板 4 轉盤 5 方刀架 6 小溜板 7 尾架 8 床身 9 右床座 10 光杠 11 絲杠 12 溜板箱 13 左床座 14 進給箱 15 掛輪架 16 操縱手柄 2 普通車床的主要運動形式 車床的主運動為零件的旋轉運動 由主軸通過卡盤帶動零件旋轉 是承擔車削加 工時的主要切削功率 在車削加工時 要根據(jù)被加工零件材料 刀具種類 零件尺寸 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 3 工藝要求等來選擇不同的切削速度和切削用量 在車削加工時 通常不要求反轉 但 在加工螺紋時 為避免亂扣 要反轉退刀 再縱向進刀繼續(xù)加工 這就要求主軸應具 備正 反轉功能 3 普通車床的電氣控制電路分析 圖 1 3 為 CA6140 普通車床的電氣控制原理圖 分為主電路控制電路及照明電路三部分 圖 1 2 CA6140 普通機床的電氣控制原理圖 主 1 電路分析 在主電路中 一共有三臺電動機 M1 為主軸電動機 帶動主軸旋轉和刀架作進給 運動 M2 為冷卻泵電動機 用來輸送切削液 M3 為刀架快速移動電動機 接通三相交流電源開關 QK 主軸電動機 M1 由接觸器 KM1 控制起動 熱繼電器 FR1 作過載保護 熔斷器 Fu 作短路保護 接觸器 KM 還可作失壓和欠壓保護 冷卻泵電動 機 M2 由接觸器 KM2 控制起動 熱繼電器 FR2 作為冷卻泵電動機 M2 的過載保護 接觸 器 KM3 用于控制刀架快速移動電動機 M3 的起動 由于快速移動電動機 M3 是點動控制 故可不設過載保護 2 控制電路分析 控制電路的電源由控制變壓器 TC 二次側輸出 110V 電源電壓 主軸電動機 M1 的控制 按下起動按鈕 SB2 接觸器 KM1 的線圈得電吸合 KM1 主 觸點閉合 主軸電動機 M1 起動運行 同時 KM1 的自鎖觸點和另一副常開觸點閉合 按 下停止按鈕 SB1 主軸電動機 M1 停轉 主軸的正反轉采用摩擦離合器實現(xiàn) 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 4 冷卻泵電動機 M2 的控制 由于主軸電動機 M1 和冷卻泵 M2 在控制電路中采用順序 控制 所以只有在主軸電機 M1 運轉情況下 即 KM1 常開觸點閉合 冷卻泵電動機 M2 得電才能起動 當 M1 停止運行時 M2 自動停止 如果車削加工過程中 工藝需要使用 冷卻液 則可先合上開 SA1 刀架快速移動電動機 M3 的控制刀架快速移動電動機 M3 的起動是由安裝在進給操 縱手柄頂端的按鈕 SB3 控制 它與交流接觸器 KM3 組成點動控制環(huán)節(jié) 刀架移動方向 的改變 是由進給操縱手柄配合機械裝置實現(xiàn)的 按下按鈕 SB3 接觸器 KM3 得電吸合 電動機 M3 得電運行 帶動工作臺按指定方 向快速移動 將操縱桿復位 松開 SB3 接觸器 K M3 斷電 V13 停轉 3 照明 信號燈電路分析 照明與信號燈電路中 由控制變壓器 TC 的二次側分別輸出 24V 和 6V 電壓 作為 機床照明燈和信號燈的電源 E1 為機床的低壓照明燈 由開關 SA2 控制 H1 為電源的 信號燈 合上電源總開關 QS H1 亮 表示機床控制電路電源正常 分別由 FU4 和 FU3 作短路保護 二 數(shù)控車床和普通車床的全面對比 1 數(shù)控車床與普通車床的對比 1 數(shù)控車床的優(yōu)勢 制造業(yè)企業(yè)之間的競爭如果拋開技術環(huán)節(jié)外 拼的是產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率 數(shù)控 車床相對于普通車床來講 可以大幅提升產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率 但是為什么很多企業(yè) 還不愿意使用數(shù)控車床呢 數(shù)控車床相對于普通車床 在精度 效率 合格率等方面占絕對優(yōu)勢 精度優(yōu)勢 普通車床靠齒輪和普通絲杠螺母傳動 由于各運動副間存在間隙 加上手工操作 不準確 因此重復精度較低 普通車床測量時需停車后手工測量 測量誤差較大 數(shù)控車床靠驅(qū)動電機帶動滾珠絲杠傳動 滾珠絲杠經(jīng)過預拉伸安裝后有過盈量 傳動 無間隙 精度主要靠機床本身和程序保證 在加工過程中可以通過編碼器進行位置測 量 可以補償?shù)毒吣p及其他原因產(chǎn)生的誤差 所以加工質(zhì)量好 精度穩(wěn)定 