數(shù)控畢業(yè)設(shè)計(jì)華數(shù)控8型銑床電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)1

1、包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 華數(shù)控8型銑床電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 專 業(yè) 數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù) 學(xué)生姓名 王文兵 王帥 班 級(jí) 811832 學(xué) 號(hào) 07 指導(dǎo)教師 盧燕林 完成日期 摘 要數(shù)控鉆銑床是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的部分，可以高速、精確的切削零件。本文就對(duì)鉆銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制和數(shù)控三部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，基本可以滿足鉆銑床的運(yùn)行。本系統(tǒng)采用的數(shù)控裝置集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式plc接口、遠(yuǎn)程i/o板接口于一體，支持硬盤、電子盤等程序存儲(chǔ)方式以及軟驅(qū)、dnc、以太網(wǎng)等程序交換功能，具有高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高的特點(diǎn)。詳細(xì)給出了主/控制回路圖及一些元件的選

2、擇。 關(guān)鍵字：數(shù)控裝置 plc 主/控制回路 目 錄第一章 緒論-11.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史-11.2數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀-21.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和用途-2 1.4 plc相關(guān)技術(shù)的發(fā)展入應(yīng)用領(lǐng)域-3 1.4.1 plc技術(shù)簡(jiǎn)介-3 1.4.2 plc的基本結(jié)構(gòu)-3 1.4.3 plc應(yīng)用領(lǐng)域-4第二章 電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)-5 2.1綜合連線-5 2.2功能描述-8 2.2.1數(shù)控裝置-8 2.2.2ipc單元-12 2.2.3usp開關(guān)電源-12 2.2.4總線式i/o單元-13 2.2.4.1通訊子模塊及接口-15 2.2.4.2開關(guān)量輸入/輸出子模塊功能及接口-16 2.2.4.3模擬量輸入/輸出

3、子模塊功能及接口-17 2.2.4.4軸控制子模塊功能及接口-18 2.3.3手持單元選件-18 2.3供電與接地-19 2.3.1數(shù)控裝置的電源接口-19 2.3.2供電要求-20 2.3.3接地-21 2.4數(shù)控裝置與外部計(jì)算機(jī)的連接-22 2.4.1通過rs232接口與外部計(jì)算機(jī)連接-22 2.5數(shù)控裝置與總線式伺服驅(qū)動(dòng)單元的連接-23 2.6數(shù)控裝置與總線式i/o單元的連接-23第三章 典型設(shè)計(jì)舉例-24 3.1數(shù)控系統(tǒng)的典型連接 -24 3.2數(shù)控系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)概述-24 3.3數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例-25 3.3.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介-26 3.3.2總體框圖-27 3.3.3輸入輸出開關(guān)量的定義-

4、29 3.3.4電器原理圖簡(jiǎn)介-31 3.3.4.1電源部分-31 3.3.4.2繼電器的輸入輸出開關(guān)量-32第四章 伺服電機(jī)的選擇計(jì)算-37 4.1伺服電機(jī)的選擇計(jì)算-37 4.2慣量匹配計(jì)算-37第五章 數(shù)控機(jī)床電氣柜電裝工藝設(shè)計(jì)-40 5.1設(shè)計(jì)電氣柜的注意事-41 5.2電氣柜空間布局及電氣元件的安裝走線-41第六章 參考文獻(xiàn)-42 第一章 緒論1.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史： 1949年帕森斯公司正式接受美國(guó)空軍委托，在麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的協(xié)助下，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過三年時(shí)間的研究，于1952年試制成功世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐

5、標(biāo)連續(xù)控制銑床，這便是數(shù)控機(jī)床的第一代。 1953年，美國(guó)空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，開始從事計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的研究。這就是apt自動(dòng)編程的開始。 1958年美國(guó)克耐·杜列克公司在世界上首先研制成功了帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為“加工中心”。 1959年，計(jì)算機(jī)行業(yè)研制出晶體管元器件，因而數(shù)控裝置中廣泛采用晶體管和印制電路板，從而跨入第二代數(shù)控時(shí)代。 1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模的集成電路。由于它體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，標(biāo)志數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格急劇下降。小型計(jì)算機(jī)開始取代專用數(shù)控計(jì)算機(jī)，數(shù)控的許多功能由軟件程序?qū)崿F(xiàn)。這樣組成

