數(shù)控銑床PLC控制系統(tǒng).doc

1第1章前言數(shù)控銑床由機(jī)械部分和電氣部分組成，兩者緊密結(jié)合起來(lái)從而達(dá)到人們所需要的東西。其中機(jī)械部分包括底座，支架，三軸導(dǎo)軌以及外部板金組成，它是電氣部分的控制對(duì)象，而電氣部分是機(jī)械部分的動(dòng)力而后實(shí)現(xiàn)手段，兩者是按照各自的性質(zhì)以及人們的需要而相互匹配而成的，而機(jī)械部分是又人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)某一功能目的而設(shè)計(jì)的，電控部分是人們根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的機(jī)械原件而對(duì)此進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的匹配，從性能，效率，質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮而實(shí)現(xiàn)的一個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)！一臺(tái)數(shù)控機(jī)床由以下部分組成X軸馬達(dá)1個(gè)Y軸馬達(dá)1個(gè)Z軸馬達(dá)1個(gè)主軸馬達(dá)1個(gè)X軸伺服器1個(gè)Y軸伺服器1個(gè)Z軸伺服器1個(gè)主軸伺服器1個(gè)主機(jī)1個(gè)顯示器1塊操作面板1塊打油器1個(gè)冷卻機(jī)1臺(tái)空氣過(guò)濾器1個(gè)三十千瓦變壓器1臺(tái)九百瓦變壓器1個(gè)24伏直流穩(wěn)壓器2個(gè)I/O板1塊2PCB板1個(gè)行程開(kāi)關(guān)3個(gè)熱交換器1個(gè)電磁閥1套總電源開(kāi)關(guān)1個(gè)接觸器6個(gè)熱繼電器3個(gè)打刀汽缸1個(gè)繼電器多個(gè)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床由上面的各部分合理的安裝在機(jī)床支架的各個(gè)位置。其中馬達(dá)，伺服器以及變壓器的各自電壓電流一定要相互匹配。本課程設(shè)計(jì)的思路是將各部分的主線路按照某以要求先連接起來(lái)，再根據(jù)主線路之間的特點(diǎn)和關(guān)系以及各組成部分的連接和制約與工作的要求，合理準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)出控制線路的梯形圖，然后根據(jù)所編的梯形圖寫(xiě)出指令表（或者在PLC軟件上將梯形圖直接轉(zhuǎn)化為指令表）。計(jì)算輸入輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)，從而確定選擇所用PLC的型號(hào)，最后畫(huà)出PLC的外部接線圖。從功能上分，可以分為機(jī)械部分，電控部分，伺服部分以及冷卻機(jī)部分，下面分別介紹。1.1機(jī)械部分?jǐn)?shù)控機(jī)床是一種高精密機(jī)器，它對(duì)機(jī)械部分要求非常嚴(yán)格，所以每一道工序必須確保在一定的精度范圍內(nèi)，機(jī)械部分包括支架，底座，工作臺(tái)，三軸導(dǎo)軌防護(hù)擋板，控制箱以及配電盤(pán)，其中三軸導(dǎo)軌，工作臺(tái)，主軸部分是機(jī)械部分以及整個(gè)銑床中工藝要求最高的部分，它要求X，Y，Z三軸導(dǎo)軌，要求相互垂直，且端面要求非常平滑，確保精度，減少摩擦。主軸夾刀的地方與加工工件直接相連，對(duì)其工藝要求更加高。由于機(jī)械部分容易發(fā)生彈性形變一般用肉眼是看不出來(lái)的。但對(duì)于要求如此高精度的機(jī)床來(lái)說(shuō)這樣的形變是不允許的，所以必須考慮用彈性形變非常小的鋼制材料來(lái)做其導(dǎo)軌及工作臺(tái)，且保證底座水平。1.2電控部分電氣部分是為機(jī)械部分提供動(dòng)力并保障其安全，高效，穩(wěn)定及準(zhǔn)確可靠運(yùn)行，3此部分如同人體中的血液循環(huán)系統(tǒng)，為機(jī)械部分的正常運(yùn)行提供了能源和保障。