數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)設計

1、裝訂線畢業(yè)設計（論文）報告紙 畢業(yè)設計（論文）課 題 名 稱數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)設計分 院/專 業(yè) 機械工程學院/數(shù)控設備應用與維護班 級數(shù)維1321學 號1301263238學 生 姓 名張健指導教師：夏燕蘭 2016年5月15日摘 要 今天的中國的先進制造技術正在飛速發(fā)展，機械制造及自動化技術是其重要組成部分，而它的核心技術就是數(shù)控技術。數(shù)控技術綜合了現(xiàn)代控制技術、機電一體化技術、機械制造技術、計算機技術、微電子技術等先進技術。數(shù)控機床在先進制造方面的使用使先進制造業(yè)進入了一個新時代，它改變了原有制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結構和管理方法，對加工和生產(chǎn)產(chǎn)生了深遠的影響。它已經(jīng)是國家工業(yè)發(fā)展程度的

2、評判的標準。本文根據(jù)小型數(shù)控銑床伺服系統(tǒng)的控制要求設計了硬件電路電氣原理圖，然后根據(jù)具體的電路圖計算電氣元器件參數(shù)規(guī)格，選出合適的電子元器件，并且編寫伺服控制系統(tǒng)相關的PLC的程序，最后，簡單分析了在安裝和調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和解決方法。 關鍵字：小型數(shù)控銑床，伺服控制系統(tǒng)， 電氣原理圖， PLC1AbstractToday's China's advanced manufacturing technology is rapid development, machinery manufacturing and automation technology is an import

3、ant part of its and its core technology is NC technology numerical control technology combines modern control technology electromechanical integration technology machinery manufacturing technology advanced technology such as computer technology, microelectronics technology NC machine tools in the fi

4、eld of advanced manufacturing use advanced manufacturing industry has entered a new era, it has changed the original industrial structure of manufacturing production mode and management methods, has far-reaching influence on the processing and production Is now an important measure of national indus

5、trial development.In this paper, according to the requirements of the CNC milling machine servo system control design of the hardware electric circuit schematic diagram, and then, according to the circuit diagram of the specific parameter calculation of electrical components specifications, choose t

6、he appropriate electronic components, and the PLC program of servo control system, finally, a simple analysis of the problems in the process of installation and debugging and solutions.Key words: CNC Milling Machine， Servo control system，Electrical schematic diagram，PLC2目 錄摘 要1第一章 緒論11.1 數(shù)控技術的發(fā)展背景及意

7、義11.2數(shù)控銑床系統(tǒng)的選用1第二章 數(shù)控銑床相關概述22.1 數(shù)控銑床主要技術參數(shù)22.2 數(shù)控銑床的組成及工作原理32.2.1 數(shù)控銑床的組成32.2.2 數(shù)控銑床的工作原理42.3 數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)52.3.1 數(shù)控銑床伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)基本概念及組成52.3.2 數(shù)控銑床對伺服系統(tǒng)的要求5第三章數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)硬件電氣電路設計63.1 電源電路設計(D1)63.2 伺服控制電路的設計（K1）73.3 強電控制電路的設計（M1）83.4 PLC的I/O接口分配93.4 .1 PLC輸入電路的設計（M2）93.4.2 PLC輸出電路的設計（M3）10第四章 數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)的電氣元

8、器件選用114.1 接觸器的選擇114.2繼電器的選擇114.3 控制變壓器的選擇114.4 基準點燈的選擇124.5 按鈕的選擇124.6 行程開關的選擇124.7 直流穩(wěn)壓電源的選擇134.8 斷路器的選擇134.8.1 斷路器的簡介134.8.2 主要技術參數(shù)134.8.3 斷路器的選擇14第五章 數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)的PLC軟件設計165.1 FANUC Oi系統(tǒng)PLC165.1.1 PLC的簡介165.1.2 PLC的功能165.2 伺服控制系統(tǒng)PLC程序梯形圖的設計175.2.1 FANUC系統(tǒng)的PLC信號和地址175.2.2 FANUC 部分信號的說明175.2.3 分析控制要求

9、185.2.4 程序流程圖185.3 梯形圖程序設計205.3.1梯形圖設計原則205.3.2 數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)的PLC梯形圖205.3.3 PLC程序信號地址23第六章 數(shù)控銑床伺服電路的安裝與調(diào)試246.1安裝步驟246.1.1硬件電路的連接246.1.2 PLC程序輸入246.2 調(diào)試步驟246.3調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法28第七章 總結29致謝30參考文獻31附錄32電源電路電氣圖32伺服控制電路電氣圖33強電控制電路電氣圖34PLC輸入電路35PLC輸出電路36PLC梯形圖37第一章 緒論1.1 數(shù)控技術的發(fā)展背景及意義數(shù)控技術是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、現(xiàn)代化、柔性化和集成化生產(chǎn)的基