6、的數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（cnc）。1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，首次展出了這種系統(tǒng)，稱為第四代數(shù)控。 1974年美國(guó)、日本等國(guó)首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)。近20年來，微處理器數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床得到了飛速發(fā)展的廣泛應(yīng)用，這就是第五代數(shù)控系統(tǒng)。1.2數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀： 數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代的cad/cam、fms、cims等，都是建立在數(shù)控技術(shù)之上，離開了數(shù)控技術(shù)，先進(jìn)制造技術(shù)就成了無本之木。同時(shí)，數(shù)控技術(shù)關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略地位，是體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其水平高低是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)

7、過程數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國(guó)家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。我國(guó)進(jìn)口的數(shù)控系統(tǒng)基本為德國(guó)西門子（simens）和日本法那克（fanuc）兩家公司所壟斷，這兩家公司在世界市場(chǎng)的占有率超過。1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和用途：（1） 具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和通用性數(shù)控機(jī)床的加工對(duì)象改變時(shí)，只需要新編制相應(yīng)的程序，輸入計(jì)算機(jī)就可以自動(dòng)地加工出新的工件。同類工件系列中不同尺寸、不同精度的工件，只需要局部修改或增刪零件程序的相應(yīng)部分。隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的柔性也在不斷擴(kuò)展，逐步向多工序集中加工方

8、向發(fā)展。（2） 獲得更高的加工精度和穩(wěn)定的加工質(zhì)量數(shù)控機(jī)床是按以數(shù)字形式給出的指令脈沖進(jìn)行加工。目前增量值普遍到達(dá)了0.001mm。進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠導(dǎo)程誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，所以可獲得較高的加工精度。（3） 具有較高的生產(chǎn)率數(shù)控機(jī)床不需人工操作，四面都有防護(hù)罩，不用擔(dān)心切削飛濺傷人，可以充分發(fā)揮刀具的切削性能。因此，數(shù)控機(jī)床的功率的剛度都比普遍機(jī)床性能高，允許進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削。這有效地縮短了切削時(shí)間。（4） 改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率應(yīng)用數(shù)控機(jī)床時(shí)，工人不需直接操作機(jī)床，而是編好程序調(diào)整好機(jī)床后由數(shù)控系統(tǒng)來控制機(jī)床，免除了繁重的手工操作。一人能管理幾臺(tái)機(jī)床，提高了勞

9、動(dòng)生產(chǎn)率。當(dāng)然，對(duì)工人的文化技術(shù)要求也提高了。數(shù)控機(jī)床的操作者，既是體力勞動(dòng)者，也是腦力勞動(dòng)者。（5） 能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工普通機(jī)床難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)軌跡為二次以上的曲線或曲面的運(yùn)動(dòng)，如螺旋槳、氣輪機(jī)葉片之類的空間曲面。而數(shù)控機(jī)床由于采用了計(jì)算機(jī)插補(bǔ)技術(shù)和多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)幾乎是任意軌跡的運(yùn)動(dòng)和加工任何形狀的空間曲面，適用于各種復(fù)雜曲面的零件加工。（6） 便于現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理用計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化的重要手段。數(shù)控機(jī)床的切削條件、切削時(shí)間等都是由預(yù)先編好的程序決定，都能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化。這就便于準(zhǔn)確地編制生產(chǎn)計(jì)劃，為計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。數(shù)控機(jī)床適宜與計(jì)算機(jī)聯(lián)系，目前已成為計(jì)算

10、機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和計(jì)算機(jī)管理一體化的基礎(chǔ)。1.4plc相關(guān)技術(shù)的發(fā)展入應(yīng)用領(lǐng)域1.4.1 plc技術(shù)簡(jiǎn)介：隨著微處理器：計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)擴(kuò)展到幾乎所有領(lǐng)域。當(dāng)前用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)可分為幾類，例如，可編程序控制器，基于單片機(jī)的測(cè)控裝置，用于模擬量閉環(huán)控制的可編程序調(diào)節(jié)器，集散控制系統(tǒng)。plc由于應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，所以成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要設(shè)備之一，plc已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)化的控制系統(tǒng)中。1.4.2 plc的基本結(jié)構(gòu)plc主要由cpu模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。1、cpu模塊：cpu模塊主要由微處理器（cpu芯片）和