電控部分包括輸入系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)以及冷卻部分組成，沒(méi)一個(gè)部分都相互影響和制約，它們通過(guò)I/O接口以及主機(jī)集成器伺服器相互傳遞信息。下面分別介紹。1.2.1輸入系統(tǒng)輸入系統(tǒng)為直接給機(jī)床發(fā)出指令的系統(tǒng)，由它來(lái)直接控制各組成部分的運(yùn)動(dòng)，它所輸入的信息通過(guò)I/O口來(lái)轉(zhuǎn)換信號(hào)，再將其傳送到主機(jī)里面，主機(jī)對(duì)傳誦過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和處理，再傳送到里面的執(zhí)行控制程序PLC硬件中，PLC梯形圖軟件發(fā)出執(zhí)行命令，再通過(guò)主機(jī)和I/O接口反饋給各個(gè)輸出部分，從而實(shí)現(xiàn)控制機(jī)床的目的，其中XYZ三軸馬達(dá)和主軸馬達(dá)精度要求極高，當(dāng)輸入的信息是控制XYZ三軸馬達(dá)和主軸馬達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這時(shí)候的主機(jī)和I/O接口的信號(hào)要經(jīng)過(guò)伺服放大器的精確處理后，在傳送給馬達(dá)信號(hào)。下面介紹一下數(shù)控機(jī)床的輸入按扭：POWERON電源開(kāi)POWEROFF電源關(guān)顯示器界面MONTIONTOOLPARMEDITMDIDIAGNIN/OUTSFG/FO英文字母按扭OaNbGcXuYvEwFdLqHiMcJsRkNp數(shù)字鍵按扭1234567890分號(hào)鍵EOB刪除鍵DELETE大小寫(xiě)英文字母轉(zhuǎn)換鍵SHIFT輸入鍵INPUT呼叫鍵CALL復(fù)位鍵RESET字節(jié)刪除鍵CAN程序啟動(dòng)按扭CYCLESTART程序停止按扭CYCLEHOLD手動(dòng)誤差補(bǔ)償ABS跳過(guò)此段程序BDT單節(jié)執(zhí)行OSPZ軸鎖定ZLK所有軸鎖定MLK在寸動(dòng)方式下運(yùn)行DRNMST代碼鎖定AFL單節(jié)執(zhí)行SBK4在門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下程序才能運(yùn)行DILK主軸定位ORCM工作燈LIGHT切削液馬達(dá)開(kāi)關(guān)COOLI外部吹氣BLOW在M30指令下過(guò)十秒自動(dòng)斷電主軸啟動(dòng)CW1主軸停轉(zhuǎn)STOP1刀盤(pán)正轉(zhuǎn)CW2刀盤(pán)反轉(zhuǎn)CCW卷屑機(jī)正轉(zhuǎn)FOR卷屑機(jī)反轉(zhuǎn)BACK卷屑機(jī)停轉(zhuǎn)STOP1編輯方式EDIT電腦傳送模式DNC記憶模式AUTO手掄方式HANDLE寸動(dòng)模式JOG快速給進(jìn)模式PAPIN回歸原點(diǎn)ZRN上面介紹的即為數(shù)控銑床的輸入開(kāi)關(guān)以及其功能的介紹，我們加工工件都是通過(guò)上面的輸入按扭來(lái)實(shí)現(xiàn)編程的。1.2.2伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)既為反饋輸出信號(hào)并將其輸入信號(hào)放大的一種集成電路，它為三相交流異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)提供準(zhǔn)確的信息和高質(zhì)量的動(dòng)力。它屬于一種閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，所以它的好壞將直接影響著整個(gè)數(shù)控銑床的精度，因?yàn)殚_(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性比較軟，當(dāng)負(fù)載改變比較大時(shí)，其電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)有很大的改變，所以它無(wú)法滿足如此高精度的場(chǎng)合，而閉環(huán)系統(tǒng)恰好克服了這一定，具有很強(qiáng)的機(jī)械特性，即使負(fù)載有較大的波動(dòng)，它依然可以維持正常的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。