HNC-21系列銑床電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

1、XX學(xué)院設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課 題： 數(shù)控銑床電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 子課題: 同課題學(xué)生姓名: 專 業(yè) 學(xué)生姓名 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 完成日期 前言隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，PLC技術(shù)正在不斷地深入到各個(gè)領(lǐng)域并迅速地向前推進(jìn)，特別是近幾年來(lái)在機(jī)械加工領(lǐng)域引起了許多深刻的改革。雙面鉆孔組合機(jī)床在運(yùn)用就是運(yùn)用了PLC技術(shù)與機(jī)床電氣的過(guò)程及注意事項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化的運(yùn)用，這便使雙面組合鉆床操作更加方便，大大提高了工作效率。目前，在機(jī)械制造業(yè)中已不再是僅僅要求單機(jī)自動(dòng)化，而是要求實(shí)現(xiàn)一條生產(chǎn)線，一個(gè)車間、一個(gè)工廠甚至更大規(guī)模的全盤(pán)自動(dòng)化，這便體現(xiàn)PLC技術(shù)的重要性。在設(shè)計(jì)中，參考了機(jī)電一體化技術(shù)方

2、面和PLC方面的教材和資料，在書(shū)后的參考文獻(xiàn)中列出，這些寶貴的資料對(duì)我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了重要的作用，在設(shè)計(jì)中有許多不妥之處，敬請(qǐng)老師提出寶貴指正.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(pán)、電子盤(pán)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擇。 關(guān)鍵字：數(shù)控裝置 PLC

3、 主/控制回路 目 錄第一章 緒論1.1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史1.2數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和用途 1.4 PLC相關(guān)技術(shù)的發(fā)展入應(yīng)用領(lǐng)域 PLC技術(shù)簡(jiǎn)介 PLC的基本結(jié)構(gòu) 1.4.3 PLC應(yīng)用領(lǐng)域第二章 電氣系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 2.1可編程器的選擇和可行性的論證設(shè)計(jì)的內(nèi)容及任務(wù)可行性論證 2.2總體方案的擬訂和論證總體設(shè)計(jì)方案的擬訂 2.3電氣部分設(shè)計(jì)2.3.1選件2.3.2電源2.3.3數(shù)控裝置與軟驅(qū)單元的連接2.3.4數(shù)控裝置與外部計(jì)算機(jī)的連接2.3.5數(shù)控裝置開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出2.3.6數(shù)控裝置與手持單元的連接2.3.7數(shù)控裝置與主軸裝置的連接2.3.8數(shù)控裝置與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的連接2.

4、3.9急停與超程解除的設(shè)計(jì)2.3.10電磁兼容設(shè)計(jì)2.3.11數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第三章 伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算 3.1伺服電機(jī)的選擇計(jì)算 3.2慣量匹配計(jì)算第四章 數(shù)控部分設(shè)計(jì)4.1基本結(jié)構(gòu)與主要功能4.1.1基本配置4.1.2主要技術(shù)規(guī)格4.2操作裝置4.2.1操作臺(tái)結(jié)構(gòu)4.2.2顯示器4.2.3NCP鍵盤(pán)第五章 外文翻譯第六章 參考文獻(xiàn)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(kāi)始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過(guò)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)三坐標(biāo)連續(xù)控制

5、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(kāi)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(kāi)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(kāi)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)。這樣組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)

6、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(lái)，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(kāi)了數(shù)控技術(shù)，先進(jìn)制造技術(shù)就成了無(wú)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)過(guò)程數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)

7、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(mén)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(guò)。1.3數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和用途：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向發(fā)展。獲得更高的加工精度和穩(wěn)

8、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。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。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(lái)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

9、的操作者，既是體力勞動(dòng)者，也是腦力勞動(dòng)者。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(wú)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。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)

10、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(guò)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

11、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(lái)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(lái)接收和采集輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)量輸入模塊用來(lái)接收按鈕選擇開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)等。3、編程器：編程器用來(lái)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(yǔ)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AC220V電源或DC24V電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)為各模塊提供不同電壓等直流

12、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(mén)，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)控制設(shè)計(jì)2.3.1選件：數(shù)控裝置（選件）：選擇華中“世紀(jì)星”HNC-21

13、 系列數(shù)控裝置（HNC-21T HNC-21M ）特點(diǎn)：“世紀(jì)星”HNC-21系列數(shù)控裝置（HNC-21T、HNC-21M）采用先進(jìn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC機(jī)、高性能32位中央處理器，配置7.5彩色液晶顯示屏和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床工程面板，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(pán)、電子盤(pán)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，主要適用于數(shù)控車、銑床和加工中心的控制。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)；圖1所示為NNC-21數(shù)控裝置與其他裝置、單元連接的總體框圖。注：圖中除電源接口外，其他接口都不是必須使用的。

14、圖1 總體框圖圖2 HNC-21數(shù)控裝置接口圖XS1：電源接口 XS2：外接PC鍵盤(pán)接口XS3：以太網(wǎng)接口 XS4：軟驅(qū)接口XS5：RS232接口 XS6：遠(yuǎn)程I/O板接口XS8：手持單元接口 XS9：主軸控制接口XS10、XS11：輸入開(kāi)關(guān)量接口 XS20、XS21：輸出開(kāi)關(guān)量接口XS30XS33：模擬式、脈沖式（含步進(jìn)式）進(jìn)給軸控制接口XS40XS43：串行式NSV-11型伺服軸控制接口若使用軟驅(qū)單元?jiǎng)tXS2、XS3、XS4、XS5為軟驅(qū)單元的轉(zhuǎn)接口。軟驅(qū)單元（選件）：軟驅(qū)單元為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換單元，該單元可為系統(tǒng)擴(kuò)展軟盤(pán)數(shù)據(jù)交換、外接鍵盤(pán)、RS232、DNC和以太網(wǎng)接口等功能。需要通過(guò)轉(zhuǎn)接