批量生產(chǎn)效率優(yōu)勢 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 5 一臺普通車床需要一個熟練的操作工人 由于使用手動三爪卡盤 并且測量時必 須停車后手工測量 加工效率低下 在批量生產(chǎn) 使用液壓卡盤或彈簧夾頭夾緊工件的前提下 一個不懂任何技術的工人 可以至少同時操作兩臺數(shù)控車床 生產(chǎn)效率是使用普通車床的 4 倍以上 合格率優(yōu)勢 普通車床由于是手工操作 人為影響非常大 一旦操作工的身體情況不佳或者思 想不集中 產(chǎn)品廢品率會急劇上升 數(shù)控車床基本靠設備來保證加工精度 操作工基本只起到裝卸工件和開關的作用 人 為影響很少 所以產(chǎn)品合格率比較高 勞動力資源優(yōu)勢 普通車床需要熟練操作工人 目前月工資水平是 3000 元 數(shù)控車床任何成年人都 可以操作 目前月工資水平是 2000 元 目前 數(shù)控車床在采購成本和單件生產(chǎn)成本方 面有一定的劣勢 采購成本較高 同樣規(guī)格的數(shù)控車床的價格是普通車床的 1 5 倍以上 但老金人為隨著數(shù)控系統(tǒng) 價格的下降 數(shù)控車床成本上的劣勢會越來越小 單件加工成本目前較高 目前的數(shù)控車床比普通車床單件加工的生產(chǎn)成本要高時不爭的事實 但如果經(jīng)過 改進 數(shù)控車床在單件生產(chǎn)的成本和效率上也將優(yōu)于普通車床 2 數(shù)控車床的優(yōu)越性 普通機床加工時 其加工成本相對較低 工序較長 且工步中很多具體細節(jié)由技 術工人來完成 對技術工人的水平要求相對較高 數(shù)控機床加工工藝相比較普通機床 加工工藝的優(yōu)越性有以下幾點 數(shù)控加工工藝的 內(nèi)容十分具體 工藝設計工作相當嚴密 數(shù)控機床加工工藝與 普通機床加工工藝相比較 由于采用數(shù)控機床加工具有加工工序少 所需專用工裝數(shù) 量少等特點 克服了普通傳動工藝方法的弱點 一般來說 數(shù)控加工的工序內(nèi)容要比 普通機床加工的工序內(nèi)容復雜 從編程來看 加工程序的編制要比普通機床編制工藝 規(guī)程復雜 數(shù)控加工的工藝 復合性 采用數(shù)控加工后 工件在一次裝夾下能完成鏜 銑 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 6 鉸 攻絲等多種加工 因此 數(shù)控加工工藝具有復合性特點 也可以說數(shù)控加工工藝 的工序把傳統(tǒng)工藝中的工序 集成 了 這使得零件加工所需的專用夾具數(shù)量大為減 少 零件裝夾次數(shù)及周轉時間也大大減少 從而使零件的加工精度和生產(chǎn)效率有了較 大的提高 數(shù)控加工工藝設計是對工件進行數(shù)控加工的前期準備工作 無論是手工編 程還是自動編程 這項工作必須在程序編制工作以前完成 為了優(yōu)化數(shù)控程序設計 提高編程效率 合理使用數(shù)控機床 我們必要對數(shù)控加工工藝設計等技術問題加以分 析 研究 以做好數(shù)控加工前的技術準備工作 數(shù)控加工取代傳統(tǒng)加工占據(jù)生產(chǎn)制造的主導地位已成為一種趨勢 但由于歷史的 原因 傳統(tǒng)的加工設備與先進的數(shù)控機床并存 是目前乃至今后很長一段時間內(nèi)大多 數(shù)制造企業(yè)的設備現(xiàn)狀 如何從工藝的角度根據(jù)各企業(yè)的設備現(xiàn)狀 產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模 零件結構形成與加工精度要求等方面來合理地進行產(chǎn)品工藝方案設計 充分發(fā)揮企業(yè) 現(xiàn)有數(shù)控設備與傳統(tǒng)設備的加工效率 使企業(yè)設備資源與人力資源得到充分利用 需 要從多個方面來探討 數(shù)控工藝與普通工藝結合的好環(huán)境直接影響到數(shù)控機床與普通 機床加工效率的發(fā)揮 進而影響到生產(chǎn)計劃的高精度 高效率 高質(zhì)量加工必須解決 的問題之一 因此 尋求傳統(tǒng)加工工藝與數(shù)控加工工藝的合理銜接途徑與措施 對于 提高企業(yè)的經(jīng)濟效益是非常有意義的 二 PLC 的概述 一 PLC 的簡介 1 PLC 的基本組成 