HNC-21系列銑床電氣系統(tǒng)控制設(shè)計

1、XX學(xué)院設(shè)計說明書課 題： 數(shù)控銑床電氣系統(tǒng)控制設(shè)計 子課題: 同課題學(xué)生姓名: 專 業(yè) 學(xué)生姓名 班 級 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 完成日期 前言隨著社會生產(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領(lǐng)域并迅速地向前推進(jìn)，特別是近幾年來在機械加工領(lǐng)域引起了許多深刻的改革。雙面鉆孔組合機床在運用就是運用了PLC技術(shù)與機床電氣的過程及注意事項，實現(xiàn)了機電一體化的運用，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，在機械制造業(yè)中已不再是僅僅要求單機自動化，而是要求實現(xiàn)一條生產(chǎn)線，一個車間、一個工廠甚至更大規(guī)模的全盤自動化，這便體現(xiàn)PLC技術(shù)的重要性。在設(shè)計中，參考了機電一體化技術(shù)方

2、面和PLC方面的教材和資料，在書后的參考文獻(xiàn)中列出，這些寶貴的資料對我完成畢業(yè)設(shè)計起到了重要的作用，在設(shè)計中有許多不妥之處，敬請老師提出寶貴指正.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。本文就對鉆銑床的機械結(jié)構(gòu)、電氣控制和數(shù)控三部分進(jìn)行了設(shè)計，基本可以滿足鉆銑床的運行。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。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)控機床的發(fā)展史1.2數(shù)控機床的現(xiàn)狀1.3數(shù)控機床的特點和用途 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 2.1可編程器的選擇和可行性的論證設(shè)計的內(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)計方案的擬訂 2.3電氣部分設(shè)計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)控裝置與外部計算機的連接2.3.5數(shù)控裝置開關(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)動裝置的連接2.

4、3.9急停與超程解除的設(shè)計2.3.10電磁兼容設(shè)計2.3.11數(shù)控機床系統(tǒng)總體設(shè)計第三章 伺服電機的選擇與計算 3.1伺服電機的選擇計算 3.2慣量匹配計算第四章 數(shù)控部分設(shè)計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操作臺結(jié)構(gòu)4.2.2顯示器4.2.3NCP鍵盤第五章 外文翻譯第六章 參考文獻(xiàn)緒論1.1數(shù)控機床的發(fā)展史： 1949年帕森斯公司正式接受美國空軍委托，在麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室的協(xié)助下，開始從事數(shù)控機床的研制工作。經(jīng)過三年時間的研究，于1952年試制成功世界第一臺數(shù)控機床試驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標(biāo)連續(xù)控制

5、銑床，這便是數(shù)控機床的第一代。 1953年，美國空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，開始從事計算機自動編程的研究。這就是APT自動編程的開始。 1958年美國克耐杜列克公司在世界上首先研制成功了帶自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為“加工中心”。 1959年，計算機行業(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。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，小型計算機的價格急劇下降。小型計算機開始取代專用數(shù)控計算機，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)稱為計算機數(shù)

6、控系統(tǒng)（CNC）。1970年，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了這種系統(tǒng)，稱為第四代數(shù)控。 1974年美國、日本等國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)控機床的現(xiàn)狀： 數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、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，數(shù)控技術(shù)關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位，是體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其水平高低是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的核心標(biāo)志，實現(xiàn)加工機床及生產(chǎn)過程數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)

7、今制造業(yè)的發(fā)展方向。 國產(chǎn)數(shù)控機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，特別是國家重點工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。我國進(jìn)口的數(shù)控系統(tǒng)基本為德國西門子（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的占有率超過。1.3數(shù)控機床的特點和用途：具有較強的適應(yīng)性和通用性數(shù)控機床的加工對象改變時，只需要新編制相應(yīng)的程序，輸入計算機就可以自動地加工出新的工件。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)控機床的柔性也在不斷擴展，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)控機床的功率的剛度都比普遍機床性能高，允許進(jìn)行大切削用量的強力切削。這有效地縮短了切削時間。改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率應(yīng)用數(shù)控機床時，工人不需直接操作機床，而是編好程序調(diào)整好機床后由數(shù)控系統(tǒng)來控制機床，免除了繁重的手工操作。一人能管理幾臺機床，提高了勞動生產(chǎn)率。當(dāng)然，對工人的文化技術(shù)要求也提高了。數(shù)控機床