11、存儲(chǔ)器組成，在plc控制系統(tǒng)中，cpu模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，不斷地采集輸入信號(hào)執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。2、i/0模塊：輸入（input）模塊和輸出模塊簡(jiǎn)稱i/0模塊，它是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和cpu模塊的橋梁，輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)，開關(guān)量輸入模塊用來接收按鈕選擇開關(guān)、限位開關(guān)等。3、編程器：編程器用來生成用戶程序，并用它進(jìn)行編程修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況，使用編程軟件可以在主算機(jī)上直接生成編輯梯形圖或指令表程序，并可實(shí)現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換，程序被編譯后下載到plc，也可以將plc中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。4、電源:plc一般使用

12、ac220v電源或dc24v電源，內(nèi)部的開關(guān)為各模塊提供不同電壓等直流電源，小型plc可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供dc24v電源驅(qū)動(dòng)plc負(fù)載的直流電源一般用戶提供。1.4.3 plc應(yīng)用領(lǐng)域：在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，plc已經(jīng)廣泛地應(yīng)用所有的工業(yè)部門，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)有范圍不斷擴(kuò)大，如1、運(yùn)動(dòng)控制、金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯。2、閉環(huán)控制如：塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐以及輕工化工機(jī)械冶金電力。3、數(shù)據(jù)處理：可用于通信功能傳送到智能裝置或者將他們打印制表。4、通信聯(lián)網(wǎng)：plc與其它智能控制設(shè)備一起可以組成集中管理、分散控制的分布式控制系統(tǒng)。 第二章電氣系統(tǒng)控

13、制設(shè)計(jì)2.3.1選件：2.3.1.1數(shù)控裝置（選件）：本章簡(jiǎn)紹hnc-8系列數(shù)控裝置的接口功能及其與其它裝置、單元的連接于使用。2.1綜合接線 圖2.1.1所示為hnc-8系列數(shù)控裝置與其它裝置、單元連接的總體框圖圖2.1.1hnc-8系列a圖2 .1.1hnc-8a系列總體框圖 圖hnc-8b系列總體框圖x 圖hnc-8c系列總體框圖注： 如圖所示，hnc-8系列數(shù)控裝置采用ncuc工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，以串聯(lián)的方式通過ipc單元總線接口port0port3控制總線i/o單元、總線伺服驅(qū)動(dòng)單元等總線設(shè)備，最多支持128個(gè)設(shè)備。 hnc-8系列數(shù)控裝置采用ups電源（hpw-145u）供電，該電源具有

14、掉電檢測(cè)功能和ups功能。 hnc-8系列數(shù)控裝置僅在手持單元接口（xs8）中有少量plc輸入/輸出信號(hào)，因此，需要通過總線i/o單元擴(kuò)展外部plc輸入/輸出信號(hào)。 通過總線最多可擴(kuò)展16個(gè)總線i/o單元，其中hio-1000a型i/o單元可提供1個(gè)通訊子模塊和8個(gè)功能子模塊插槽；hio-1000b型i/o單元可提供1個(gè)通訊子模塊和5個(gè)功能子模塊插槽；功能子模塊包括開關(guān)量輸入/輸出子模塊/模擬量輸入/輸出子模塊、軸控制子模塊等。 hnc-8系列數(shù)控裝置的手持單元為選件配置；2.2功能描述2.2.1數(shù)控裝置 hnc-8系列目前包括a、b、c三個(gè)系列，其中： a系列為分體式結(jié)構(gòu)，采用8.4英寸彩色

15、液晶屏，分辨率為800*600；b系列為一體式結(jié)構(gòu)，采用10.4英寸彩色液晶屏，分辨率為800*600； c系列為分體式結(jié)構(gòu)，采用15英寸彩色液晶屏，分辨率為1024*768； 三個(gè)系列的最大控制軸為：80軸，最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)：9軸。接口如下：xs2：外接pc鍵盤接口；xs5：rs232串行接口；xs7：usb盤接口（usb2.0）xs6a、xs6b：ncuc總線接口； xs8：手持單元接口xs2：外接pc鍵盤接口； sx5：rs232串行接口； xs7：usb鍵盤接口（usb2.0）2.2.2ipc單元ipc單元是hnc-8系列數(shù)控裝置的核心控制單元，接口2.2.4所示。power：24v電源接