可編程控制器的結構多種多樣但其組成的一般原理基本相同都是以微處理器為核 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 7 心的結構其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的作用更要靠軟件的支持實際上可編程控制器就 是一種新型的工業(yè)控制計算機 1 可編程控制器的組成 PLC 是以 CPU 為核心的電子系統(tǒng) 實質(zhì)上就是一種工業(yè)控制用的專用計算機 PLC 系統(tǒng)的組成與微機系統(tǒng)基本相同 它也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的 一 般小型 PLC 的硬件系統(tǒng)組成框圖 其基本組成主要由 CPU 內(nèi)存 輸入模塊 輸出模塊 電源模塊 I O 擴展接口 外設 I O 接口以及編程器等部分組成 PLC 的軟件系統(tǒng)也 包括系統(tǒng)程序和用戶程序 中央處理單元 中央處理單元 CPU 是 PLC 的核心部件 整個 PLC 的工作過程都是在中央處理器的 統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的 它的主要任務是在系統(tǒng)程序的控制下 完成邏輯運算 數(shù) 學運算 協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等 然后根據(jù)用戶所編制的應用程序的要求去處理 有關數(shù)據(jù) 最后在向被控制對象送出相應的控制 驅(qū)動 信號 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 8 圖 2 1 PLC 的硬件結構框圖 存儲器 存儲器是 PLC 用來存放系統(tǒng)程序 用戶程序 邏輯變量及運算數(shù)據(jù)的單元存儲器 的類型有可讀 可寫操作的隨機存儲器 RAM 和只讀存儲器 ROM PROM EPEOM 和 EEPROM 輸入 輸出接口 輸入 輸出 I O 是 PLC 與工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部件 PLC 通過輸入接口 把工業(yè)現(xiàn)場的狀態(tài)信息讀入 輸入部件接收的是從開關 按鈕 繼電器觸點和傳感器 等輸入的現(xiàn)場控制信號 通過用戶程序的運算與操作 對輸入信號進行濾波 隔離 電平轉換等 把輸入信號的邏輯值準確 可靠地傳入 PLC 內(nèi)部 并將這些信號轉換成 中央處理單元能接收和處理的數(shù)字信號 把結果通過輸出接口輸出給執(zhí)行機構 PLC 通過輸出接口 接收經(jīng)過中央處理單元處理的數(shù)字信號 并把它轉換成被控制 設備或顯示裝置能接收的電壓或電流信號 從而驅(qū)動接觸器 電磁閥和指示器件等 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 9 圖 2 2 PLC 的等效工作電路 電源模塊 電源部件是把交流電轉換成直流電的裝置 它向 PLC 提供所需要的高質(zhì)量直流電 源 可編程序控制器時電源包括各工作單元供電的開關穩(wěn)壓電源和掉電保護電源 一般 為電 PLC 的電源與普通電源相比 其穩(wěn)定性好 抗干擾能力強 許多 PLC 還向外提 供 DC24 V 穩(wěn)壓電源 用于對外部傳感器供電 編程器 編程器是 PLC 必不可少的重要外圍設備 它的主要作用是編寫 輸入 調(diào)試用戶 程序 還可用來在線監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài) 與 PLC 進行人機對話 它是開發(fā) 應用 維護 PLC 不可缺少的設備 其他接口 其他接口包括外存儲器接口 EEPPROM 寫入器接口 A D 轉換接口 D A 轉換接口 遠程通信接口 與計算機相連的接口 打 EP 機接口 與顯示器相連的接口等 二 PLC 控制數(shù)控車床 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 10 1 I O 地址的分配 根據(jù)該系統(tǒng)的控制要求 輸入輸出設備 確定了 I O 點數(shù) 根據(jù)需要控制的開關 設備大約輸入點為 9 個 輸出點為 6 個需進行控制 現(xiàn)將 I O 地址分配如表所示 