15、線與HNC-21數(shù)控裝置連接使用。軟驅(qū)單元接口如圖3所示：圖3 軟驅(qū)單元接口圖前視圖接口用于和外部計(jì)算機(jī)連接，后視圖接口用于和HNC-21連接。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、X10、X100）及手搖脈沖發(fā)生器。手持單元僅有一個(gè)DB25的接口。如圖4所示：圖4 手持單元接口圖手持接口插頭連接但HNC-21數(shù)控裝置的手持控制接口XS8上。I/O端子板（選件）：I/O端子板分輸入端子板和輸出端子板兩種，通常作為HNC-21數(shù)控裝置XS10、XS11、XS20、XS21接口的轉(zhuǎn)接單元使用，以方便連接及提高可靠性。輸入端

16、子板與輸出端子板均提供NPN和PNP兩種端子。每塊輸入端子板含20位開(kāi)關(guān)量輸入端子；每塊輸出端子板含16位開(kāi)關(guān)量輸出端子及急停（兩位）與超程（兩位）端子。圖5 輸入端子板接口圖圖6 輸出端子板接口圖遠(yuǎn)程I/O端子板（選件）：遠(yuǎn)程I/O端子板分遠(yuǎn)程輸入端子板與遠(yuǎn)程輸出端子板兩種，HNC-21數(shù)控裝置通過(guò)XS6控制。最多可連接4塊遠(yuǎn)程輸入端子板與4塊遠(yuǎn)程輸出端子板。每塊遠(yuǎn)程輸入端子板提供32位輸入開(kāi)關(guān)量端子，并且支持NPN和PNP兩種信號(hào)類型。每塊遠(yuǎn)程輸出端子板提供32位NPN開(kāi)關(guān)量輸出端子。圖7 遠(yuǎn)程輸入端子板接口圖J1：與數(shù)控裝置或上級(jí)遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J2：與下級(jí)遠(yuǎn)程I/O端子板連接

17、接口；J3：輸入開(kāi)關(guān)量（NPN和PNP）和直流24V電源端子。J1：與數(shù)控裝置或上級(jí)遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J2：與下級(jí)遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J3：輸出開(kāi)關(guān)量（NPN型）和直流24V電源端子。2.3.2電源：供電要求 電源容量：數(shù)控裝置（外部電源1）：AC24V或DC24V 100W。 PLC電路（外部電源2）：DC24V 不低于50W。 電 源 線：采用屏蔽電纜或雙絞線。 外部電源1采用交流AC24V電源時(shí)（參見(jiàn)供電方式一），建議數(shù)控裝置不與其他外部設(shè)備共用電源。 外部電源2建議采用直流DC24V/50W開(kāi)關(guān)電源。若開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)控制的直流24V繼電器較多，可適當(dāng)增加電源容量，或另外提

18、供電源，但必須與外部電源2共地。若Z軸抱閘和電磁閥也虛DC24V供電，盡量不要與外部電源2共用，以減少電磁閥等器件對(duì)數(shù)控裝置的干擾。 外部電源1采用直流DC24V電源時(shí)，可以與外部電源2共用一個(gè)容量不低于150W的直流24V開(kāi)關(guān)量（參見(jiàn)供電方式二）。 外部電源1，2經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置內(nèi)部電路，由XS8向手持單元上的開(kāi)關(guān)元件及手搖脈沖發(fā)生器提供電源，如圖11所示。 遠(yuǎn)程I/O端子板上的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量可在本地單獨(dú)使用電源。供電方式一：采用交流24V+直流24V供電：圖9 供電方式一供電方式二：采用直流24V供電：圖10 供電方式二接地：.1接大地： XS1的6腳在內(nèi)部已與數(shù)控裝置的機(jī)殼接地端子接通。由

19、于電源線電纜中的地線較細(xì)，因此，必須單獨(dú)增加一根截面積不小于2.5平方毫米的黃綠銅導(dǎo)線作為地線與數(shù)控裝置的機(jī)殼接地端子相連。.1接信號(hào)地： XS1的4腳在數(shù)控裝置內(nèi)部已與XS10、XS11、XS20、XS21開(kāi)關(guān)量接口的1、2、14、15腳連通。但為了提高開(kāi)關(guān)量信號(hào)的抗干擾能力，XS10、XS11、XS20、XS21開(kāi)關(guān)量接口的1，2，14，15腳應(yīng)采用單獨(dú)的電線連接到外部DC24V電源地上，以減少流過(guò)XS1的4腳（24V地）的電流，如圖11所示。 若某些輸入/輸出開(kāi)關(guān)量控制或接收信號(hào)的電氣元件（如繼電器、按鈕燈、接近開(kāi)關(guān)、霍爾開(kāi)關(guān)）的供電電源是單獨(dú)的，則其供電電源必須與輸入輸出開(kāi)關(guān)量的供電電

20、源共地。否則，數(shù)控裝置不能通過(guò)輸出開(kāi)關(guān)量可靠地控制這些元器件，或從這些元器件接收信號(hào)。2.3.3數(shù)控裝置與軟驅(qū)單元的連接軟驅(qū)單元含3.5軟驅(qū)驅(qū)動(dòng)器及標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤(pán)接口（小圓口）、RS232接口、以太網(wǎng)接口。各接口的功能和引腳定義與HNC-21數(shù)控裝置完全相同。圖12為軟驅(qū)單元與數(shù)控裝置的連接圖。圖12 與軟驅(qū)單元的連接框圖圖中連接軟驅(qū)單元的四根擴(kuò)展線接線方式，均以相應(yīng)引腳一一對(duì)應(yīng)焊接，如圖13所示。圖13 軟驅(qū)單元的接線圖軟驅(qū)單元與HNC-21數(shù)控裝置之間的距離主要是受軟驅(qū)連接電纜的長(zhǎng)度限制，所以二者之間的電纜長(zhǎng)度不宜超過(guò)1米。2.3.4數(shù)控裝置與外部計(jì)算機(jī)的連接： HNC-21數(shù)控裝置可以通過(guò)