16、口；id sel：設(shè)備號(hào)選擇開關(guān)；port03：ncuc總線接口；usb0：外部usb1.1接口；rs232：內(nèi)部使用串行接口；vga：內(nèi)部使用視頻號(hào)接口；usb、usb2：內(nèi)部使用的usb2.0接口；lan：外部標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口。2.2.3usp開關(guān)電源usp開關(guān)電源（hpw-145u）是hnc-8系列數(shù)控系統(tǒng)所需的開關(guān)電源，該開關(guān)電源具有掉電檢測(cè)及usp功能。共有6路額定輸出電壓dc+24v，總額定輸出電流6a，額定功率145w，具有短路保護(hù)、過流保護(hù)。usp開關(guān)電源的接口示意圖及定義圖2.2.5所示。2.2.4總線i/o單元總線i/o單元特征簡(jiǎn)介： 通過總線最多可擴(kuò)展16個(gè)i/o單元； 采

17、用不同的底板子模塊可以組建兩種i/o單元，其中hio-1009型底板子模塊可可提供1個(gè)通訊子模塊插槽和8個(gè)功能子模塊插槽，組建i/o單元稱為hio-1000a型總線式i/o單元；hio-1006型底板子模塊可提供1個(gè)通訊子模塊插槽和5個(gè)功能子模塊插槽，組建i/o單元稱為hio-1000b型總線式i/o單元； 功能子模塊包括開關(guān)量輸入/輸出子模塊、模擬量輸入/輸出子模塊、軸控制子模塊等；開關(guān)量輸入/輸出子模塊-提供16路開關(guān)量輸入或輸出信號(hào)；模擬量輸入/輸出子模塊-提供4通道d/a信號(hào)；軸控制子模塊-提供2個(gè)軸控制接口，包括脈沖指令、模擬量指令和編碼器反饋接口； 關(guān)量輸入子模塊npn、pnp兩種

18、接口可選，輸出子模塊為npn接口，每個(gè)開關(guān)量均帶指示燈。 各子模塊名稱及信號(hào)如下表2.2所示 總線式i/o單元接口和各個(gè)子模塊接口（hio-1000a型和hio-1000b型）如圖2.2.6a2.2.6b所示。2.2.4.1通訊子模塊及接口 通訊子模塊（huo-1061）負(fù)責(zé)完成與hnc-8系列控制系統(tǒng)的通訊功能（x2a、x2b接口）并提供電源輸入接口（x1接口），外部開關(guān)電源輸出功率應(yīng)不小于50w。其功能及接口圖如圖2.2.6c所示。注意：由通訊子模塊引入的電源為總線式i/o單元的工作電源，該電源應(yīng)該與輸入/輸出子模塊及的外部電路（即plc電路，如無觸點(diǎn)開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器等）分別采用不同

19、的開關(guān)電源，后者稱plc電路電源；輸入/輸出子模塊gnd端子應(yīng)該與plc電路的電源地可靠連接；2.2.4.2 開關(guān)量輸入/輸出子模塊功能及接口 開關(guān)量輸入子模塊功能及相關(guān)接口 開關(guān)量輸入子模塊包括npn型（hio-1011n）和pnp型（hio-1011p）兩種，區(qū)別在于：npn型為低電平有效，pnp型為高電平（+24）有效，每個(gè)開關(guān)量輸入子模塊提供16路開關(guān)量信號(hào)輸入。開關(guān)量輸入接口xa、xb（灰色）定義如圖2.2.6d所示。 開關(guān)量輸出子模塊功能及接口 開關(guān)量輸出子模塊（hio-1021n）為npn型，有效輸出為低電平，否則輸出為高阻狀態(tài)，每個(gè)開關(guān)量輸出子模塊提供16路開關(guān)量信號(hào)輸出。開關(guān)

20、量輸出接口xa、xb（黑色）定義如圖2.2.6e所示。2.2.4.3模擬量輸入/輸出子模塊功能及接口 模擬量輸入/輸出（a/d-d/a）子模塊（hio-1073）負(fù)責(zé)完成機(jī)床到數(shù)控系統(tǒng)的a/d信號(hào)輸入和數(shù)控系統(tǒng)到機(jī)床的d/a信號(hào)輸出。每個(gè)a/d-d/a子模塊提供4通道12位差分/單端模擬量信號(hào)輸入和4通道12位差分/單端模擬信號(hào)輸出。a/d輸入接口xa：（綠色）；d/a輸出接口xb：（橙色）。其接口定義如圖2.2.6f所示。2.2.4.4 軸控制子模塊功能及接口 軸控制子模塊（hio-1041）可提供2路主軸模擬接口和2路脈沖式進(jìn)給軸接口。軸控制接口xa、xb：（26芯高密），其接口定義如圖2