表 2 1PLC 控制系統(tǒng) I O 分配表 輸入信號 PLC 地址 輸出信號 PLC 地址 反接制動按鈕 SB1 I0 0 X 軸電動機 M1 正轉 KM1 Q0 0 X 軸電動機 M1 的正轉按鈕 SB2 I0 1 X 軸電動機 M1 反轉 KM2 Q0 1 X 軸電動機 M1 的反轉按鈕 SB3 I0 2 Y 軸電動機 M2 正轉 KM3 Q0 2 Y 軸電動機 M1 的點動按鈕 SB4 I0 3 Y 軸電動機 M2 反轉 KM4 Q0 3 Y 軸電動機 M2 停止按鈕 SB5 I0 4 X 軸電動機 M1 起 停 KM5 Q0 4 X 軸電動機 M1 起 停開關 SQ1 I0 5 Y 軸電動機 M2 起 停 KM6 Q0 5 Y 軸電動機 M2 起 停開關 SQ2 I0 6 速度繼電器正轉常開觸頭 KS1 I0 7 速度繼電器正轉常開觸頭 KS2 I1 0 2 I O 接線圖 根據(jù) PLC I O 端子的分配 畫出了車床 PLC 控制系統(tǒng) I O 接線圖如圖所示 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 11 圖 2 3 車床 PLC 控制系統(tǒng) I O 接線圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 12 三 數(shù)控車床進給系統(tǒng)設備選擇 一 伺服電動機 圖 3 1 伺服電機實物圖 西門子 1FK7 HI 1 直流伺服電動機 由于數(shù)控機床對進給伺服驅(qū)動裝置的要求較高 而直流電動機具有良好的調(diào)速特 性 因此在半閉壞 閉壞伺服控制系統(tǒng)中 得到較廣泛地使用 直流進給伺服電動機 就其工作原理來說 雖然與普通直流電動機相同 然而 由于機械加工的特殊要求 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 13 一般的直流電動機是不能滿足需要的 首先 一般直流電動機轉子的轉動慣量過大 而其輸出轉矩則相對較小 這樣 它的動態(tài)特性就比較差 尤其在低速運轉條件下 這個缺點就更突出 在進給伺服機構中使用的是經(jīng)過改進結構 提高其特性的大功率 直流伺服電動機 主要有以下兩種類型 小慣量直流電動機 主要結構特點是其轉子的轉動慣量盡可能小 因此在結構上 與普通電動機的最大不同是轉子做成細長形且光滑無槽 以此表現(xiàn)為轉子的轉動慣量 小 僅為普通直流電動機的 1 10 左右 因此 響應特別快 機電時間常數(shù)可以小于 10 ms 與普通直流電動機相比 轉矩與慣量之比要大出 40 50 倍 且調(diào)速范圍大 運轉 平穩(wěn) 適用于頻繁起動與制動 要求有快速響應 如數(shù)控鉆床 沖床等點定位 的場 合 但由于其過載能力低 并且電動機的自身慣量比機床相應運動部件的慣量小 因 此應用時都要經(jīng)過一對中間齒輪副 才能與絲杠相連接 在某些場合也限制了它廣泛 地使用 大慣量直流電動機 又稱寬調(diào)速直流電動機 是在小慣量電動機的基礎上發(fā)展起 來的 在結構上和常規(guī)的直流電動機相似 其工作原理相同 當電樞線圈通過直流電 流時 就會在定子磁場的作用下 產(chǎn)生帶動負載旋轉的電轉矩 小慣量電動機是從減 小電動機轉動轉量來提高電動機的快速性 而大慣量電動機則是在維持一般直流電動 機轉動慣量的前提下 盡量提高轉矩的方法來改善其動態(tài)特性 它既具有一般直流電 動機便于調(diào)速 機械特性較好的優(yōu)點 又具有小慣量直流電動機的快速響應性能 因 此 可歸納為以下特點 轉子慣量大 這種電動機的轉子具有較大的慣量 容易與機床匹配 可以和機床 的進給絲杠直接連接 省掉了減速機構 故可使機床結構簡單 即避免了齒輪等傳動 機構產(chǎn)生的噪聲和振動 又提高了加工精度 低速性能好 這種電動機低速時輸出轉矩大 能滿足數(shù)控機床經(jīng)常在低速進給時 進給量大 轉矩輸出大的特點 如能在 1 r min 甚至 0 1 r min 下平穩(wěn)運轉 過載能力強 動態(tài)響應好 由于大慣量直流電動機的轉子有槽 熱容量大 同時 采用了冷卻措施后 提高了散熱能力 因此可以過載運行 30 分鐘 另外 電動機的定 子采用矯頑力很高的鐵氧體永磁材料 可使電動機過載 10 倍而不會去磁 這就顯著地 提高了電動機的瞬間加速力矩 改善了動態(tài)響應 加減速特性好 調(diào)速范圍寬 這種電動機機械特性和調(diào)速特性的線性度好 