21、RS232或以太網(wǎng)與外部計(jì)算機(jī)連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與共享。在硬件連接上，可以直接由HNC-21數(shù)控裝置背面的XS3、XS5接口連接，也可以通過(guò)軟驅(qū)單元上的串口接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接。通過(guò)RS232口與外部計(jì)算機(jī)連接：圖15 數(shù)控裝置通過(guò)RS232口與PC計(jì)算機(jī)連接（有軟驅(qū)單元的情況）連接以太網(wǎng)：通過(guò)以太網(wǎng)與外部計(jì)算機(jī)連接是一種快捷、可靠的方式。可以是與某臺(tái)外部計(jì)算機(jī)直接電纜連接（見(jiàn)圖16和圖17），也可以是先連接到HUB（集線器），再經(jīng)HUB連入局域網(wǎng)，與局域網(wǎng)上的其他任何計(jì)算機(jī)連接（見(jiàn)圖18和圖19）。在硬件上，可以直接使用HNC-21背面的以太網(wǎng)連接，也可以通過(guò)軟驅(qū)單元轉(zhuǎn)接后，用軟驅(qū)單元上的以太網(wǎng)口

22、連接。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。直接電纜連接：圖16 數(shù)控裝置通過(guò)以太網(wǎng)口與外部計(jì)算機(jī)直接電纜連接（沒(méi)有軟驅(qū)單元的情況）圖17 數(shù)控裝置通過(guò)以太網(wǎng)接口與外部計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)連接（沒(méi)有軟驅(qū)單元的情況）圖18 數(shù)控裝置通過(guò)以太網(wǎng)口與外部計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)連接（有軟驅(qū)單元的情況）2.3.5數(shù)控裝置開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口世紀(jì)星HNC-21數(shù)控開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口，有本機(jī)輸入/輸出（可通過(guò)輸入/輸出端子板轉(zhuǎn)接）和遠(yuǎn)程輸入輸出兩種，其中本機(jī)輸入有40位，本機(jī)輸出32位，遠(yuǎn)程輸入/輸出各128位（選件）。.1開(kāi)關(guān)量輸入接口特性等效電路NPN開(kāi)關(guān)量輸入：圖20 輸入開(kāi)關(guān)量

23、接口等效電路NPN型PNP開(kāi)關(guān)量輸入：圖21 輸入開(kāi)關(guān)量接口等效電路PNP型注：HNC-21本機(jī)輸入為NPN開(kāi)關(guān)量輸入；輸入端子板可提供NPN和PNP兩種開(kāi)關(guān)量輸入端子；遠(yuǎn)程輸入板可提供NPN和PNP兩種開(kāi)關(guān)量輸入端子。 2技術(shù)參數(shù)： （1）.采用光電耦合技術(shù)，最大隔離電壓2500VRMS（一分鐘） （2）.電源電壓24V （3）.導(dǎo)通電流IF=59mA （4）.最大漏電流0.1mA （5）.濾波時(shí)間約2毫秒 注：用有源開(kāi)關(guān)器件（如無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、霍爾開(kāi)關(guān)等）時(shí)，必須采用DC24V規(guī)格。.2開(kāi)關(guān)輸入接口引腳定義：HNC-21本機(jī)開(kāi)關(guān)量輸入接口：圖22 HNC-21本機(jī)開(kāi)關(guān)量輸入接口圖輸入端子板接口

24、：圖23 輸入端子板接口圖圖24 遠(yuǎn)程輸入端子板接口：圖25 遠(yuǎn)程輸入端子板接口圖J1：與數(shù)控裝置或上級(jí)遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J2：與下級(jí)遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J3：輸入開(kāi)關(guān)量（NPN和PNP）和直流24V電源端子。 對(duì)于同一位，N型和P型不能同時(shí)使用。圖26.3開(kāi)關(guān)量輸出接口特性等效電路NPN開(kāi)關(guān)量輸出接口：圖27 輸出開(kāi)關(guān)量接口等效電路NPN型PNP型開(kāi)關(guān)量輸出接口：圖28 輸出開(kāi)關(guān)量接口等效電路PNP型注：1.HNC-21本機(jī)輸出為NPN型輸出； 2.輸出端子板可同時(shí)提供PNP和NPN型輸出； 3.遠(yuǎn)程輸出端子板分為兩種，可分別提供NPN型和PNP型兩種端子。 2技術(shù)參數(shù) （1）

25、.采用光電耦合技術(shù)，最大隔離電壓2500VRMS（一分鐘） （2）.電源電壓24V （3）.最大輸出電流100mA.4開(kāi)關(guān)量輸出接口引腳定義HNC-21本機(jī)開(kāi)關(guān)量輸出接口：圖29 HNC-21本機(jī)開(kāi)關(guān)量輸出接口圖輸出端子板接口：圖30 輸出端子板接口圖圖31 注：對(duì)應(yīng)于同一位，N型和P型不可同時(shí)使用。遠(yuǎn)程輸出端子板接口：圖32 遠(yuǎn)程輸出端子板接口圖J1：與數(shù)控裝置或上級(jí)遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J2：與下級(jí)遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J3：輸出開(kāi)關(guān)量（NPN型）和直流24V電源端子。圖33 注：對(duì)于端子為PNP型的遠(yuǎn)程輸出端子板，J3端子334腳的信號(hào)為P0P31。3.5.2直接連接到數(shù)控裝置：

26、可將外部的輸入/輸出信號(hào)，直接連接到世紀(jì)星HNC-21裝置上的X10、X11插座。這種連接方式一般用于所需I/O點(diǎn)較少，數(shù)控裝置與電氣柜一體的情況。具有成本低，連接簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是不方便電纜拆裝，沒(méi)有PNP型輸入、輸出端子。圖34 開(kāi)關(guān)量輸入接線圖圖35 開(kāi)關(guān)量輸出接線圖通過(guò)I/O端子板連接：如圖36 所示，分線電纜將HNC-21數(shù)控裝置的XS10、XS11與輸入端子板的J1、XS20、XS21與輸出端子板的J1相連。NPN或PNP型開(kāi)關(guān)量輸入/輸出元器件連接雜端子板的J2上。該連接方式適用于所需用的I/O點(diǎn)不多，且數(shù)控裝置與強(qiáng)電控制電路分裝在不同機(jī)柜內(nèi)的情況；具有電路調(diào)試、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。