10、礎，它可以提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量，大大的節(jié)約了生產(chǎn)成本。數(shù)控技術及裝備是關系到一個國家的生存力水平和綜合國力。自1952年第一臺數(shù)控機床在美國研制成功，數(shù)控設備已經(jīng)逐漸占據(jù)了生產(chǎn)制造方面的重要地位。數(shù)控機床具有加工精度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、高效簡潔的加工方式、適用面廣等優(yōu)點。目前數(shù)控機床可分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和加工中心等。本文主要對數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)進行設計研究。數(shù)控銑床是利用數(shù)字化技術控制機床，以銑刀的旋轉(zhuǎn)運動為主運動，刀具與工件之間的移動為進給運動。可以完成對平面、溝槽、輪齒、螺紋和復雜型面的加工。具有較強的靈活性、可以加工較為復雜的零件、加工精度高質(zhì)量好、生

11、產(chǎn)自動化程度高等優(yōu)點。1.2數(shù)控銑床系統(tǒng)的選用 目前社會常見的數(shù)控系統(tǒng)主要類型有以下幾種： (1)國產(chǎn)系統(tǒng)國內(nèi)主流數(shù)控系統(tǒng)為華中數(shù)控系統(tǒng)，但它一般應用與數(shù)控銑床方面。如HNC21T操作面板等；廣州數(shù)控系統(tǒng)，如GSK928T、GSK980T操作面板等；北京航天數(shù)控系統(tǒng)，如CASNUC 2100等。(2)FANUC數(shù)控系統(tǒng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)由日本富士通公司研制開發(fā)，目前在我國得到了廣泛的應用。我國制造方面所廣泛使用的FANUC數(shù)控系統(tǒng)是系統(tǒng)以及i系統(tǒng)。(3)SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)德國的西門子公司研究發(fā)明了SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)，SIEMENS系統(tǒng)在我國機械制造行業(yè)使用也較為廣泛。目前，在我國市場上

12、，常用的數(shù)控系統(tǒng)除SINUMERIK 840DC和SINUMERIK 840DM等。此外還有西班牙FAOGO公司生產(chǎn)的8010、8050和美國ALLEN-Brady公司的B8400、B600MT/TC、B8600AT900、B8600/WS等數(shù)控裝置系統(tǒng)。我們對FANUC、SIEMENS、華中等系統(tǒng)的調(diào)研、比較，決定本次畢業(yè)設計伺服系統(tǒng)的控制將采用FANUC Oi Mate TC系統(tǒng)。據(jù)調(diào)研FANUC Oi Mate TC系統(tǒng)有以下的一些優(yōu)點。（1）FANUC 系統(tǒng)的功能全面，且可以適用于很多方面。（2）FANUC數(shù)控系統(tǒng)具有優(yōu)質(zhì)可靠的技術服務的優(yōu)點。（3）FANUC數(shù)控系統(tǒng)具有較好的自我保護

13、措施。 （4）FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC功能指令與信號全面，這些指令可以使我們在編寫PMC程序更加容易，并且它的人機操作界面簡單易用。 （5）FANUC數(shù)控系統(tǒng)具有很強的DNC功能。通過串行RS232C接口讓計算機與機床之間更快、更可靠的傳輸數(shù)據(jù)。（6）FANUC數(shù)控系統(tǒng)具有自我診斷的功能以及給予了大量報警維修信息。FANUC Oi Mate TC維修手冊為用戶將大量的報警信息進行了分門別類。40第二章數(shù)控銑床系統(tǒng)概述2.1數(shù)控銑床主要技術參數(shù) 數(shù)控銑床主要技術參數(shù)包括數(shù)控銑床本身主要參數(shù)和數(shù)控系統(tǒng)主要參數(shù)，參數(shù)的作用和類型和作用參見表2.1。在數(shù)控編程和數(shù)控銑削加工時應了解數(shù)控銑床技術參數(shù)，具

14、體有主軸錐孔度、最大銑削距離、各坐標軸行程、主軸轉(zhuǎn)速范圍、銑削進給速度范圍、定位精度、重復定位精度等技術參數(shù)。表2.1 數(shù)控銑床主要技術參數(shù)名稱單位數(shù)據(jù)行程X軸行程mm600Y軸行程mm410Z軸行程mm510主軸端面至工作臺面距離mm125-635工作臺中心至立柱導軌面距離mm220-630工作臺工作臺面積mm800x400工作臺最大承重kg500T型槽槽寬mm3x18H8主軸主軸最高轉(zhuǎn)速rpm8000主軸孔錐度 -BT-40進給率X/Y/Z軸快速位移m/min10/10/8最大切削進給率m/min5電機主軸電機Kw5.5/7.5X/Y/Z電機Nm11/11/16冷泵電機w90精度（直線軸精