所以調(diào)速范圍寬而運 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 14 轉平穩(wěn) 一般調(diào)速范圍可達 1 10000 以上 大慣量直流電動機盡管有上述優(yōu)點 但仍有不如其它驅(qū)動元件的地方 如運行調(diào) 整不如步進電動機簡便 快速響應性能不如小慣量電動機 這種驅(qū)動系統(tǒng)可直接接有 高精度檢測元件 如一些測量轉速和轉角等檢測元件 實現(xiàn)半閉壞 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的 精確定位 2 西門子 1FK7 HI 在現(xiàn)代化機械設備和系統(tǒng)設計過程中 運動功能越來越多樣 越來越復雜 因此 電機必須滿足各種不同的應用需求 對于一般的低精度和低動態(tài)響應要求的應用狀況 標準的感應電機就能夠滿足需求 而特別優(yōu)化設計的同步電機能更好的實現(xiàn)運動控制 的要求 1FK7 系列伺服電機 是西門子針對運動控制應用而設計的 覆蓋主要應用功 率范圍段的同步電機 超高動態(tài)響應性 高過載能力 緊湊的結構設計 高質(zhì)量穩(wěn)定 性 長壽命 以及方便的安裝調(diào)試性是這一系列電機的標志特性 力矩范圍從0 18 到 48Nm 1FK7 電機是應用簡便和高性價比運動控制應用的首選 1FK7 HI大慣量型電機 對比緊湊型電機 它擁有更高的轉子轉動慣量 在驅(qū)動大 慣量負載使時 特別增大的轉子轉動慣量能夠提供一個穩(wěn)定的動態(tài)響應 當使用大慣 量電機作為進給軸的驅(qū)動時 即使負載轉動慣量大 或者是可變轉動慣量 控制器的 默認設置就能夠確保實現(xiàn)良好的工件表面質(zhì)量 例如 機床進給軸負載的轉動慣量大或者轉動慣量可變的情況 大慣量電機包括6 個規(guī)格3 種軸高 力矩范圍從3 到20Nm 額定轉速最大可達6000rpm 二 光柵尺 圖 3 2 光柵尺實物圖 LIDA 279 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 15 1 光柵尺 光柵尺也稱為光柵尺位移傳感器 光柵尺傳感器 是利用光柵的光學原理工作的 測量反饋裝置 光柵尺經(jīng)常應用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中 可用作直線位移或者 角位移的檢測 其測量輸出的信號為數(shù)字脈沖 具有檢測范圍大 檢測精度高 響應 速度快的特點 例如 在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標進行檢測 來觀察和 跟蹤走刀誤差 以起到一個補償?shù)毒叩倪\動誤差的作用 2 海德漢直線光柵尺 LIDA 279 直線光柵尺測量直線軸位置時不存在任何 附加的機械傳動元件 因此 它能消除 以 下潛在誤差源 由于滾珠絲杠溫度特性導致的位置誤差 反向誤差 滾珠絲杠 螺距誤差導致的運動特性誤差 因此 直線光柵尺已成為高精度定位和高 速加工不可 或缺的必備條件 敞開式直線光柵尺設計用于需要高精度測 量的機床和系統(tǒng) 典型 應用包括 半導體工業(yè)的測量和生產(chǎn)設備 PCB 電路板組裝機 超精密機床 例如加 工光學元件的金剛 石刀具車床 加工磁盤的端面車床和加 工鐵氧體元件的磨床 高 精度機床 測量機和比較儀 測量顯微鏡和其它精 密測量設備 直接驅(qū)動 機械結 構 敞開式直線光柵尺包括光柵尺或鋼帶光柵 尺和掃描頭 光柵尺和掃描頭間無 機械 接觸 敞開式直線光柵尺的長光柵直接固定在安 裝面上 安裝面的平面度直 接影響直線光 柵尺精度 圖 3 3 海德漢直線光柵尺 LIDA 279 詳細參數(shù) 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 16 三 PLC 控制器 圖 3 4 三菱 FX1N 40MT 001 實物圖 圖 3 5 三菱 FX1N 40MT 001 示意圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 17 1 簡單介紹 FX1N 系列是功能很強大的微 PLC 可擴展到多達 128 I O 點 并且能增加特殊功 能模塊或擴展板 通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項使得 