27、圖36 通過(guò)I/O端子板連接輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入端子板上J1與J2各信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：輸出端子板上J1與J2個(gè)信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：端子板每位開(kāi)關(guān)量都有NPN、PNP兩種接線端子，以及發(fā)光二級(jí)管指示燈，便于系統(tǒng)的調(diào)試和故障檢測(cè)。輸入/輸出端子板的J1接口與HNC-21數(shù)控裝置的XS10、XS11、XS20、XS21接口之間互連電纜的連接方式如圖37 所示。圖37 輸入/輸出端子板與數(shù)控單元互聯(lián)線纜圖通過(guò)遠(yuǎn)程I/O端子板連接采用通訊方式工作，通過(guò)HNC-21數(shù)控裝置的XS6接口連接到各遠(yuǎn)程I/O端子板。通訊電纜將HNC-21數(shù)控裝置的XS6與遠(yuǎn)程I/O端子板的J1相連，再通過(guò)J2與下

28、一塊遠(yuǎn)程I/O端子板相連。如圖38 所示。該連接方式適用于需用的I/O點(diǎn)很多，需要擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)的狀況。其優(yōu)點(diǎn)是所有遠(yuǎn)程I/O端子板與HNC-21數(shù)控裝置只需要一根通訊電纜串聯(lián)連接，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效距離可以達(dá)到50米，且板上每位開(kāi)關(guān)量都有發(fā)光二級(jí)管指示燈，便于系統(tǒng)的調(diào)試和故障檢測(cè)。最多可分別連接4塊遠(yuǎn)程I/O輸入端子板和4塊遠(yuǎn)程I/O輸出端子板。圖38 通過(guò)遠(yuǎn)程端子板連接輸入/輸出開(kāi)關(guān)量遠(yuǎn)程I/O端子板上的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量，按板卡的連接順序排列。遠(yuǎn)程輸入端子板的開(kāi)關(guān)量從第六組即I48開(kāi)始（HNC-21占用五組：I0I39，I40I47保留）。遠(yuǎn)程輸出端子板的開(kāi)關(guān)量，從第四組即032開(kāi)始（H

29、NC-21占用四組：00031）。最后一塊遠(yuǎn)程I/O端子板J2接口必須接入一個(gè)終端插頭（DB9頭孔）。接線圖見(jiàn)圖39 。圖39 遠(yuǎn)程I/O端子板與HNC-21數(shù)控裝置互聯(lián)線纜圖如圖39 所示，數(shù)控裝置的XS6接口與遠(yuǎn)程I/O端子板的J1接口之間管腳一一對(duì)應(yīng)連接；遠(yuǎn)程I/O端子板的J2接口與另一塊遠(yuǎn)程I/O端子板J1接口之間管腳一一對(duì)應(yīng)連接；最后一塊遠(yuǎn)程I/O端子板的J2借口，應(yīng)接入一個(gè)終端插頭，將19、46管腳短接。2.3.6數(shù)控裝置與手持單元的連接HNC-21手持接口定義： HNC-21數(shù)控裝置通過(guò)XS8接口（DB25座孔）與手持單元連接。 XS8的引腳定義如下：圖40 手持單元中坐標(biāo)選擇、

30、增量倍率選擇、使能按鈕、指示燈等需要占用PLC輸入/輸出開(kāi)關(guān)量。因此，手持接口（XS8）占用了數(shù)控裝置的開(kāi)關(guān)量輸出中的4路輸出（028031）、開(kāi)關(guān)量輸入中的8路輸入（I32I39）。注意：若系統(tǒng)中未選用手持單元，或所選手持單元上沒(méi)有急停按鈕時(shí)，應(yīng)該通過(guò)DB25頭針插頭將XS8上的第4、17腳短接。連接標(biāo)準(zhǔn)手持單元：標(biāo)準(zhǔn)手持單元，接口為DB25頭針插頭，可以直接連接到HNC-21數(shù)控裝置的XS8接口上。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)手持單元，HNC-21手持接口提供標(biāo)準(zhǔn)引腳定義（主要涉及輸入/輸出開(kāi)關(guān)量），引腳定義見(jiàn)表：表. 手持接口標(biāo)準(zhǔn)引腳定義（輸入/輸出開(kāi)關(guān)量）若未安裝手持單元，則需要通過(guò)一個(gè)DB25插頭短接手

31、持單元控制接口XS8上的4（ESTOP2）、17（ESTOP3）腳。否則，HNC-21數(shù)控裝置將會(huì)因面板上的急停按鈕不起作用，而導(dǎo)致數(shù)控裝置出現(xiàn)急停報(bào)警。圖41 數(shù)控裝置與手持單元連接圖2.3.7數(shù)控裝置與主軸裝置的連接：HNC-21數(shù)控裝置通過(guò)XS9主軸控制接口和PLC輸入/輸出接口，可連接各種主軸驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)、定向，調(diào)速等控制，還可以外接主軸編碼器，實(shí)現(xiàn)銑床上的剛性攻線功能。與主軸相關(guān)的接口定義.1主軸控制接口XS9XS9主軸控制接口，包括主軸速度模擬電壓指令輸出和主軸編碼器反饋輸入，其信號(hào)定義如下表。信號(hào)特性：主軸速度模擬電壓信號(hào)電壓范圍：AOUT1 -10V+10V AOUT2

32、 0+10V負(fù)載電流：最大10mA主軸編碼器接口電源輸出：+5V 最大200mA編碼器信號(hào)：RS422電平使用主軸變頻器或主軸伺服單元時(shí)，在連接前一定要確認(rèn)主軸單元模擬指令電壓接口的類型，若為-10V+10V，應(yīng)使用AOUT1（6腳）和GND；若為0+10V，應(yīng)使用AOUT2（14腳）和GND。.2與主軸控制相關(guān)的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量連接主軸裝置時(shí)需要使用輸入/輸出開(kāi)關(guān)量控制主軸電機(jī)的啟停、及接收相關(guān)的狀態(tài)與報(bào)警信息。與主軸控制有關(guān)的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)的定義如下：表. 與主軸控制有關(guān)的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)主軸啟停：主軸啟停控制由PLC承擔(dān)，標(biāo)準(zhǔn)銑床PLC程序中關(guān)于主軸啟?？刂频男盘?hào)如下表所示。表