15、度參照JB/T8772.4-1998標準）定位精度mmX/Z：0.016，Y：0.014重復定位精度mmX/Z：0.01, Y:0.0082.2 數(shù)控銑床的組成及工作原理2.2.1 數(shù)控銑床的組成 數(shù)控銑床主要由床身、銑頭、縱向工作臺、橫向床鞍、升降臺、電氣控制系統(tǒng)等組成。能夠完成基本的銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋及自動工作循環(huán)等工作，可加工各種形狀復雜的凸輪、樣板及模具零件等。數(shù)控銑床的床身固定在底座上，用于安裝和支承機床各部件，控制臺上有彩色液晶顯示器、機床操作按鈕和各種開關及指示燈?？v向工作臺、橫向溜板安裝在升降臺上，通過縱向進給伺服電機、橫向進給伺服電機和垂直升降進給伺服電機的驅(qū)動，完成X

16、、Y、Z坐標的進給。電器柜安裝在床身立柱的后面，其中裝有電器控制部分。圖2.1 數(shù)控銑床 （1）輸入裝置 數(shù)控銑床運行按照程序的編程人員所編制的程序去頂，通常程序員將處理特定的格式或代碼存儲在載體上，然后通過輸入設備輸入到數(shù)控銑床的數(shù)控設備。 （2）數(shù)控裝置 銑床的核心是數(shù)控裝置，一般由輸入、輸出設備、存儲器、控制器、運算器、I/O接口等相關部分組成。它將輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的控制電路、邏輯電路和控制器等進行編譯，數(shù)學運算和處理后，然后輸出指令和信號控制不同部分運動進行加工。 （3）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)時實現(xiàn)機床軸運動（主軸、進給運動，位置控制等）的主要系統(tǒng)以位置為控制目標的自動控制系統(tǒng)

17、。接收數(shù)控裝置輸出的各種信號經(jīng)過分配、放大和轉(zhuǎn)換等功能，驅(qū)動各個運動部件，完成零件的切削加工。它的伺服精度和動態(tài)響應是影響數(shù)控銑床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。 （4）位置檢測反饋裝置 位置檢測、速度反饋裝置根據(jù)系統(tǒng)需求確定移動部件的位置或速度不斷轉(zhuǎn)化為電信號傳輸?shù)綌?shù)控設備，數(shù)控設備將接收信號與目標信號相比、計算，然后不斷地補償控制驅(qū)動系統(tǒng)，以保證運動部件的運動精度。 （5）床身 數(shù)控銑床的床身主要由夾具、床身、導軌、立柱、T型槽、工作臺等組成。這些部分的設計和制造應具備結構先進、剛性好、制造精度高、工作可靠的優(yōu)點，以此保證加工工件的高精度和高效率。2.2.2 數(shù)控銑床的工作原理

18、 數(shù)控銑床是一種高度自動化的機床，是用數(shù)字化的信息來實現(xiàn)自動化控制的，將與加工零件有關的信息即工件與刀具相對運動軌跡尺寸參數(shù)（進給執(zhí)行部件的進給尺寸）、銑削加工的工藝參數(shù)，以及各種輔助操作（主運動變速、刀具更換、切削液打開停止、工件加緊松開等）等加工信息用一定的文字、數(shù)字和符號組成的代碼，按規(guī)定的格式編寫成加工程序單，將加工程序通過控制介質(zhì)輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置經(jīng)過分析處理后，發(fā)出各種與加工程序相對應的信號和指令控制機床進行自行自動加工。機床MT側與CNC、PLC信號傳輸如圖。PLCMTYCNCGXFMT與CNC、PLC信號傳輸數(shù)控銑床工作過程 2.3 數(shù)控銑床的伺服系統(tǒng)2.31 數(shù)控銑

19、床伺服系統(tǒng)的基本概念及組成一、伺服系統(tǒng)的基本概念 伺服系統(tǒng)是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，主要是各坐標軸進給驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)。它可以接受來自CNC裝置的進給脈沖，通過轉(zhuǎn)換和放大從而驅(qū)動各坐標軸進行指令脈沖運動。使得刀具相對于工件進行復雜的機械運動，進而加工出復雜的工件。它是數(shù)控機床的重要組成部分。二、伺服系統(tǒng)組成 一般由兩個控制環(huán)組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，在速度環(huán)中用作速度反饋的檢測為脈沖編碼器、測速發(fā)電機等。外環(huán)是位置環(huán)。主要對機床運動坐標軸進行控制三、伺服系統(tǒng)分類 按有無檢測元件可分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)。按執(zhí)行元件可分為步進驅(qū)動系統(tǒng)、直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、交