9、的操作者，既是體力勞動者，也是腦力勞動者。能實現(xiàn)復(fù)雜零件的加工普通機床難以實現(xiàn)或無法實現(xiàn)軌跡為二次以上的曲線或曲面的運動，如螺旋槳、氣輪機葉片之類的空間曲面。而數(shù)控機床由于采用了計算機插補技術(shù)和多坐標(biāo)聯(lián)動控制，可以實現(xiàn)幾乎是任意軌跡的運動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)管理用計算機管理生產(chǎn)是實現(xiàn)管理現(xiàn)代化的重要手段。數(shù)控機床的切削條件、切削時間等都是由預(yù)先編好的程序決定，都能實現(xiàn)數(shù)據(jù)化。這就便于準(zhǔn)確地編制生產(chǎn)計劃，為計算機管理生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。數(shù)控機床適宜與計算機聯(lián)系，目前已成為計算機輔助設(shè)計、輔助制造和計算機管理一體化的基礎(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)簡介：隨著微處理器：計算機和數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展，計算機控制已經(jīng)擴展到幾乎所有領(lǐng)域。當(dāng)前用于工業(yè)控制的計算機可分為幾類，例如，可編程序控制器，基于單片機的測控裝置，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、功能強大、使用方便，所以成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要設(shè)備之一，PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動化的控制系統(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、采集輸入信號執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。2、I/0模塊：輸入（input）模塊和輸出模塊簡稱I/0模塊，它是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁，輸入模塊用來接收和采集輸入信號，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上直接生成編輯梯形圖或指令表程序，并可實現(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中的程序上傳到計算機。4、電源:PLC一般使用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

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，隨著其性能價格比的不斷提高，應(yīng)有范圍不斷擴大，如1、運動控制、金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯。2、閉環(huán)控制如：塑料擠壓成形機、加熱爐以及輕工化工機械冶金電力。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：“世紀(jì)星”HNC-21系列數(shù)控裝置（HNC-21T、HNC-21M）采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC機、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、電子盤等程序存儲方式以及軟驅(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；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：輸入開關(guān)量接口 XS20、XS21：輸出開關(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)單元則XS2、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)擴展軟盤數(shù)據(jù)交換、外接鍵盤、RS232、DNC和以太網(wǎng)接口等功能。需要通過轉(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算機連接，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位開關(guān)量輸入端子；每塊輸出端子板含16位開關(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位輸入開關(guān)量端子，并且支持NPN和PNP兩種信號類型。每塊遠(yuǎn)程輸出端子板提供32位NPN開關(guān)量輸出端子。圖7 遠(yuǎn)程輸入端子板接口圖J1：與數(shù)控裝置或上級遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J2：與下級遠(yuǎn)程I/O端子板連接

17、接口；J3：輸入開關(guān)量（NPN和PNP）和直流24V電源端子。J1：與數(shù)控裝置或上級遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J2：與下級遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J3：輸出開關(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（參見供電方式一），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開關(guān)電源。若開關(guān)量輸出信號控制的直流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數(shù)控裝置的干擾。 外部電源1采用直流DC24V電源時，可以與外部電源2共用一個容量不低于150W的直流24V開關(guān)量（參見供電方式二）。 外部電源1，2經(jīng)過數(shù)控裝置內(nèi)部電路，由XS8向手持單元上的開關(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/輸出開關(guān)量可在本地單獨使用電源。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)控裝置的機殼接地端子相連。.1接信號地： XS1的4腳在數(shù)控裝置內(nèi)部已與XS10、XS11、XS20、XS21開關(guān)量接口的1、2、14、15腳連通。但為了提高開關(guān)量信號的抗干擾能力，XS10、XS11、XS20、XS21開關(guān)量接口的1，2，14，15腳應(yīng)采用單獨的電線連接到外部DC24V電源地上，以減少流過XS1的4腳（24V地）的電流，如圖11所示。 若某些輸入/輸出開關(guān)量控制或接收信號的電氣元件（如繼電器、按鈕燈、接近開關(guān)、霍爾開關(guān)）的供電電源是單獨的，則其供電電源必須與輸入輸出開關(guān)量的供電電