33、. 與主軸啟停有關(guān)的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)利用Y1.0、Y1.1輸出即可控制主軸裝置的正、反轉(zhuǎn)及停止，一般定義接通有效，這樣當(dāng)Y1.0接通時(shí)可控制主軸裝置正轉(zhuǎn)，Y1.1接通時(shí)，主軸裝置反轉(zhuǎn)，二者都不接通時(shí)，主軸裝置停止旋轉(zhuǎn)。在使用某些主軸變頻器或主軸伺服單元時(shí)也可用Y1.0、Y1.1作為主軸單元的使能信號(hào)。部分主軸裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)方向由速度給定信號(hào)的正、負(fù)極性控制，這時(shí)可將主軸正轉(zhuǎn)信號(hào)用作主軸使能控制，主軸反轉(zhuǎn)信號(hào)不用。部分主軸控制器有速度到達(dá)和零速信號(hào)，由此可使用主軸速度到達(dá)和主軸零速輸入，實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)控。主軸速度控制：HNC-21通過(guò)XS9主軸接口中的模擬量輸出可控制主軸轉(zhuǎn)速，其中

34、AOUT1的輸出范圍為-10V+10V用于雙極性速度指令輸入的主軸驅(qū)動(dòng)單元或變頻器，這時(shí)采用使能信號(hào)控制主軸的啟、停；AOUT2的輸出范圍為0+10V，用于單極性速度指令輸入的主軸驅(qū)動(dòng)單元或變頻器，這時(shí)采用主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)信號(hào)控制主軸的正、反轉(zhuǎn)。主軸定向控制：實(shí)現(xiàn)主軸定向控制的方案一般有：采用帶主軸定向功能的主軸驅(qū)動(dòng)單元；采用伺服主軸即主軸工作在為控方式下；采用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)于第一種控制方式，標(biāo)準(zhǔn)銑床PLC程序中定義了相關(guān)的輸入/輸出的信號(hào)。表. 與主軸定向有關(guān)的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)由PLC發(fā)生主軸定向命令即Y1.3接通，主軸單元完成定向后送回主軸定向完成信號(hào)X3.3。第二種控制方式，主

35、軸作為一個(gè)伺服軸控制，可在需要時(shí)可由用戶PLC程序控制定向到任意角度。第三種控制方式，根據(jù)所采用的具體方式，用戶可自行定義有關(guān)PLC輸入/輸出點(diǎn)，并編制相應(yīng)PLC程序。主軸換檔控制：主軸自動(dòng)換檔通過(guò)PLC控制完成，標(biāo)準(zhǔn)銑床PLC程序中關(guān)于主軸換檔控制的信號(hào)如下表所示。表. 與主軸換檔控制有關(guān)的輸入/輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)使用主軸變頻器或主軸伺服時(shí)，需要在用戶PLC程序中根據(jù)不同的檔位確定主軸速度指令（模擬電壓）的值。車床通常為手動(dòng)換檔，如果安裝了主軸編碼器，則需要在用戶PLC程序中根據(jù)主軸編碼器反饋的主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速自動(dòng)判斷主軸目前的檔位，以調(diào)整主軸速度指令（模擬電壓）的值。主軸編碼器連接：通過(guò)主軸接口X

36、S9可外接主軸編碼器，用于螺紋切割、攻絲等，本數(shù)控裝置可接入兩種輸出類型的編碼器，差分TTL方波或單極性TTL方波。一般使用差分編碼器，從而確保長(zhǎng)的傳輸距離的可靠行及提高抗干擾能力。編碼器規(guī)格要求：1+5V電源（200mA以內(nèi)，若超過(guò)200mA需要設(shè)計(jì)外部電源供電）；2TTL電平輸出；3差分A、B、Z信號(hào)輸出。常用主軸編碼器型號(hào)為：LEC-BM-G05D（L、H）2.3.8數(shù)控裝置與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的連接：HNC-21數(shù)控裝置提供了三類軸控制接口：串行接口、脈沖接口、模擬接口，可與目前流行的大多數(shù)驅(qū)動(dòng)裝置連接，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表。表. 接口定義：.1串行進(jìn)給驅(qū)動(dòng)接口：串行進(jìn)給驅(qū)動(dòng)接口是與HSV-11系

37、列交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置連接的專用接口。它的特點(diǎn)是連接簡(jiǎn)便，抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)漂移。HNC-21C和HNC-21F最多可提供4個(gè)串行進(jìn)給驅(qū)動(dòng)接口XS40、XS41、XS42、XS43（第4軸是選項(xiàng)）。1.信號(hào)定義：2.技術(shù)規(guī)格：電平：RS232通訊波頻率：9600.2脈沖進(jìn)給驅(qū)動(dòng)接口：脈沖式接口使用脈沖信號(hào)，傳遞位置指令，可控制各種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、脈沖接口伺服驅(qū)動(dòng)裝置。其特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，信號(hào)傳遞抗干擾能力強(qiáng)，不會(huì)發(fā)生漂移，但構(gòu)成全閉環(huán)需在驅(qū)動(dòng)裝置中完成。HNC-21D和HNC-21F最多可提供4個(gè)脈沖進(jìn)給驅(qū)動(dòng)接口，連接插座為XS30、XS31、XS32、XS33（第4軸是選項(xiàng)）。1.信號(hào)定義：注：O

38、UTA模擬指令信號(hào)在HNC-21D型號(hào)中無(wú)效。2.技術(shù)規(guī)格：最高脈沖頻率：800KHZ；編碼器電源：+5V 150mA；編碼器信號(hào)：RS422電平；3.等效電路：脈沖指令輸出：圖42 脈沖指令輸出接口等效電路碼盤(pán)信號(hào)輸入：圖43 碼盤(pán)信號(hào)輸入接口等效電路 4.脈沖形式： 在數(shù)控裝置內(nèi)部，通過(guò)修改硬件配置參數(shù)，可以將脈沖輸出形式設(shè)定為脈沖加方向，雙脈沖，兩項(xiàng)正交三種模式。.3模擬進(jìn)給驅(qū)動(dòng)接口：模擬式接口使用模擬量信號(hào)傳遞速度指令控制控制伺服驅(qū)動(dòng)裝置，可連接各種交、直流伺服驅(qū)動(dòng)裝置。其特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，可構(gòu)成全閉環(huán)控制；缺點(diǎn)是容易被干擾，發(fā)生漂移，不適合長(zhǎng)距離連接。HNC-21A和HNC-21F最多