20、流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。按反饋比較控制方式分為脈沖（數(shù)字）比較伺服驅(qū)動系統(tǒng)、相位比較伺服驅(qū)動系統(tǒng)、幅值比較伺服驅(qū)動系統(tǒng)等分類方法。23.2數(shù)控銑床對伺服系統(tǒng)要求（1）精度高。（2）穩(wěn)定性好。（3）快速響應。（4）調(diào)節(jié)范圍寬。（5）低速大轉(zhuǎn)矩。第三章數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)電氣控制電路設計 3.1 電源電路設計(D1)電源電路如圖3.1所示，其中電源供給380V 50HZ的交流電；QF1為電源的總斷路器，保護電源；QF2，QF3為主電機的驅(qū)動電源電路短路，過載保護；TC1是控制變壓器，一次側是AC380V，二次側為AC220V，為接觸器供給電源；VC1為電源開關，為伺服控制電源，機床I/O接口，CNC，中間

21、繼電器提供直流DC24V電源。電源電路的設計主要是為整個電路提供短路和過載保護，另一方面是為伺服控制系統(tǒng)提供直流電源。 圖3.1 電源電路電氣圖3.2 伺服控制電路的設計（K1）伺服控制電路如圖3.2所示，K1為伺服交流接觸器；TC1為伺服變壓器，一次側是三相AC380V，二次側是三相AC200V；QM1伺服動力電源保護開關，它的輔助觸點輸入到PLC中做其狀態(tài)信號；K2是伺服單元的接觸器；Z1為滅弧器。伺服單元中，外部24V直流穩(wěn)壓電源連接到X軸的CX19B，X軸的CX19A連接到Y軸的CX19B，Y軸的CX19A連接到Z軸的CX19B。做伺服單元的控制電路的輸入電源；CX29為主電源控制信號

22、接口；CZ7-3為伺服電動機的動力接線口；JF1連接到相應的伺服電動機M1M2M 3內(nèi)裝編碼器的接口上，做X軸、Y軸、Z軸的速度和位置的反饋裝置的信號控制；X軸伺服單元的伺服高速串行總線接口COP10A與Y軸的COP10B連接， Y軸的COP10A與Z軸的COP10B相連；CX30為急停信號接口；K2為急停繼電器。伺服控制電路的設計主要控制了X軸、Y軸、Z軸的進給和速度控制，控制了X軸、Y軸、 Z軸的回參，快移等動作，整個伺服單元接通三相交流電源200V，50/60Hz。圖3.2 伺服控制電路電氣圖3.3 強電控制電路的設計（M1）強電控制電路如圖3.3所示，當未壓下急停按鈕SB1或X/Z軸超

23、程開關SQ1、SQ2、SQ3、SQ4時，K2接通，打開電源鑰匙開關SA1，接通中間接觸器K1，AC220V上電，接通伺服動力電源接觸器K1-K1，SB2、SB3為CNC接通/斷開按鈕，K3繼電器控制CNC上電，通電順序為先接通伺服單元，在接通CNC，斷電順序相反，Z1、Z2為滅弧器，強點控制電路的設計主要是控制伺服單元與CNC的連接以及CNC的起動/停止。圖3.3 強電控制電路電氣圖3.4 PLC的I/O接口分配本設計所采用的PLC屬于單體控制系統(tǒng)，它沒有其他特別的控制要求，一共有12個開關量，開關量輸出觸點數(shù)有2個，輸入、輸出觸點共有12個，只需選用一般中小型可編程控制器即可。3.4 .1

24、PLC輸入電路的設計（M2）PLC輸出電路如圖3.4所示，按下急停按鈕時或超程時發(fā)出急停信號M1-K2，機床立即停止運動，SB5、SB6、SB7、SB8、SB9為進給點動和快移按鈕，按下其中一個方向鍵時相應的軸拖板移動，同時按下快移鍵和一個方向鍵時軸拖板則快速移動。SQ1、SQ2為基準點行程開關，伺服斷路器K1-QM1的輔助觸點接入PLC進行控制，PLC輸入電路的設計主要是控制了伺服單元與PLC的連接以及PLC對機床X軸、Y軸 、Z軸的點動和快移的信號控制。圖3.4 PLC輸入電路3.4.2 PLC輸出電路的設計（M3）PLC輸出電路如圖3.5所示，PLC輸出信號主要有X軸、Y軸和Z軸的基準點