20、源共地。否則，數(shù)控裝置不能通過輸出開關(guān)量可靠地控制這些元器件，或從這些元器件接收信號。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)動器及標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤接口（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)單元的四根擴展線接線方式，均以相應(yīng)引腳一一對應(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)連接電纜的長度限制，所以二者之間的電纜長度不宜超過1米。2.3.4數(shù)控裝置與外部計算機的連接： HNC-21數(shù)控裝置可以通過

21、RS232或以太網(wǎng)與外部計算機連接，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，也可以通過軟驅(qū)單元上的串口接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接。通過RS232口與外部計算機連接：圖15 數(shù)控裝置通過RS232口與PC計算機連接（有軟驅(qū)單元的情況）連接以太網(wǎng)：通過以太網(wǎng)與外部計算機連接是一種快捷、可靠的方式?？梢允桥c某臺外部計算機直接電纜連接（見圖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)上的其他任何計算機連接（見圖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。連接電纜請使用網(wǎng)絡(luò)專用電纜。以太網(wǎng)接口插頭型號均為RJ45。直接電纜連接：圖16 數(shù)控裝置通過以太網(wǎng)口與外部計算機直接電纜連接（沒有軟驅(qū)單元的情況）圖17 數(shù)控裝置通過以太網(wǎng)接口與外部計算機局域網(wǎng)連接（沒有軟驅(qū)單元的情況）圖18 數(shù)控裝置通過以太網(wǎng)口與外部計算機局域網(wǎng)連接（有軟驅(qū)單元的情況）2.3.5數(shù)控裝置開關(guān)量的輸入/輸出開關(guān)量輸入輸出接口世紀(jì)星HNC-21數(shù)控開關(guān)量輸入/輸出接口，有本機輸入/輸出（可通過輸入/輸出端子板轉(zhuǎn)接）和遠(yuǎn)程輸入輸出兩種，其中本機輸入有40位，本機輸出32位，遠(yuǎn)程輸入/輸出各128位（選件）。.1開關(guān)量輸入接口特性等效電路NPN開關(guān)量輸入：圖20 輸入開關(guān)量

23、接口等效電路NPN型PNP開關(guān)量輸入：圖21 輸入開關(guān)量接口等效電路PNP型注：HNC-21本機輸入為NPN開關(guān)量輸入；輸入端子板可提供NPN和PNP兩種開關(guān)量輸入端子；遠(yuǎn)程輸入板可提供NPN和PNP兩種開關(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）.濾波時間約2毫秒 注：用有源開關(guān)器件（如無觸點開關(guān)、霍爾開關(guān)等）時，必須采用DC24V規(guī)格。.2開關(guān)輸入接口引腳定義：HNC-21本機開關(guān)量輸入接口：圖22 HNC-21本機開關(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)控裝置或上級遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J2：與下級遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J3：輸入開關(guān)量（NPN和PNP）和直流24V電源端子。 對于同一位，N型和P型不能同時使用。圖26.3開關(guān)量輸出接口特性等效電路NPN開關(guān)量輸出接口：圖27 輸出開關(guān)量接口等效電路NPN型PNP型開關(guān)量輸出接口：圖28 輸出開關(guān)量接口等效電路PNP型注：1.HNC-21本機輸出為NPN型輸出； 2.輸出端子板可同時提供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開關(guān)量輸出接口引腳定義HNC-21本機開關(guān)量輸出接口：圖29 HNC-21本機開關(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：對應(yīng)于同一位，N型和P型不可同時使用。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)控裝置或上級遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J2：與下級遠(yuǎn)程I/O端子板連接接口；J3：輸出開關(guān)量（NPN型）和直流24V電源端子。圖33 注：對于端子為PNP型的遠(yuǎn)程輸出端子板，J3端子334腳的信號為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，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點較少，數(shù)控裝置與電氣柜一體的情況。具有成本低，連接簡單的特點，缺點是不方便電纜拆裝，沒有PNP型輸入、輸出端子。圖34 開關(guān)量輸入接線圖圖35 開關(guān)量輸出接線圖通過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點不多，且數(shù)控裝置與強電控制電路分裝在不同機柜內(nèi)的情況；具有電路調(diào)試、維護(hù)方便的優(yōu)點。