21、.2.6fg所示。2.2.3 手持單元（選件）手持單元提供急停按鈕、使能按鈕、工作指示燈、坐標(biāo)選擇（off、x、y、z、4）、倍率選擇（x1、x10x100）及手搖脈沖發(fā)生器。手持單元僅有一個(gè)db25的接口，如圖2.2.7所示。 手持接口插頭連接到hnc-8系列數(shù)控裝置的手持控制接口xs8上。2.3 供電與接地2.3.1 數(shù)控裝置的電源接口 數(shù)控裝置電源接兩個(gè)：ipc單元電源接口和面板電源接口。采用amp的5芯電源插座：d-3100口有a-178295-2（彎）和d-3100s-1-178315-2(直),如圖2.3.1所示。2.3.2 供電要求電源容量：數(shù)控裝置（外部電源1）：dv24v，5

22、0w，具有ups功能和掉電檢測(cè)功能。總線式i/o單元（外部電源2）：dc24v，50w。plc電路（外部電源3）：dc24v，功率根據(jù)plc外接開關(guān)量的數(shù)量及plc有源器件確定。電源線：采用屏蔽電纜，屏蔽層覆蓋率不少于%80。外部電源1：采用hpw.145u開關(guān)電源的j4或j5電源輸出接口供電（具備usp和掉電功能檢測(cè)功能）。掉電檢測(cè)電路在異常掉電后通知系統(tǒng)啟動(dòng)相關(guān)保護(hù)操作，此時(shí)，ups功能能夠在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)給數(shù)控裝置供電，以便系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)保護(hù)操作，保存當(dāng)前數(shù)據(jù)；數(shù)控裝置不與其他外部設(shè)備共用此電源。外部電源2：采用hpw-145u開關(guān)電源的j2或j3電源輸出口供電。外部電源3：用普通開關(guān)電源

23、供電；電源地必須與總線式i/o單元輸入/輸出子模塊（hio-1011n、hio-1011p、hio-1021n）的gnd端子可靠連接外部電源1經(jīng)過數(shù)控裝置內(nèi)部開關(guān)電源變換后， 由xs8向手持單元上的元器件提供24v和dc5v電源； 由ipc單元的ncuc總線接口（port0port3）和hnc-8系列數(shù)控裝置面板上的ncuc總線接口xs6向外部提供dc24v電源（請(qǐng)勿超過12v）；其余的總線接口不提供dc24v電源。 ups開關(guān)電源能夠通過以上接口提供的電源容量最大為：dc24v，6a； 若超過上述容量，請(qǐng)?jiān)黾宇~外電源，同時(shí)斷開接口電纜內(nèi)通過相應(yīng)接口 供電的線路，而采用額外電源供電。 2.3.

24、3接地！為減少干擾，請(qǐng)采用截面積不少于2.5平方毫米的黃綠銅導(dǎo)線作為底線將數(shù)控裝置的機(jī)殼接地端子，與電柜及機(jī)床的保護(hù)地可靠連接。！輸入/輸出開關(guān)量控制或接收信號(hào)的元器件（如繼電器、按鈕燈、接近開關(guān)、霍爾開關(guān)）的供電電源應(yīng)該是單獨(dú)的，其供電電源的電源地必須與總線式i/o單元的輸入/輸出子模塊的gnd端子可靠連接。否則，數(shù)控裝置不能通過輸出開關(guān)量可靠的控制元器件，或從這些元器件接收信號(hào)。2.4數(shù)控裝置與外部計(jì)算機(jī)的連接2.4.1通過rs232接口與外部計(jì)算機(jī)連接2.4.2通過以太網(wǎng)接口與外部 可以通過以太網(wǎng)接口與外部計(jì)算機(jī)直接（見圖2.4.2），也可以通過hub（集線器）連入局域網(wǎng)，再與局域網(wǎng)上的