25、燈的輸出信號。PLC的輸出電路的設計主要是PLC和機床信號之間的相互轉(zhuǎn)換以及相互控制。 圖3.5 PLC輸出電路 第四章 數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)的電氣元件選擇4.1 接觸器的選擇1）交流負載應選用交流接觸器，直流負載應選用直流接觸器，如果主要是交流負載的控制系統(tǒng)，而直流電機或直流負載容量很小，也可以選擇交流接觸器控制，但觸點的額定電流要更大。2）選擇接觸器主觸頭的額定電壓：應等于或大于負載的額定電壓。3）選擇接觸器主觸頭的額定電流：被選用接觸器主觸頭的額定電流應不小于負載電路的額定電流。也可根據(jù)所控制的電動機最大功率進行選擇。如果接觸器是用來控制電動機的頻繁啟動、正反或反接制動等場合，應將接觸器

26、的主觸頭額定電流降低使用，一般可降低一個等級。在本次設計中，因額定電流為2A，控制回路電源為200V，所以M1-K1需要的主觸點為三對，輔助常開觸點兩對，所以選用接觸器M1-K1，主觸點額定電流為5A，線圈電壓為200V；因額定電流為4A，控制回路電源為220V，因此M1-K2需要的主觸點為三對，輔助常開觸點兩對，故選用接觸器M1-K2，主觸點額定電流為5A，線圈額定電壓為200V。4.2繼電器的選擇繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號的變化，而接通或斷開控制電路，實現(xiàn)控制目的的電器。繼電器的輸入信號可以是電流、電壓等電學量，也可以是溫度、時間、壓力等非電量，而輸出通常是觸頭的動作。因額定電流為4A，

27、控制回路電源為24V，所以M1-K3需要的主觸點為三對，輔助常開觸點兩對，所以選用繼電器M1-K3，主觸點額定電流為5A，線圈電壓為24V；同理，M1-K4、M1-K5與M1-K3等繼電器的參數(shù)相同。4.3 控制變壓器的選擇 控制變壓器和普通變壓器原理沒有區(qū)別.只是用途不同.控制變壓器:用途廣泛,可做升壓,亦可做降壓用。 變壓器的工作原理是用電磁感應原理工作的。變壓器有兩組線圈。初級線圈和次級線圈。次級線圈在初級線圈外邊。當初級線圈通上交流電時，變壓器鐵芯產(chǎn)生交變磁場，次級線圈就產(chǎn)生感應電動勢。變壓器的線圈的匝數(shù)比等于電壓比。例如：初級線圈是500匝，次級線圈是250匝，初級通上220V交流電

28、，次級電壓就是110V。變壓器能降壓也能升壓。二次額定容量由總容量確定。根據(jù)經(jīng)驗公式 P=KP式中 P-電磁元件的吸持功率和燈等負載消耗的功率，單位為 kW； K-變壓器的容量儲備系數(shù)，K=1.11.5。本設計中選擇的接觸器、繼電器一般功率12W，系統(tǒng)輸入輸出小于500W,由于本設計中控制變壓器的容量P可根據(jù)由它供電的最大工作負載所需要的功率來計算并留用一定的余量.所以本設計中的控制變壓器D1-TC1的容量為：P=(500+12×4)×1.2=630VA 因此控制變壓器D1-TC1的容量選擇為630VA。 設計中的控制變壓器K1-TC1的容量為： P=(500+12

29、5;4)×1.5=1000VA 因此控制變壓器K1-TC1的容量選擇為1000VA。4.4 基準點燈的選擇基準點燈HL1、HL2和HL3都選擇ZSD0型，6.3V，0.25A，且都為綠色4.5 按鈕的選擇根據(jù)需要的觸點數(shù)目、動作要求、使用場合、顏色等對按鈕進行選擇，在本設計中，急停按鈕M1-SB1選擇L A18型按鈕，其顏色為紅色；八個起動按鈕選擇LA18型按鈕，其顏色為黑色；一個停止按鈕SB3選擇LA18型按鈕，顏色為紅色。4.6 行程開關的選擇行程開關又叫做位置開關或者是限位開關，其作用是將機械信號轉(zhuǎn)化成電信號，使電動機運行狀態(tài)發(fā)生改變，控制機械運動或者實現(xiàn)安全保護。行程開關一般

30、根據(jù)機械位置對開關的要求和控制對象對開關觸點數(shù)目的要求進行選擇。在本次設計中，行程開關工作電壓為直流DC24V，工作電流為4A，故行程開關M1SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、M2SQ1、SQ2均選用LX321QS型行程開關。4.7 直流穩(wěn)壓電源的選擇直流穩(wěn)壓電源的作用是將非穩(wěn)定交流電源變成穩(wěn)定直流電源，根據(jù)電源輸出電壓路數(shù)、電源的尺寸及環(huán)境條件因素對直流穩(wěn)壓電源進行選擇，本次設計中，系統(tǒng)電源為直流24V，輸出功率為500W，輸出電壓路數(shù)為單路，所以直流穩(wěn)壓電源VC選用SDA500W -24型穩(wěn)壓電源。4.8 斷路器的選擇4.8.1 斷路器的簡介 斷路器也稱自動空氣開關，用作于電動機和其他用電設