27、圖36 通過I/O端子板連接輸入/輸出開關(guān)量輸入端子板上J1與J2各信號的對應(yīng)關(guān)系如下表所示：輸出端子板上J1與J2個信號的對應(yīng)關(guān)系如下表所示：端子板每位開關(guān)量都有NPN、PNP兩種接線端子，以及發(fā)光二級管指示燈，便于系統(tǒng)的調(diào)試和故障檢測。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)線纜圖通過遠(yuǎn)程I/O端子板連接采用通訊方式工作，通過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點很多，需要擴展I/O點數(shù)的狀況。其優(yōu)點是所有遠(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，且板上每位開關(guān)量都有發(fā)光二級管指示燈，便于系統(tǒng)的調(diào)試和故障檢測。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 通過遠(yuǎn)程端子板連接輸入/輸出開關(guān)量遠(yuǎn)程I/O端子板上的輸入/輸出開關(guān)量，按板卡的連接順序排列。遠(yuǎn)程輸入端子板的開關(guān)量從第六組即I48開始（HNC-21占用五組：I0I39，I40I47保留）。遠(yuǎn)程輸出端子板的開關(guān)量，從第四組即032開始（H

29、NC-21占用四組：00031）。最后一塊遠(yuǎn)程I/O端子板J2接口必須接入一個終端插頭（DB9頭孔）。接線圖見圖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/輸出開關(guān)量。因此，手持接口（XS8）占用了數(shù)控裝置的開關(guān)量輸出中的4路輸出（028031）、開關(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有急停按鈕時，應(yīng)該通過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/輸出開關(guān)量），引腳定義見表：表. 手持接口標(biāo)準(zhǔn)引腳定義（輸入/輸出開關(guān)量）若未安裝手持單元，則需要通過一個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)動器，實現(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，其信號定義如下表。信號特性：主軸速度模擬電壓信號電壓范圍：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：RS422電平使用主軸變頻器或主軸伺服單元時，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/輸出開關(guān)量連接主軸裝置時需要使用輸入/輸出開關(guān)量控制主軸電機的啟停、及接收相關(guān)的狀態(tài)與報警信息。與主軸控制有關(guān)的輸入/輸出開關(guān)量信號的定義如下：表. 與主軸控制有關(guān)的輸入/輸出開關(guān)量信號主軸啟停：主軸啟?？刂朴蒔LC承擔(dān)，標(biāo)準(zhǔn)銑床PLC程序中關(guān)于主軸啟?？刂频男盘柸缦卤硭?。表

33、. 與主軸啟停有關(guān)的輸入/輸出開關(guān)量信號利用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接通時可控制主軸裝置正轉(zhuǎn)，Y1.1接通時，主軸裝置反轉(zhuǎn)，二者都不接通時，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也可用Y1.0、Y1.1作為主軸單元的使能信號。部分主軸裝置的運轉(zhuǎn)方向由速度給定信號的正、負(fù)極性控制，這時可將主軸正轉(zhuǎn)信號用作主軸使能控制，主軸反轉(zhuǎn)信號不用。部分主軸控制器有速度到達(dá)和零速信號，由此可使用主軸速度到達(dá)和主軸零速輸入，實現(xiàn)PLC對主軸運轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)控。主軸速度控制：HNC-21通過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)動單元或變頻器，這時采用使能信號控制主軸的啟、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)動單元或變頻器，這時采用主軸正轉(zhuǎn)、主軸反轉(zhuǎn)信號控制主軸的正、反轉(zhuǎn)。主軸定向控制：實現(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)動單元；采用伺服主軸即主軸工作在為控方式下；采用機械方式實現(xiàn)。對應(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。表. 與主軸定向有關(guān)的輸入/輸出開關(guān)量信號由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X3.3。第二種控制方式，主