39、可提供4個(gè)模擬量軸接口，連接插座為與脈沖式接口相同，為XS30、XS31、XS32、XS33（第4軸是選項(xiàng)）。 1.信號(hào)定義：注：CP+、CP-、DIR-脈沖指令信號(hào)在HNC-21A型號(hào)中無(wú)效。 2.技術(shù)規(guī)格： 速度指令輸出范圍：-20mA+20mA（電流型）； 編碼器電源：+5V 150mA； 編碼器信號(hào)：RS422電平； 3.等效電路： 速度指令輸出：圖44 速度指令輸出接口等效電路 碼盤(pán)信號(hào)輸入接口的等效電路見(jiàn)圖43。連接HSV-11系列交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置使用HSV-11系列交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置，需選用HNC-21C或HNC-21F數(shù)控裝置，通過(guò)XS40XS43軸通訊接口連接HSV-11伺服驅(qū)

40、動(dòng)裝置，最多可連接4臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)裝置。圖45 為HNC-21連接HSV-11伺服驅(qū)動(dòng)裝置的總體框圖。圖45 HNC-21控制HSV-11系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器的總體框圖圖46 是HNC-21連接HSV-11伺服驅(qū)動(dòng)的一個(gè)實(shí)例。圖46 HNC-21與HSV-11型伺服驅(qū)動(dòng)器的連接2.3.9急停與超程解除的設(shè)計(jì)HNC-21數(shù)控裝置操作面板和手持單元上，均設(shè)有急停按鈕，用于：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)或數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)緊急情況，需要使數(shù)控機(jī)床立即停止運(yùn)動(dòng)或切斷動(dòng)力裝置（如伺服驅(qū)動(dòng)器等）的主電源；當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警信息后，須按下急停按鈕。待查看報(bào)警信息并排除故障后，再松開(kāi)急停按鈕，使系統(tǒng)復(fù)位并恢復(fù)正常。該急停按鈕及相關(guān)電路

41、所控制的中間繼電器（KA）的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)應(yīng)該接入HNC-21數(shù)控裝置的開(kāi)關(guān)量輸入接口，以便為系統(tǒng)提供復(fù)位信號(hào)。HNC-21數(shù)控裝置操作面板設(shè)有超程解除按鈕，用于機(jī)床壓下超程限位開(kāi)關(guān)后，手工操作解除超程狀態(tài)。HNC-21數(shù)控裝置為此設(shè)計(jì)了接口電路，相關(guān)信號(hào)如表所示。表.內(nèi)部電路關(guān)系和外部電路的設(shè)計(jì)如圖47 所示。除數(shù)控裝置操作面板和手持單元處的急停按鈕外，系統(tǒng)還可根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)置更多急停按鈕。所有急停按鈕的常閉觸點(diǎn)以串聯(lián)方式，連接到系統(tǒng)的急?；芈分小Ｔ谡Ｇ闆r下，急停按鈕處于松開(kāi)狀態(tài)，其觸點(diǎn)處于常閉狀態(tài)。按下急停按鈕后，其觸點(diǎn)斷開(kāi)，使得系統(tǒng)的急停回路所控制的中間繼電器KA斷電，而切斷移動(dòng)裝置（

42、如進(jìn)給軸電機(jī)、主軸電機(jī)、刀庫(kù)/架電機(jī)等）的動(dòng)力電源。同時(shí)，連接在PLC輸入端的中間繼電器KA的一組常開(kāi)觸點(diǎn)，向系統(tǒng)發(fā)出急停報(bào)警。此信號(hào)在打開(kāi)急停按鈕時(shí)則作為系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)。圖47 急停與超程解除信號(hào)內(nèi)部電路關(guān)系和外部電路建議接法系統(tǒng)中，各軸的正向、負(fù)向的超程限位開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)以串聯(lián)方式，連接到系統(tǒng)的超程回路中。同時(shí)，每個(gè)超程限位開(kāi)關(guān)另有一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)連接PLC輸入端，是系統(tǒng)能夠判斷各超程限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。在正常情況下，超程限位開(kāi)關(guān)處于松開(kāi)狀態(tài)。若用戶操作機(jī)床，不慎將某軸的超程限位開(kāi)關(guān)壓下，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使得系統(tǒng)的超程回路斷開(kāi)，同時(shí)，使急?；芈分械闹虚g繼電器KA斷電，而自動(dòng)切斷移動(dòng)裝置的動(dòng)力電源。

43、超程限位開(kāi)關(guān)連接在PLC輸入端的常開(kāi)觸點(diǎn)向系統(tǒng)發(fā)出超程報(bào)警信息（發(fā)生超程的坐標(biāo)軸及超程方向），并使超程解除按鈕上的指使燈發(fā)光。與急停報(bào)警一樣，發(fā)生超程時(shí)，中間繼電器KA斷電也會(huì)斷電，中間繼電器KA的一組常開(kāi)觸點(diǎn)也會(huì)通過(guò)PLC輸入端，向系統(tǒng)發(fā)出急停報(bào)警信號(hào)。但系統(tǒng)的PLC除檢測(cè)中間繼電器KA的常開(kāi)觸點(diǎn)外，還檢測(cè)各超程限位開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)的狀態(tài)，以此區(qū)分急停報(bào)警和超程報(bào)警。發(fā)生超程后，系統(tǒng)處于超程報(bào)警狀態(tài)，各進(jìn)給裝置的動(dòng)力電源已被切斷。為了解除超程，用戶應(yīng)該按以下步驟操作：1）按住數(shù)控裝置操作面板上的超程解除按鈕，使系統(tǒng)復(fù)位。在解除超程前，不得松開(kāi)超程解除按鈕；2）手動(dòng)操作機(jī)床的進(jìn)給軸按正確的方向移