31、備的電路中，一般情況下，可以分斷和接通工作電流。當電路發(fā)生過載、短路、失壓等情況是能自動切斷故障電路，保護串接與斷路器后面的電氣設備，還可以用于不頻繁地接通、分斷負荷的電路，控制電動機的運行及停止，功能類似于閘刀開關、過電流繼電器、熱繼電器、漏電保護電器等部分或者是全部功能的總和。 斷路器主要由觸點系統(tǒng)與滅弧裝置、脫扣器、操作機構與脫扣機構三部分組成。（1） 觸電系統(tǒng)與滅弧裝置 觸點系統(tǒng)用于接通和分斷主電路，為加強電路的滅弧的能力，在主觸點處加有滅弧裝置。（2） 脫扣器 脫扣器是斷路器的感測元件，包括過流、過載、欠壓以及熱脫扣器等類型。當電路出現(xiàn)故障時，脫扣器收到信號工作，經(jīng)脫扣機構動作，觸點

32、分離。（3） 操作機構與脫扣機構 操作機構與脫扣機構是斷路器的機械傳動機構，當脫扣機構收到信號后由斷路器切斷電路。4.8.2 主要技術參數(shù) （1）額定電壓：斷路器長期工作時和分斷后能夠耐受的電壓，其量值一般等于或大于電氣設備的額定電壓。 （2）額定電流：斷路器能長期通過的電流，它決定于斷路器各部分長期工作時的容許溫升。 （3）額定短路分斷能力：斷路器在故障條件下能可靠的分斷最大短路電流，它是斷路器的主要技術指標之一。4.8.3 斷路器的選擇對于單臺直接起動步進伺服電動機，應按照下面公式計算 I=（1.52.5）I式中 I-脫扣器的額定電流 I-電動機的額定電流。對于多臺直接起動步進伺服電動機，

33、應按照下面公式計算 I=（1.52.5）I+I式中I-功率最大的一臺電動機的額定電流；I-其余電動機的額定電流之和。數(shù)控銑床采用三相交流380V 50HZ的電流，額定電流約為10.5A。計算斷路器D1-QF1的額定電流為：I=10.5×1.5=15.8A 故D1-QF1選用額定電流為20A的DZ47-60(C)型斷路器。計算斷路器D1-QF2的額定電流為：I=(150÷380)×1.5=0.6A故D1-QF2選用額定電流為2A的DZ47-60(C)型斷路器。 根據(jù)上述電氣元件的選擇，可列出數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)的電氣元件明細表，見表4.1。表4.1 數(shù)控銑床伺服控制

34、系統(tǒng)的電氣元件明細表序號 符號名稱 型號 規(guī)格 數(shù)量1K1,K2交流接觸器CJ20-405A，線圈電壓200V12 K3、K4、K5 繼電器 JZ7-445A，線圈電壓24V 13D1- TC1 控制變壓器 BK-100630VA,380V/127、36、6.3V14K1-TC1 控制變壓器 BK-1001000VA,380V/127、36、6.3V15 HL1、HL2、HL3 基準點燈 ZSD-0 6.3V，綠色36 SB1 急停按鈕 LA18 5A，紅色17SB2、SB59等 控制按鈕 LA18 5A，黑色88 SB3 控制按鈕 LA18 5A，紅色19 SQ 行程開關LX31QS 4A，

35、 24V610 VC直流穩(wěn)壓電源 SDA-50024V，500W，單路111 QF1 斷路器 DZ47-60 380V，20A112 QF2 斷路器 DZ47-60 380V，2A1第五章 數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)的PLC軟件設計5.1 FANUC Oi系統(tǒng)PLC5.1.1 PLC的簡介 PLC即可編程控制器（Programmable Logic Controller),是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制器件。1985年國際電工委員會IEC對可編程控制器作出了以下定義：“它是一種為工業(yè)應用而設計，用于數(shù)字運算操作的新型的電子裝置，它所運用存儲器是可編程序的，其作用是在內(nèi)部存儲

36、實行邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制和算術運算等操作的數(shù)據(jù)，并通過輸入和輸出數(shù)字和模擬量，控制各種類型的工業(yè)機械以及工件的生產(chǎn)過程。PLC及其周圍有關的設備的設計原則都應該是易于和工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，便于擴展與升級”。5.1.2 PLC的功能（1）操作面板的控制。操作面板分為機床和系統(tǒng)操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號的進程是系統(tǒng)操作面板NCPLC，從而控制數(shù)控機床的運行。機床操作面板控制信號，直接發(fā)送至PLC控制機床的動作。 （2）機床外部開關輸入信號。將機床側很多檢測元件信號(如：接近開關、模式選擇開關、行程開關等等)發(fā)送至PLC，進行邏輯運算。（3）輸出信號控制：PLC輸出信