25、其他任何計(jì)算機(jī)連接（見圖2.4.3） 連接電纜請(qǐng)使用網(wǎng)絡(luò)專用電纜。 以太網(wǎng)接口插頭型號(hào)均為rj45。 直接連接： 通過hub（集線器）連接：2.5數(shù)控裝置與總線式伺服驅(qū)動(dòng)單元的連接采用ncuc總線，以串連的方式連接，如圖2.5.1所示。2.6數(shù)控裝置與總線式i/o單元的連接 采用ncuc總線，以串聯(lián)的方式連接，如圖2.6.1所示。 通過總線式i/o單元可以擴(kuò)展plc輸入/輸出接口、非總線式軸控制接口等。第三章 典型設(shè)計(jì)舉例摘要：本章介紹hnc-8系列數(shù)控裝置應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)。3.1數(shù)控系統(tǒng)的典型連接 hnc-8系列數(shù)控裝置與總線i/o單元、總線式伺服驅(qū)動(dòng)單元的典型連接，如圖3.1

26、.1所示。3.2數(shù)控系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)概述 hnc-8系列數(shù)控裝置應(yīng)用于不同數(shù)控機(jī)床，主要有兩方面的區(qū)別： 輸入輸出開關(guān)量之間的邏輯關(guān)系，即plc編程不同。 輸入輸出開關(guān)量的定義和電器設(shè)計(jì)不同。 輸入輸出開關(guān)量通常分兩類；連接在電柜內(nèi)部的開關(guān)量和連接到機(jī)床的開關(guān)量。在調(diào)試時(shí)，電柜調(diào)式和機(jī)電聯(lián)調(diào)一般是分別進(jìn)行的。3.3數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 3.3.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介機(jī)床：四標(biāo)銑床，x，y，z直線坐標(biāo)軸+a旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸（數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)）；控制柜結(jié)構(gòu)：強(qiáng)電控制柜+吊掛箱。主軸：主軸驅(qū)動(dòng)器，液壓換擋，分高速、低速兩檔。典型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要器件如表3.3.1所示。3.3.2總體框圖 圖3.3.1數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖3.3.3輸

27、入輸出開關(guān)量的定義 華中8型數(shù)控系統(tǒng)除手持單元接口提供少量i/o信號(hào)外，其余的i/o信號(hào)由總線式i/o單元提供；本例中需要hio-1000系類的輸入子模塊（hio-1011n）、輸出子模塊（hio-1021n）各一塊。具體如下表所示。 xs8（db25/f頭針座孔）手持單元接口： xaxb輸入接口（總線i/o單元輸入子模塊hio-1011n）：xa：xb： xaxb輸出接口（總線i/o單元輸出子模塊hio-1021n）（xb使用）： xa：3.3.4電器原理圖簡(jiǎn)介下面以示意圖的形式，給出電器原理圖的主要部分。對(duì)于線號(hào)，僅給出了在不同的頁面均出現(xiàn)的線纜線號(hào)。3.3.4.1電源部分 在設(shè)計(jì)中，照明

28、燈的ac24v電源和工作電流較大的電磁閥使用的dc24v電源、輸出開關(guān)量（如繼電器、伺服控制信號(hào)等）用的dc24v電源是各自獨(dú)立的，且中間用一個(gè)低通濾波器隔離開來?？傠娫催M(jìn)線、變壓器輸入端等處的抗干擾磁環(huán)和高壓瓷片電容未在圖中表示出來。如圖3.3.2所示。圖3.3.2中qf0qf4為三相控制開關(guān)；qf5qf11為單相客氣開關(guān)；km1km4為三相交流接觸器；rc1rc3為三相阻容吸收器（滅弧器）；rc4rc7為單相阻容吸收器（滅弧器）；ka1ka9為直流24v繼電器；v1、v2、v3、vz為續(xù)流二極管；yv1、yv2、yv3、yvz為電磁閥和z軸電機(jī)抱閘。 圖3.3.2數(shù)控系統(tǒng)電器原理圖-主、控

29、制回路3.3.4.2繼電器的輸入輸出開關(guān)量：繼電器主要是由輸出開關(guān)量控制的，輸入開關(guān)量主要是指進(jìn)給裝置、主軸裝置、機(jī)床電氣等部分的狀態(tài)信息與報(bào)警信息。圖3.3.3為銑床數(shù)控系統(tǒng)電器原理圖-繼電器部分。輸入/輸出開關(guān)量接線分別如圖3.3.4和3.3.5所示。四銑床的開關(guān)量需要總線i/o單元中的輸入子模塊hio-1011n1塊，輸出子模塊hio-1021n1塊。 圖3.3.3數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-繼電器部分圖中ka1ka10為中間繼電器； sqx-1、sqx-3分別為x軸的正、負(fù)超程限位開關(guān)的常閉觸點(diǎn)； sqy-1、sqy-3 分別為y軸的正、負(fù)超程限位開關(guān)的常閉觸點(diǎn)； sqz-1、sqz-3 分別