35、軸作為一個伺服軸控制，可在需要時可由用戶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，并編制相應(yīng)PLC程序。主軸換檔控制：主軸自動換檔通過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如下表所示。表. 與主軸換檔控制有關(guān)的輸入/輸出開關(guān)量信號使用主軸變頻器或主軸伺服時，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際轉(zhuǎn)速自動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200mA需要設(shè)計外部電源供電）；2TTL電平輸出；3差分A、B、Z信號輸出。常用主軸編碼器型號為：LEC-BM-G05D（L、H）2.3.8數(shù)控裝置與進(jìn)給驅(qū)動裝置的連接：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)動裝置連接，其對應(yīng)關(guān)系如表。表. 接口定義：.1串行進(jìn)給驅(qū)動接口：串行進(jìn)給驅(qū)動接口是與HSV-11系

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

38、UTA模擬指令信號在HNC-21D型號中無效。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：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信號輸入：圖43 碼盤信號輸入接口等效電路 4.脈沖形式： 在數(shù)控裝置內(nèi)部，通過修改硬件配置參數(shù)，可以將脈沖輸出形式設(shè)定為脈沖加方向，雙脈沖，兩項正交三種模式。.3模擬進(jìn)給驅(qū)動接口：模擬式接口使用模擬量信號傳遞速度指令控制控制伺服驅(qū)動裝置，可連接各種交、直流伺服驅(qū)動裝置。其特點是通用性強，可構(gòu)成全閉環(huán)控制；缺點是容易被干擾，發(fā)生漂移，不適合長距離連接。HNC-21A和HNC-21F最多

39、可提供4個模擬量軸接口，連接插座為與脈沖式接口相同，為XS30、XS31、XS32、XS33（第4軸是選項）。 1.信號定義：注：CP+、CP-、DIR-脈沖指令信號在HNC-21A型號中無效。 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：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 碼盤信號輸入接口的等效電路見圖43。連接HSV-11系列交流伺服驅(qū)動裝置使用HSV-11系列交流伺服驅(qū)動裝置，需選用HNC-21C或HNC-21F數(shù)控裝置，通過XS40XS43軸通訊接口連接HSV-11伺服驅(qū)

40、動裝置，最多可連接4臺伺服驅(qū)動裝置。圖45 為HNC-21連接HSV-11伺服驅(qū)動裝置的總體框圖。圖45 HNC-21控制HSV-11系列交流伺服驅(qū)動器的總體框圖圖46 是HNC-21連接HSV-11伺服驅(qū)動的一個實例。圖46 HNC-21與HSV-11型伺服驅(qū)動器的連接2.3.9急停與超程解除的設(shè)計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)控機床出現(xiàn)緊急情況，需要使數(shù)控機床立即停止運動或切斷動力裝置（如伺服驅(qū)動器等）的主電源；當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)自動報警信息后，須按下急停按鈕。待查看報警信息并排除故障后，再松開急停按鈕，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）的一個常開觸點應(yīng)該接入HNC-21數(shù)控裝置的開關(guān)量輸入接口，以便為系統(tǒng)提供復(fù)位信號。HNC-21數(shù)控裝置操作面板設(shè)有超程解除按鈕，用于機床壓下超程限位開關(guān)后，手工操作解除超程狀態(tài)。HNC-21數(shù)控裝置為此設(shè)計了接口電路，相關(guān)信號如表所示。表.內(nèi)部電路關(guān)系和外部電路的設(shè)計如圖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)實際需要，設(shè)置更多急停按鈕。所有急停按鈕的常閉觸點以串聯(lián)方式，連接到系統(tǒng)的急?；芈分?。在正常情況下，急停按鈕處于松開狀態(tài)，其觸點處于常閉狀態(tài)。按下急停按鈕后，其觸點斷開，使得系統(tǒng)的急?；芈匪刂频闹虚g繼電器KA斷電，而切斷移動裝置（