37、號經(jīng)外圍控制電路中的交流接觸器、電磁閥、中間繼電器等輸出給控制對象。  （4）M功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出M指令給PLC，經(jīng)過譯碼，輸出控制信號，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動停止等等。M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。5.2 伺服控制系統(tǒng)PLC程序梯形圖的設計5.2.1 FANUC系統(tǒng)的PLC信號和地址 PLC順序程序地址表明了信號的位置,這些地址包括對機床的輸入/輸出信號和對CNC的輸入/輸出信號、計數(shù)器、內(nèi)部繼電器、數(shù)據(jù)表和保持型繼電器等。每一地址由地址號（每8個信號）和位號（0到7）組成?？稍诜柋碇袖浫霐?shù)據(jù)，以此表明地址和信號名稱之間的關系。地址類型有以下幾種，不同類型的地址符號也大不

38、相同。X：從機床到PLC的輸入信號（MTPLC）Y：由PLC至機床的輸出信號（PLCMR）F：從NC到PMC的輸入信號（CNCPLC）G：由PLC至NC的輸出信號（PLCCNC）R：內(nèi)部繼電器D：非易失性存儲器5.2.2 FANUC 部分信號的說明（1）急停信號*ESP（X8.4，G8.4）。當急停信號為“0”時，CNC復位并使機床處于急停狀態(tài)。這一信號由急停按鈕控制。急停信號使伺服準備信號（SA）變?yōu)椤?”。通常急停信號由行程開關與急停按鈕串聯(lián)控制。（2）手動返回參考點信號ZRN（G43.7）。ZRN信號作用是選擇手動返回參考點方式。此方式事實上是在JOG進給方式下，將手動返回參考點信號置為

39、1.（3）參考點返回減速信號*DEC-DEC4(X9.0X9.1)。減速信號在手動返回參考點的操作中，使移動速度減速到FL速度，一個坐標軸對應一個減速信號，減速信號后的數(shù)字代表坐標軸號。（4）參考點返回結束信號ZP1ZP2（F94.0F94.1）。該信號通知機床已經(jīng)到達該軸的參考點。一個坐標軸對應一個信號。信號名稱的數(shù)字代表控制軸號。當機床出現(xiàn)以下情況時，這些信號變?yōu)椤?”。1）機床移出參考點位置。2）急停信號有效時。 3）出現(xiàn)伺服報警。5.2.3 分析控制要求 分析控制要求，根據(jù)設計中的控制要求，設計時考慮以下四點 1）回參考點方式、手動方式不能同時選擇； 2）在回參考點方式下，方向鍵+X/

40、+Y/+Z不用長按； 3）在手動方式下，方向鍵+X、-X、+Y、-Y、+Z、-Z可以長按也可以短按； 5.2.4 程序流程圖數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)PLC程序流程圖是根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，從機床刀架的回參考點，手動移動刀架等一系列的伺服控制機床動作而編寫出來的。數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)程序流程圖如圖5.1所示。NY 結 束基準點燈亮 刀架移動 到達參考點電動機起動 方向鍵 刀架移動電動機起動 +X/+Y/+Z 手動方式 回參考點 選擇方式 開始 圖5.1 數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)程序流程圖5.3 梯形圖程序設計5.3.1梯形圖設計原則盡管梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但它們又有許多不同的地方。

41、梯形圖編程有以下規(guī)則。（1）必須按從上而下，從左到右的排列順序來排版。（2）梯形圖左右兩側母線不得與任何電源連接。（3）梯形圖中的繼電器其實就是位觸發(fā)器， “1態(tài)”表示繼電器回電動合觸點關閉、動斷觸點展開， “O態(tài)”則反過來。（4）程序按照從左到右的順序，線圈應與右母線連接且左邊有觸點右邊無觸點。（5）一程序中不能重復使用同一個線圈且不可出現(xiàn)I線圈。（6）PLC按掃描方式順序執(zhí)行程序，不會使支路同時動作的。（7）可以將不能編成程序的梯形圖轉(zhuǎn)換成可編程序的梯形圖。5.3.2 數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)的PLC梯形圖 PLC梯形圖如圖5.2所示。報警急停返回參考點方式圖5.2 數(shù)控銑床伺服控制系統(tǒng)的PL

42、C梯形圖5.3.3 PLC程序信號地址 PLC程序信號地址見表5.3。表5.3 PLC程序信號地址表序號名稱信號地址序號名稱信號地址1急停X8.414超程復位X12.74JOPX12.515X返參減速信號X8.05AUTOX12.216Z返參減速信號X8.16MDIX12.417X返參結束信號F94.07回參X12.617Z返參結束信號F94.18X+/-限位X8.519X軸-向運動G102.09Z+/-限位X8.620X軸+向運動G100.010+XX7.021Z軸-向運動G102.111-XX7.122Z軸-向運動G102.112+ZX7.213-ZX7.3第六章 數(shù)控銑床伺服電路的安裝與