而在閉環(huán)系統(tǒng)中，我們?yōu)榱颂岣邫C(jī)械硬特性，通常采用擴(kuò)大調(diào)速范圍和減小靜差率的方法來(lái)實(shí)行。1.2.3冷卻系統(tǒng)由于在加工工件時(shí)主軸要與工件直接接觸，所以機(jī)械之間的摩擦必然會(huì)產(chǎn)生熱量，這樣很容易使主軸的溫度過(guò)高，從而有可能導(dǎo)致帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而燒毀，即使是不燒毀電動(dòng)機(jī)也很可能會(huì)影響到機(jī)床加工工件的精度，所以在這里我們專(zhuān)門(mén)要為主軸準(zhǔn)備一條冷卻系統(tǒng)，以保證整臺(tái)機(jī)床安全高效的運(yùn)行。冷卻系統(tǒng)即為一臺(tái)冷卻機(jī)為為主軸源源不斷的提供一定溫度的冷卻油的一套系統(tǒng)，它的工作原理和我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫目照{(diào)原理是一樣的道理，也就是一臺(tái)制冷設(shè)備將冷卻油先制冷，再用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)將冷卻過(guò)的油抽入到主軸里面，而主軸里5面用過(guò)的油由于重力勢(shì)能和空氣的壓力又回歸到冷卻機(jī)中從新制冷，從而達(dá)到循環(huán)利用的目的！在冷卻系統(tǒng)中一共有三個(gè)傳感器來(lái)控制冷卻機(jī)的正常運(yùn)行，這三個(gè)傳感器分別是壓力傳感器，溫度傳感器以及液面?zhèn)鞲衅鳎?dāng)他們分別檢測(cè)到溫度，壓力和液面在正常范圍內(nèi)時(shí)才會(huì)發(fā)出正常的運(yùn)行指令，而當(dāng)其中的任何一個(gè)值不在正常范圍內(nèi)時(shí)則會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，冷卻機(jī)此時(shí)無(wú)法正常工作，待到所有值恢復(fù)正常時(shí)冷卻機(jī)才會(huì)重新工作！6第2章數(shù)控銑床電氣線路圖電氣線路圖是數(shù)控機(jī)床能源動(dòng)力和外部執(zhí)行電氣的連接體，它在里面起著傳送能源動(dòng)力的作用。在數(shù)控機(jī)床中，我們一共用到了五種不同的電壓，它包括AC380V，AC220V，AC110V，AC18V以及DC24V等五種電壓等級(jí)。電路走向是這樣子的，首先由380伏的交流電接入30千瓦的變壓器，通過(guò)變壓后流出來(lái)的是三相220伏的交流電，這時(shí)候的電能一部分提供給伺服器放大器以及打油器和冷卻機(jī)等220V用電器，而另一部分輸送給了900瓦變壓器和24伏直流穩(wěn)壓器，其中傳送給900瓦變壓器的經(jīng)過(guò)變壓后輸出為110伏的交流電和18伏的交流電，AC110V電壓作為各個(gè)接觸器的線圈信號(hào)電壓，而18伏交流電通過(guò)橋式整流電路變成24伏的直流電，用此電壓來(lái)作為電磁閥、行程開(kāi)關(guān)、以及各種傳感器的信號(hào)。下面我們分別畫(huà)出進(jìn)線電壓分配圖，AC220V接用電器圖以及AC110V和DC24V混合電路圖。2.1AC380V進(jìn)線電壓分配圖工業(yè)電壓為AC380V，由此接到帶自動(dòng)斷電的總電源開(kāi)關(guān)上，再通過(guò)30千瓦變壓器變成220V的交流電，而220V的交流電其中的兩相又通過(guò)900瓦變壓器變成兩相110V的交流電和兩相18V的交流電。同時(shí)兩相220V交流電通過(guò)變壓，整流，平波以及穩(wěn)壓變成高穩(wěn)定輸出的24V直流電，此電源僅供給主機(jī)，I/O集成板和顯示器，因?yàn)樗麄冃枰哔|(zhì)量的電源供給。