44、動(dòng)，使被壓下的超程限位開(kāi)關(guān)松開(kāi)（此時(shí)，超程解除按鈕上的指示燈將熄滅）；3）松開(kāi)超程解除按鈕。設(shè)計(jì)建議：以上涉及的如系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)、超程按鈕燈點(diǎn)亮與熄滅、超程的坐標(biāo)軸及方向的判別需要有PLC程序?qū)崿F(xiàn)。在編制PLC程序，應(yīng)保證操作者解除超程時(shí)，若按錯(cuò)解除超程的方向，其進(jìn)給軸不得移動(dòng)。只有操作者按解除超程的正確方向時(shí)，進(jìn)給軸才會(huì)移動(dòng)。否則，可能會(huì)出現(xiàn)滾珠絲杠嚴(yán)重?fù)p壞的故障。3.10電磁兼容設(shè)計(jì)為了保證數(shù)控系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境中能夠正常工作，系統(tǒng)必須達(dá)到GB8832-1999.5“數(shù)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件”中的電磁兼容性要求。電磁兼容性（EMC）是指： 電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾不應(yīng)超過(guò)其預(yù)期使用場(chǎng)合允許的水平。 設(shè)

45、備對(duì)電磁干擾應(yīng)有足夠的抗擾度水平，以保證電氣設(shè)備在預(yù)期使用環(huán)境中可以正確運(yùn)行。數(shù)控系統(tǒng)電磁兼容性主要內(nèi)容： 數(shù)控系統(tǒng)電磁兼容性主要包括以下四個(gè)方面：電壓中斷和電壓暫降 在交流輸入電源任一周期內(nèi)的任一時(shí)刻中斷半周期；電壓暫降時(shí)間不超過(guò)一個(gè)周期，幅值降為額定值的40%，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能正常工作?？焖偎沧冸娒}沖群抗擾性數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，在交流供電電源端和保護(hù)地端之間進(jìn)行快速瞬變電脈沖群抗擾性試驗(yàn)，加入脈沖電壓峰值2KV，重復(fù)率5KHz，實(shí)驗(yàn)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能正常工作。數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，在I/O信號(hào)、數(shù)據(jù)和控制端口電纜用耦合加入峰值為1KV，重復(fù)率5KHz脈沖群，系統(tǒng)應(yīng)能正常工作。浪涌抗擾性 在交流輸入電源中疊

46、加峰值為1KV浪涌電壓，在交流輸入電源對(duì)地端疊加峰值為2KV浪涌電壓，系統(tǒng)應(yīng)能正常工作。靜電放電抗擾性 數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，對(duì)操作人員經(jīng)常觸及的所有部位進(jìn)行靜電放電試驗(yàn)，接觸放電電壓6KV，空氣放電電壓8KV，放電試驗(yàn)中，系統(tǒng)應(yīng)能正常工作。2.3.11數(shù)控銑床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：系統(tǒng)簡(jiǎn)介： 機(jī)床：四坐標(biāo)銑床，X、Y、Z直線坐標(biāo)軸+A旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸（選項(xiàng)）； 控制柜結(jié)構(gòu)：強(qiáng)電控制柜+吊掛箱； 主軸：變頻器，液壓換檔，分高速、低速兩檔。表. 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要器件總體框圖：圖48 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖23.11.3輸入輸出開(kāi)關(guān)量的定義：以下為典型銑床數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入輸出開(kāi)關(guān)量的定義，有些開(kāi)關(guān)量雖然給出了定義但并未使

47、用。XS8插座中的I30I39、028031信號(hào)與XS11和XS21插座中各同名信號(hào)均為并聯(lián)關(guān)系，留給手持單元使用，直接由XS8引出。對(duì)輸入I和輸出0重新標(biāo)號(hào)為X和Y，是為了與PLC狀態(tài)顯示相一致，在PLC編程中也更方便。X0.0、X0.1X1.2與I00、I01I10相對(duì)應(yīng)。即X0代表PLC輸入第0個(gè)字節(jié)，X1代表PLC輸入第1個(gè)字節(jié)；X1.3代表PLC輸入第1個(gè)字節(jié)的第三位，即輸入開(kāi)關(guān)量的I11。XS21（DB25/F）未用。XS8（DB25/F頭針座孔）手持單元接口：引腳號(hào)信號(hào)名標(biāo)號(hào)信號(hào)定義135V地手搖脈沖發(fā)生器+5V電源地25 +5V手搖脈沖發(fā)生器+5V電源12HB手搖脈沖發(fā)生器B相

48、24HA手搖脈沖發(fā)生器A相11O28Y3.4未定義；23O29Y3.5未定義；10O30Y3.6手持單元工作指示燈，低電平有效；22O31Y3.7未定義；9I32Y4.0手持單元坐標(biāo)選擇輸入X軸，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；21I33Y4.1手持單元坐標(biāo)選擇輸入Y軸，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；8I34Y4.2手持單元坐標(biāo)選擇輸入Z軸，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；20I35Y4.3手持單元坐標(biāo)選擇輸入A軸，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；7I36Y4.4手持單元增量倍率輸入X1， 常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；19I37Y4.5手持單元增量倍率輸入X10， 常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；6I38Y4.6手持單元增量倍率輸入X100，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；18I39

49、Y4.7手持單元使能輸入，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；5空17ESTOP3ES3手持單元急停按鈕串接到急?；芈返亩俗?ESTOP2ES2手持單元急停按鈕串接到急停回路的端子3.16 +24V24V為手持單元的輸入輸出開(kāi)關(guān)量供電的DC24V電源24V地24G為手持單元的輸入輸出開(kāi)關(guān)量供電的DC24V電源地XS10（DB25/F頭針座孔）PLC輸入接口（I0I19）：引腳號(hào)信號(hào)名標(biāo)號(hào)信號(hào)定義13I0X0.0X軸正向超程限位開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；25I1X0.1X軸負(fù)向超程限位開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；12I2X0.2Y軸正向超程限位開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；24I3X0.3Y軸負(fù)向超程限位開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有