43、調(diào)試6.1安裝步驟6.1.1硬件電路的連接 硬件連接的步驟如下：1）準備導線若干以及相應的元器件。2）檢查元器件的質(zhì)量是否完好。3）對照硬件安裝圖排列元器件位置。4）按照圖3-1、3-2、3-3進行接線。5）對照電路圖檢查是否有掉線、錯線，接線是否牢固。6.1.2 PLC程序輸入1）系統(tǒng)上電：接上實訓臺右邊的空氣開關，上撥控制面板上的QF1，QF2，再把QF6合上，實訓系統(tǒng)啟動，關閉為相反過程。如系統(tǒng)得電后，出現(xiàn)報警現(xiàn)象，將CAN+RESET兩鍵同時按住幾秒，報警解除。2)編寫PLC程序（注意：“STOP”停止狀態(tài)） 按SYSTEM-軟鍵PMC-EDIT-CLEAR(清楚）-CLRLAD-EX

44、EC（執(zhí)行），可進行程序的刪除，按SYSTEM-軟鍵PMC-EDIT-LADER,進入程序的錄入狀態(tài)。（注：本系統(tǒng)第一行PMC必須急停）編輯完成后以END1，END2結束。 3）程序保存進入程序輸入界面輸完程序后，按鍵會出現(xiàn)“ WRITE TO F-ROM?”，按軟鍵“EXEC”程序保存好。6.2 調(diào)試步驟1）依次合上斷路器QF1、QF2、K1-QM1，然后接通鑰匙開關M1-SA1，按下NC起動按鈕。2）手動操作方向按鈕M2-SB5（SB6、SB7、SB8、SB9），觀察電動機或拖板移動方向。3）再返回參考點方式，按下按鈕M2-SB5或SB7，觀察電動機或者拖板運行情況，查看基準點燈是否亮。4

45、）按下急停按鈕M1-SB1，觀察面板上的報警燈。此時，手動方式按下方向鍵，觀察電動機是否運行。 在實訓室完成的伺服電路的安裝與調(diào)試如圖6.1、 6.2 、6.3 、6.4。圖6.1 數(shù)控銑床伺服系統(tǒng)接線圖圖6.2 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)安裝與調(diào)試圖6.3 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)實訓接線安裝圖6.4 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)實體接線安裝6.3調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法 （1）機床在回參考點的過程中，無減速動作。 分析：原因可能為減速開關及接線故障。 解決方法：首先檢查減速開關是否完好，若有損壞，則及時更換：若完好，則檢查是否是接線故障。 （2）刀架移動時顯示誤差過大報警。 分析：若給出移動的指令但是機床無動作，原因

46、可能是機械傳動卡死或者是伺服放大器出現(xiàn)故障；若給出指令且機床移動后報警，原因可能是系統(tǒng)軟件問題或者機械部件故障。 解決方法：更換故障的機械部分，更新軟件系統(tǒng)，或者是調(diào)節(jié)伺服放大器。 （3）對操作與調(diào)試方法不清晰帶來的操作錯誤應按照具體的操作步驟進行機床調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題從而予以解決。 第七章 總結時光荏苒，如白駒過隙，一轉(zhuǎn)眼，三年的大學生涯馬上就要結束了，在堅持不懈下我的畢業(yè)設計即將完成，但是我的學習之路才即將開始。在做畢業(yè)設計之前，我總是想，畢業(yè)設計就是對自己大學三年所學的知識做個總體的回顧，應該非常簡單。但是現(xiàn)在看來，當初的想法實在是太天真、幼稚了，畢業(yè)設計，怎么可能就是簡簡單單的回顧所學的知識呢？不僅僅是對所學知識的回顧，并且要學以致用，平時上課學到的知識是理論知識，而現(xiàn)在是要實踐與理論相結合，是要提高到一個全新的陌生而又熟悉境界。在如今不斷發(fā)展前進的中國，機械電氣工業(yè)有著無法撼動的地位。本次畢業(yè)設計對于我們就要走出校門，踏入社會的大學生來說具有非常的意義。通過這次設計，我學到了很多在書本上學不到的東西，同時我也感受到了現(xiàn)如今科技發(fā)展的速度的迅猛，對于數(shù)控設備應用與維修專業(yè)的人來說，激烈的競爭無處不在。形勢時時刻刻在變化，我還有很多知識需要去學習，如果停滯不前，那將會被這個社會淘汰。在此次設計中，不僅意識到理論與