30、為z軸的正、負(fù)超程限位開關(guān)的常閉觸點(diǎn)； 440為來自伺服電源模塊與伺服驅(qū)動(dòng)模塊的故障連鎖； 100為圖3.3.2中dc24v 50w開關(guān)電源的地； 圖3.3.4數(shù)控系統(tǒng)電器原理圖-輸入/輸出開關(guān)量1 圖3.3.5數(shù)控系統(tǒng)原理圖-輸入/輸出開關(guān)量2伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖： 圖3.3.6數(shù)控系統(tǒng)原理圖-伺服驅(qū)動(dòng)電路ncuc總線的電纜的連接見圖3.3.7圖3.3.7數(shù)控系統(tǒng)原理圖-ncuc總線電纜連接圖第四章 伺服電機(jī)的選擇計(jì)算3.1伺服電機(jī)的選擇計(jì)算： 伺服電動(dòng)機(jī)是伺服系統(tǒng)控制的直接對(duì)象，它是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵元件。數(shù)控機(jī)床目前使用的主要是各種類型的伺服電動(dòng)機(jī)，如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、各種慣量的直流伺服

31、電動(dòng)機(jī)以及交流伺服電動(dòng)機(jī)。本系統(tǒng)采用的為蘭州電機(jī)廠出產(chǎn)的1ft6074型伺服電機(jī)。 為了滿足數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率等方面的要求，伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有下列的性能；調(diào)速范圍寬，并具有良好的穩(wěn)定性，尤其是低速時(shí)的穩(wěn)定性；負(fù)載特性硬，特別是低速時(shí)應(yīng)具有足夠的負(fù)載能力；響應(yīng)速度快；可頻繁啟動(dòng)、停止及換向。 根據(jù)牛頓第二定律，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)所需的驅(qū)動(dòng)力矩t，等于系統(tǒng)的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j乘以電動(dòng)機(jī)的角加速度，即t=j。當(dāng)進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)已選定，則t的最大值基本不變。如果希望的變化小，則應(yīng)使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j的變化盡量小些。 進(jìn)給系統(tǒng)的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j，是由伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量jm和負(fù)載慣量jl兩部分組成，即j=jm+jl 負(fù)

32、載慣量jl由絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和工作太折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量組成，它會(huì)因夾具、工件或刀具的不同而有所變化。如果希望j的變化小些，則最好使jl所占的比例小些。這就是慣量匹配原則。因此機(jī)床伺服電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算，應(yīng)從保證伺服電動(dòng)機(jī)所需轉(zhuǎn)距，滿足傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配的角度進(jìn)行。初選1ft6074型伺服電動(dòng)機(jī)，然后進(jìn)行慣量匹配計(jì)算和轉(zhuǎn)距計(jì)算，驗(yàn)證其是否滿足要求。3.2.慣量匹配計(jì)算： 通常，jm應(yīng)不小于jl，但jm應(yīng)有所限制，以免使j過大。否則，為了足夠大的角加速度而采取過大的伺服電動(dòng)機(jī)和伺服系統(tǒng)，這將是不合理的。對(duì)此，可按下式確定：0.25jl/jm1 由電機(jī)產(chǎn)品目錄可知，伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：jm=2

33、15.8n·cm2 代入上式得：jl/jm=0.566 故所選電動(dòng)機(jī)滿足慣量匹配原則。2.2.2伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)距計(jì)算： 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩為：m=mamax+mf+mo 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩為：m=mat+mf+mo+mt 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩為： m=mf+mo 式中： mamax：空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； mf： 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； mo： 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力距； mat： 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； mt： 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩； 當(dāng)n=namax時(shí)，namax=vamax/l0，得：mamax=jnmax/9.6t×10-4=19.55kgf·cm 式中： j：系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； t：傳動(dòng)系統(tǒng)的啟動(dòng)加速時(shí)間（s），t=(34)tm=3×0.02=0.06s, tm為電動(dòng)機(jī)機(jī)械時(shí)間常數(shù)。 當(dāng)n=nt時(shí)，nt=n主f/l0，n主=1000v/d，得：mat=jnt/9.6t×10-4=1.173kgf·cm 又：mf=f0l0/2=fwl0/2 當(dāng)=0.8，f=0.16時(shí)，得：mf=0.729kgf·cm 又：m0=p0