而由兩相AC220V變成兩相的AC18V將通過(guò)一個(gè)橋式整流電路將其變換成24伏的直流電壓，在這里24伏的直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定程度并不是很高，其穩(wěn)壓設(shè)備當(dāng)然也比較簡(jiǎn)單，它的穩(wěn)定性程度要比由220V電壓直接穩(wěn)壓出來(lái)的24伏直流電要低的多，所以它所供給的用電器對(duì)電壓的穩(wěn)定要求也不是很高，它一般給電磁閥、行程開(kāi)關(guān)以及各種傳感器提供電能。AC220伏的電壓的供給用電器流程圖由下一節(jié)進(jìn)行介紹。AC380V電壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)要連接與次電路相匹配的保險(xiǎn)絲，而且要注意的是，每每個(gè)用電器上面都要與地線相連接下圖為380V電壓變壓分配圖7123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-May-2006SheetofFile:H:piBACKUP25.DDBDrawnBy:F220V380V18VC1C2Vin1GND2Vout31234VCC118V110VFR圖2-1380V電壓變壓分配圖2.2220V電壓分配圖AC220V電路是是電路中的核心電路部分，它是由三相380V的交流通過(guò)降壓變壓器變成機(jī)床所需要的220V三相交流電。它的主要功率輸出到伺服放大器上面，從而驅(qū)動(dòng)各軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，而一小部分功率經(jīng)過(guò)兩相降壓變壓器得到兩相的110V電壓和兩相的18V電壓，還有一部分220V交流電輸送給熱交換器，打油器，冷卻機(jī)，24V直流穩(wěn)壓器等機(jī)床的保障電器。AC220V電源輸出給伺服放大器的動(dòng)力信號(hào)是主機(jī)最終給定的，它的基本傳輸方向是由外部輸入給定信號(hào)，將此信號(hào)傳送到I/O集成塊進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，再傳送到主機(jī)里面進(jìn)行識(shí)別和判斷，主機(jī)一經(jīng)確定其信號(hào)是可執(zhí)行的，就給伺服反大器發(fā)出執(zhí)行命令，最后由伺服放大器根據(jù)主機(jī)傳送過(guò)來(lái)的指令來(lái)準(zhǔn)確驅(qū)動(dòng)各軸電動(dòng)機(jī)的精確運(yùn)行，同時(shí)相關(guān)保證電路也同時(shí)運(yùn)行。下圖為AC220V用電器分配圖及伺服電路。8主電機(jī)伺服器X軸伺服器Y軸伺服器Z軸伺服器M1M4M2M3熱支換器注油器冷卻機(jī)24V穩(wěn)壓電源220V信號(hào)反饋信號(hào)反饋信號(hào)反饋信號(hào)反饋編碼器編碼器編碼器編碼器I/O接口主機(jī)圖22AC220V用電器分配圖及伺服電路2.3AC110V電路分配圖AC110V電壓的得到過(guò)程我們已經(jīng)知道是經(jīng)AC380V變成AC220V，再由AC220V經(jīng)過(guò)變壓而得到的。在數(shù)控銑床中，AC110V電壓主要是作為接觸器的線圈信號(hào)，由它來(lái)控制數(shù)控機(jī)床上的刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和停止以及DC24V的輸出導(dǎo)通開(kāi)關(guān)，此外警示燈電源線也是用AC110V電源。主機(jī)、I/O集成塊以及操作面板顯示器在總電源開(kāi)啟后是不得電的，它的得電控制信號(hào)是通過(guò)AC110V給繼電器線圈通電，使繼電器開(kāi)關(guān)得電的情況下而導(dǎo)通的。由此我們可以得到AC110V的電源走勢(shì)圖。下圖即為AC110V電源走勢(shì)圖。9PCB24V直流穩(wěn)壓電源ARMCWARMCCWMAGCWMAGCCWSB1SB2UN+UI+行程開(kāi)關(guān)油路傳感器氣壓傳感器KM1KM1KA1FR1FR2AC110AC0V圖23AC110V電源走勢(shì)圖分配情況上面分別介紹的AC380V的電源電壓變壓過(guò)程，AC220V電源電壓的輸出以及AC110