FX1N 在體積 通信和特殊功能模塊等 重要的應用方面非常完美 2 定位和脈沖輸出功能 一個 PLC 單元能同時輸出 2 點 100KHz 脈沖 PLC 配備有 7 條特殊的定位指令 包 括零返回 絕對位置讀出 絕對或相對驅(qū)動以及特殊脈沖輸出控制 3 其它功能 表 3 1FX1N 40MT 001 功能 內(nèi)置式24V 直流 電源 24V 400mA 直流電源可用于外圍設備 如傳感器或其它元件 時鐘功能和小 時表功能 在所有的 FX1N PLC 中都有實時時鐘標準 時間設置和比較指 令易于操作 小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信 息 持續(xù)掃描功能 為應用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期 輸入濾波器調(diào) 節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整輸入信號 在基本單元中 x000到 x017 元件注解記錄 功能 元件注解可以記錄在程序寄存器中 在線程序編輯 在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 18 4 FX1N 性能規(guī)格 表 3 2FX1N 40MT 001 性能指標 項目 規(guī)格 備注 運轉控制方式 通過儲存的程序周期運轉 I O 控制方法 批處理方法 當執(zhí)行 END指令時 I O 指令可以刷新 基本指令 0 55至0 7 s運轉處理時間 應用指令 3 7至幾百 s 編程語言 邏輯梯形圖和指令清單 使用步進梯形圖能生成 SFC 類型程序 程序容量 內(nèi)置8K 步 EEPROM 存儲盒 FX1n EEPROM 8L 可選 指令數(shù)目 基本順序指令 27 最大可用177條應用指令 包括 所有的變化 I O 配置 最大硬體1 0配置點128 依賴于用戶的選擇 最大軟件可設定 地址輸入128 輸出 128 100 毫秒 范圍 0至3276 7秒200點 T0至 T199 10毫 秒 范圍 0至327 67秒46點 T200至 T245定時器 T 1毫 秒 范圍 0 001至32 767秒4 點 T246至 T249 RUN STO 開 關 面板上運行 停止開關易于操作 遠程維護 遠處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測 上載或卸載 程序和數(shù)據(jù) 密碼保護 使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 19 C0至 C15 一般 范圍 0至32767數(shù)16點 類型 16位上計數(shù)器 C16至 C199 類型 16位上計數(shù)器 計數(shù) 器 C 鎖定 184點 子系統(tǒng) 類型 32位雙向計數(shù)器 高速 計數(shù)器 范圍 2147483648至 2147483647數(shù) C 單相 選擇多達4個單相計數(shù)器 組合計數(shù)頻率不大于 C235至 C238 4點 單相 c w 起始 5KHz C241 C242和 C244 停止 輸入 或選擇一個雙相或 A B 相 計數(shù)器 組合計數(shù)頻率不大 3點 數(shù)據(jù) 寄存器 D0至 D127 D 一般 128點 類型 32位元件的16位數(shù)據(jù)存 儲寄存器 D128至 D7999 鎖定 7872點 類型 32位元件的16位數(shù)據(jù)存 儲寄存器 D1000至 D7999通過3塊500程式 步的參數(shù)設置 文件 7000點 類型 16位數(shù)據(jù)存儲寄存器 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 20 外部 調(diào)節(jié) 范圍 0至255 2點 數(shù)據(jù)從外部設置電位器移到寄 存器 D8030和8031 指標 P 用于 CALL 128點 P0至 P127 用于 中斷 6點 100 至130 上升觸發(fā) 1 下降觸發(fā) 0 16位 32768至 32768十進 位 K 32位 2147483648至 2147483647 16位 0000至 FFFF常數(shù) 十六 進位 H 32位 00000000至 FFFFFFFF 四 轉速感應器 圖 3 6 轉速傳感器 YHDNJ 2 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 21 1 速度傳感器 轉速傳感器由磁敏電阻作感應元件 是新型的轉速傳感器 核心部件是采用磁敏 電阻作為檢測的元件 再經(jīng)過全新的信號處理電路令噪聲降低 功能更完善 通過與其 它類型齒轉速傳感器的輸出波形對比 所測到轉速的誤差極小以及線性特性具有很好 的一致性 感應對象為磁性材料或?qū)Т挪牧?