42、如進(jìn)給軸電機、主軸電機、刀庫/架電機等）的動力電源。同時，連接在PLC輸入端的中間繼電器KA的一組常開觸點，向系統(tǒng)發(fā)出急停報警。此信號在打開急停按鈕時則作為系統(tǒng)的復(fù)位信號。圖47 急停與超程解除信號內(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)向的超程限位開關(guān)的常閉觸點以串聯(lián)方式，連接到系統(tǒng)的超程回路中。同時，每個超程限位開關(guān)另有一個常開觸點連接PLC輸入端，是系統(tǒng)能夠判斷各超程限位開關(guān)的狀態(tài)。在正常情況下，超程限位開關(guān)處于松開狀態(tài)。若用戶操作機床，不慎將某軸的超程限位開關(guān)壓下，其常閉觸點斷開，使得系統(tǒng)的超程回路斷開，同時，使急?；芈分械闹虚g繼電器KA斷電，而自動切斷移動裝置的動力電源。

43、超程限位開關(guān)連接在PLC輸入端的常開觸點向系統(tǒng)發(fā)出超程報警信息（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。與急停報警一樣，發(fā)生超程時，中間繼電器KA斷電也會斷電，中間繼電器KA的一組常開觸點也會通過PLC輸入端，向系統(tǒng)發(fā)出急停報警信號。但系統(tǒng)的PLC除檢測中間繼電器KA的常開觸點外，還檢測各超程限位開關(guān)的常開觸點的狀態(tài)，以此區(qū)分急停報警和超程報警。發(fā)生超程后，系統(tǒng)處于超程報警狀態(tài)，各進(jìn)給裝置的動力電源已被切斷。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，不得松開超程解除按鈕；2）手動操作機床的進(jìn)給軸按正確的方向移

44、動，使被壓下的超程限位開關(guān)松開（此時，超程解除按鈕上的指示燈將熄滅）；3）松開超程解除按鈕。設(shè)計建議：以上涉及的如系統(tǒng)復(fù)位信號、超程按鈕燈點亮與熄滅、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，若按錯解除超程的方向，其進(jìn)給軸不得移動。只有操作者按解除超程的正確方向時，進(jìn)給軸才會移動。否則，可能會出現(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)超過其預(yù)期使用場合允許的水平。 設(shè)

45、備對電磁干擾應(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)的任一時刻中斷半周期；電壓暫降時間不超過一個周期，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，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，加入脈沖電壓峰值2KV，重復(fù)率5KHz，實驗時，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)能正常工作。數(shù)控系統(tǒng)工作時，在I/O信號、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，對操作人員經(jīng)常觸及的所有部位進(jìn)行靜電放電試驗，接觸放電電壓6KV，空氣放電電壓8KV，放電試驗中，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：系統(tǒng)簡介： 機床：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）； 控制柜結(jié)構(gòu)：強電控制柜+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)計主要器件總體框圖：圖48 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計總體框圖23.11.3輸入輸出開關(guān)量的定義：以下為典型銑床數(shù)控系統(tǒng)對輸入輸出開關(guān)量的定義，有些開關(guān)量雖然給出了定義但并未使

47、用。XS8插座中的I30I39、028031信號與XS11和XS21插座中各同名信號均為并聯(lián)關(guān)系，留給手持單元使用，直接由XS8引出。對輸入I和輸出0重新標(biāo)號為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相對應(yīng)。即X0代表PLC輸入第0個字節(jié)，X1代表PLC輸入第1個字節(jié)；X1.3代表PLC輸入第1個字節(jié)的第三位，即輸入開關(guān)量的I11。XS21（DB25/F）未用。XS8（DB25/F頭針座孔）手持單元接口：引腳號信號名標(biāo)號信號定義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，常開點，閉合有效；21I33Y4.1手持單元坐標(biāo)選擇輸入Y軸，常開點，閉合有效；8I34Y4.2手持單元坐標(biāo)選擇輸入Z軸，常開點，閉合有效；20I35Y4.3手持單元坐標(biāo)選擇輸入A軸，常開點，閉合有效；7I36Y4.4手持單元增量倍率輸入X1， 常開點，閉合有效；19I37Y4.5手持單元增量倍率輸入X10， 常開點，閉合有效；6I38Y4.6手持單元增量倍率輸入X100，常開點，閉合有效；18I39