50、效；11I4X0.4Z軸正向超程限位開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；23I5X0.5Z軸負(fù)向超程限位開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；10I6X0.6A軸正向超程限位開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉和有效；22I7X0.7A軸負(fù)向超程限位開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉和有效；9I8X1.0X軸回參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；21I9X1.1Y軸回參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；8I10X1.2Z軸回參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；20I11X1.3A軸回參考點(diǎn)開(kāi)關(guān)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；7I12X1.4冷卻系統(tǒng)報(bào)警，常閉點(diǎn)，斷開(kāi)有效；（未用）19I13X1.5潤(rùn)滑系統(tǒng)報(bào)警，常閉點(diǎn)，斷開(kāi)有效；6I14X1.6壓力系統(tǒng)報(bào)警，常閉點(diǎn)，斷開(kāi)有效；18I15

51、X1.7未定義；5I16X2.0主軸一檔（低速）到位，常閉點(diǎn)，斷開(kāi)有效；17I17X2.1主軸二檔（高速）到位，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；4I18X2.2未定義；16I19X2.3未定義；3空24V地外部直流24V電源地XS11（DB25/F頭針座孔）PLC輸入接口（I20I39）：引腳號(hào)信號(hào)名標(biāo)號(hào)信號(hào)定義13I20X2.4外部運(yùn)行允許，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；25I21X2.5伺服電源準(zhǔn)備好，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；12I22X2.6伺服驅(qū)動(dòng)模塊OK，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；24I23X2.7電柜空氣開(kāi)關(guān)OK，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；11I24X3.0主軸報(bào)警，常閉點(diǎn)，斷開(kāi)有效；23I25X3.1主軸速度到達(dá)，常開(kāi)點(diǎn)，閉合

52、有效；10I26X3.2主軸零速，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效22I27X3.3主軸定向完成，常開(kāi)點(diǎn)，閉合有效；（未用）9I28X3.4未定義；21I29X3.5未定義；8I30X3.6未定義；20I31X3.7未定義；4-7、16-19I32-I39與XS8并聯(lián)，用于手持單元的坐標(biāo)選擇輸入、增量倍率輸入、使能按鈕輸入；3空24V地外部直流24V電源地XS20（DB25/F頭孔座針）PLC輸出接口（O0O15）：引腳號(hào)信號(hào)名標(biāo)號(hào)信號(hào)定義13OOOY0.0運(yùn)行允許，低電平有效；25O01Y0.1系統(tǒng)復(fù)位，低電平有效；12O02Y0.2伺服允許，低電平有效；24O03Y0.3SV-CWL（伺服減電流），低電平

53、有效11O04Y0.4升降軸抱閘，低電平有效；23O05Y0.5冷卻開(kāi)，低電平有效；10O06Y0.6刀具松，低電平有效；22O07Y0.7未定義；9O08Y1.0主軸正轉(zhuǎn)（主軸使能），低電平有效；21O09Y1.1主軸反轉(zhuǎn)（主軸使能），低電平有效；8O10Y1.2主軸制動(dòng)，低電平有效；（未用）20O11Y1.3主軸定向，低電平有效；（未用）7O12Y1.4主軸一檔（低速），低電平有效；19O13Y1.5主軸二檔（高速），低電平有效；（未用）6O14Y1.6未定義；（主軸三檔備用，低電平有效。）18O15Y1.7未定義；（主軸四檔備用，低電平有效。）5空17ESTOP3急?；芈夫?qū)動(dòng)KA繼電器控

54、制動(dòng)力電源的輸出端子4ESTOP1急?；芈放c超程回路的串聯(lián)的接入端子16OTBS2超程限位開(kāi)關(guān)的接入端子3OTPS1超程限位開(kāi)關(guān)的接入端子24V地外部直流24V電源地電氣原理圖簡(jiǎn)介：下面以示意圖的形式，給出電氣原理圖的主要部分。對(duì)于線號(hào)，僅給出了在不同的頁(yè)面均出現(xiàn)的線纜的線號(hào)。.1電源部分：在本設(shè)計(jì)中，照明燈的AC24V電源和HNC-21的AC24V電源是各自獨(dú)立的；工作電流較大的電磁閥用DC24V電源與輸出開(kāi)關(guān)量（如繼電器、伺服控制信號(hào)等）用的DC24V電源也是各自獨(dú)立的，且中間用一個(gè)低通濾波器隔離開(kāi)來(lái)?？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(lái)。圖49 中QF0

55、QF4為三相空氣開(kāi)關(guān)；QF5QF11為單相空氣開(kāi)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）；KA1KA10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49數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-主、控制回路 表示該部分信號(hào)在其他原理圖中需要使用。.2繼電器的輸入輸出開(kāi)關(guān)量：繼電器主要是由輸出開(kāi)關(guān)量控制的，輸入開(kāi)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50 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

56、軸的正、負(fù)超程限位開(kāi)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(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)； SQZ-1、SQZ-3 分別為Z軸的正、負(fù)超程限位開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)； 440為來(lái)自伺服電源模塊與伺服驅(qū)動(dòng)模塊的故障連鎖； 100為圖49 中DC24V 50W開(kāi)關(guān)電源的地；圖51 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-輸入輸出開(kāi)關(guān)量1 圖中100，為圖49中DC24V 50W開(kāi)關(guān)電源的地； 手持單元的部件標(biāo)識(shí)為31，并由PLC系統(tǒng)參數(shù)中按其部件號(hào)來(lái)引用該設(shè)備。圖52 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-輸入輸出開(kāi)關(guān)量2.3主軸單元接線圖：圖53 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-主軸單元.4伺服驅(qū)動(dòng)器接線圖：圖54 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-伺服

57、驅(qū)動(dòng)電路用HSV-11型伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)1FT6系列伺服電機(jī)時(shí)要特別注意：伺服電機(jī)電源線V、W應(yīng)該與圖54 所示的接法交換。各電纜線的連接見(jiàn)圖55圖55 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-伺服驅(qū)動(dòng)電纜連接第三章伺服電機(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)

58、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)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)

59、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(guò)大。否則，為了足夠大的角加速度而采取過(guò)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=215.8Ncm2 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+

60、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/9.6t10-4=19.55kgfcm 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=30.02=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=10