如磁鋼 鐵和電工鋼等 當被測體上帶有 凸起 或凹陷 的磁性或?qū)Т挪牧?隨著被測物體轉動時 傳感器輸出與旋轉頻率相 關的脈沖信號 2 轉速傳感器 YHDNJ 2 YHDNJ 2型轉速傳感器采用現(xiàn)場總線設計技術 先進實用的設備組網(wǎng)功能 能夠使 產(chǎn)品適用于更加廣泛的工業(yè)現(xiàn)場 能夠使轉速檢測快速 便捷的在各類工業(yè)控制測量 系統(tǒng)中得以實現(xiàn) 廣泛應用于數(shù)控車床 航空 航天 汽車 鋼鐵 紡織等諸多行業(yè) 使用戶對轉速的數(shù)據(jù)檢測輕松實現(xiàn)網(wǎng)絡化測試和傳輸 表3 3YHDNJ 2工作指標 供電電源 12VDC 電流 0 3A 使用環(huán)境 溫 度 20 50 濕 度 90 RH 大氣壓 90 106KPa 過載能力 150 F S 不準確度 0 1 0 5 F S 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 22 四 數(shù)控車床進給系統(tǒng)的電氣控制 一 電氣原理 1 電氣接線 圖 4 1 電氣原理接線圖 2 橫向進給 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 23 圖 4 2 X 軸實物控制圖 3 縱向進給 圖 4 3Y 軸實物控制圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 24 4 電源控制 圖 4 4 電源控制圖 該電路圖左邊接兩個伺服電機 M1 M2 右邊是將通過變壓器將 380V 的電流變?yōu)?220V 24V 12V 5V 的電流 再通過兩個整流器將交流電變?yōu)橹绷麟?供給 M1 M2 電 機 PLC 控制器 轉速傳感器以及光柵尺 5 工作流程 1 進給速度控制流程圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 25 圖 4 5 進給速度控制流程圖 2 進給位置控制流程圖 圖 4 6 進給位置控制流程圖 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 26 五 數(shù)控車床進給系統(tǒng)的調(diào)試 一 電機調(diào)試 1 電機調(diào)試過程 將已經(jīng)寫好的程序下載到 PLC 模塊中 運行 PLC 將 PLC 參數(shù)送給轉速傳感器 傳 感器進行速度反饋 進而控制電機的轉速 然后用同軸編碼器 講速度信號改變成脈 沖信號 送回個 PLC 的 I0 1 輸入端 PLC 中的高速計數(shù)器探測到脈沖信號后 與給定 值進行比較 如果測得的脈沖信號大于給定的脈沖信號 那么電機將減速 反饋的脈 沖信號減小 高速計數(shù)器再次探得信號與給定值比較轉速將上升 直至輸出一個穩(wěn)定 的轉速 如果測得的脈沖信號小于個給定的脈沖信號 那么用它們的差值減去減速時 候的脈沖信號 倘若結果為正 電機則輸出設定的值 倘若結果為負 則電機轉速將 下降 反饋信號將減小 同理使得轉速回升 直至一個穩(wěn)定的速度 二 系統(tǒng)調(diào)試 1 數(shù)控車床的系統(tǒng)調(diào)試方法 調(diào)試的時候主要看看機床的基本性能是否有問題 因為機床經(jīng)過改裝時從新組建 的 可能會有不合適的地方 具體調(diào)試的有 轉速 刀架進給 速度是否正常 電機 聲音是否正常 超程報警是否安裝合理 機床是否可以及時報警 還有就是試車 車 一下外圓看看工件大小頭 車一下端面看看勾撇 再有就是車螺紋看看螺距是否正確 檢測的時候還要看看刀架的重復定位是否準確 參數(shù)根據(jù)需要時需要改動的 作為調(diào) 試員應該具有修改參數(shù)的技術 2 數(shù)控車床進給系統(tǒng)的調(diào)試 車床改造完畢后 進行了 X 軸電機正反轉測試 Y 軸電機正反轉測試 直線光柵尺 測試 PLC 控制速度傳感器的測試 結果電機正反轉正常 通過 PLC 控制變速正常 光 柵尺的測試也正常 經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試 證明本次設計合理 成功 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 27 六 結 論 本次設計的是數(shù)控車床進給變速控制電路設計 并對其進行一系列的校核 各項 性能指標完全滿足要求 說明設計的結構是合理的 選擇軸承和電機 并設計了床身 由于專業(yè)知識的限制 無法對復雜的數(shù)控系統(tǒng)進行設計 但是 通過選擇合適的數(shù)控 系統(tǒng) 對數(shù)控原理有了一定的了解 并掌握了數(shù)控系統(tǒng)的一些連接方法 最后完成了 進給變速控制電路設計 對程序的代碼加深了印象 并對現(xiàn)代數(shù)控編程增進了了解 進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機床機械傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié) 是數(shù)控機床的重要 組成部分 它包含機械 電子 電機 早期產(chǎn)品還包含液壓 等各種部件 并涉及到強 電與弱電控制 是一個比較復雜的控制系統(tǒng) 要使它成為一個既能使各部件互相配合 協(xié)調(diào)工作 又能滿足相當高的技術性能指標的控制系統(tǒng) 的確是一個相當復雜的任務 提高伺服系統(tǒng)的技術性能和可靠性 對于數(shù)控機床具有重大意義 研究與開發(fā)高性能 的伺服系統(tǒng)一直是現(xiàn)代數(shù)控機床的關鍵技術之一 數(shù)控機床是促進國民經(jīng)濟發(fā)展的巨大源動力 它給機械制造業(yè)帶來了高倍率的效 益增長和現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式 隨著數(shù)控技術的發(fā)展 高品質(zhì) 高可靠性 高性價比的 CNC 系統(tǒng)具有豐富的功能 為數(shù)控技術的發(fā)展提供了充足的物質(zhì)技術條件 同時 也給 數(shù)控機床的機械結構提出了更高的要求 因此 研究一臺數(shù)控車床對現(xiàn)代加工具有重 要的意義 數(shù)控車床具有結構簡單 價格便宜 故障率低 維修簡單方便 效率高 操作編 程簡單等諸多優(yōu)點 所以數(shù)控車床在很多加工行業(yè)都會成為應用的主體 隨著數(shù)控技 術和機床行業(yè)的發(fā)展 數(shù)控車床將有著廣闊的發(fā)展前景 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 28 致 謝 首先感謝我的指導老師 本論文是在老師的指導下和同學們的幫助下修改完成的 在此 我要向他們的細心幫助和指導表示由衷的感謝 在這段時間里 我從他們身上 不僅學到了許多的專業(yè)知識 更感受到他們工作中的兢兢業(yè)業(yè) 生活中的平易近人 此外 他們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學習 非常感謝大家在我的畢業(yè)設計中 給予我極大的幫助 使我對整個畢業(yè)設計的思 路有了總體的把握 并耐心的幫我解決了許多實際問題 使我有了很大的收獲 同時 他們在整個開發(fā)過程中提出了許多建設性意見 并給我解決了一些專業(yè)性問題 感謝多年來傳授我知識的老師們 更要感謝那些對我學習上支持和鼓勵的人 同 時感謝所有關心幫助過我的同學 老師和學校 總之 在以后的學習生活中我將以加倍的努力對給予我?guī)椭膶W校 老師及同學 們的回報 中國地質(zhì)大學 武漢 遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)設計 論文 29 參考文獻 1 王愛玲 現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng) M 北京 國防工業(yè)出版社 2002 1 2 師鴻飛等 我國數(shù)控車床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 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