49、Y4.7手持單元使能輸入，常開點，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關(guān)量供電的DC24V電源24V地24G為手持單元的輸入輸出開關(guān)量供電的DC24V電源地XS10（DB25/F頭針座孔）PLC輸入接口（I0I19）：引腳號信號名標(biāo)號信號定義13I0X0.0X軸正向超程限位開關(guān)，常開點，閉合有效；25I1X0.1X軸負(fù)向超程限位開關(guān)，常開點，閉合有效；12I2X0.2Y軸正向超程限位開關(guān)，常開點，閉合有效；24I3X0.3Y軸負(fù)向超程限位開關(guān)，常開點，閉合有

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

51、X1.7未定義；5I16X2.0主軸一檔（低速）到位，常閉點，斷開有效；17I17X2.1主軸二檔（高速）到位，常開點，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）：引腳號信號名標(biāo)號信號定義13I20X2.4外部運行允許，常開點，閉合有效；25I21X2.5伺服電源準(zhǔn)備好，常開點，閉合有效；12I22X2.6伺服驅(qū)動模塊OK，常開點，閉合有效；24I23X2.7電柜空氣開關(guān)OK，常開點，閉合有效；11I24X3.0主軸報警，常閉點，斷開有效；23I25X3.1主軸速度到達(dá)，常開點，閉合

52、有效；10I26X3.2主軸零速，常開點，閉合有效22I27X3.3主軸定向完成，常開點，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）：引腳號信號名標(biāo)號信號定義13OOOY0.0運行允許，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，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，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KA繼電器控

54、制動力電源的輸出端子4ESTOP1急停回路與超程回路的串聯(lián)的接入端子16OTBS2超程限位開關(guān)的接入端子3OTPS1超程限位開關(guān)的接入端子24V地外部直流24V電源地電氣原理圖簡介：下面以示意圖的形式，給出電氣原理圖的主要部分。對于線號，僅給出了在不同的頁面均出現(xiàn)的線纜的線號。.1電源部分：在本設(shè)計中，照明燈的AC24V電源和HNC-21的AC24V電源是各自獨立的；工作電流較大的電磁閥用DC24V電源與輸出開關(guān)量（如繼電器、伺服控制信號等）用的DC24V電源也是各自獨立的，且中間用一個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。圖49 中QF0

55、QF4為三相空氣開關(guān)；QF5QF11為單相空氣開關(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）；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 表示該部分信號在其他原理圖中需要使用。.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、機床電氣等部分的狀態(tài)信息與報警信息。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)超程限位開關(guān)的常閉觸點； 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； SQZ-1、SQZ-3 分別為Z軸的正、負(fù)超程限位開關(guān)的常閉觸點； 440為來自伺服電源模塊與伺服驅(qū)動模塊的故障連鎖； 100為圖49 中DC24V 50W開關(guān)電源的地；圖51 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-輸入輸出開關(guān)量1 圖中100，為圖49中DC24V 50W開關(guān)電源的地； 手持單元的部件標(biāo)識為31，并由PLC系統(tǒng)參數(shù)中按其部件號來引用該設(shè)備。圖52 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-輸入輸出開關(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)動器接線圖：圖54 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-伺服

57、驅(qū)動電路用HSV-11型伺服驅(qū)動器驅(qū)動1FT6系列伺服電機時要特別注意：伺服電機電源線V、W應(yīng)該與圖54 所示的接法交換。各電纜線的連接見圖55圖55 數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖-伺服驅(qū)動電纜連接第三章伺服電機的選擇計算3.1伺服電機的選擇計算： 伺服電動機是伺服系統(tǒng)控制的直接對象，它是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械運動的關(guān)鍵元件。數(shù)控機床目前使用的主要是各種類型的伺服電動機，如步進(jìn)電動機、各種慣量的直流伺服電動機以及交流伺服電動機。本系統(tǒng)采用的為蘭州電機廠出產(chǎn)的1FT6074型伺服電機。 為了滿足數(shù)控機床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率等方面的要求，伺服電動機應(yīng)具有下列的性能；調(diào)速范圍寬，并具有良好的穩(wěn)定性，尤其是低速時的穩(wěn)

58、定性；負(fù)載特性硬，特別是低速時應(yīng)具有足夠的負(fù)載能力；響應(yīng)速度快；可頻繁啟動、停止及換向。 根據(jù)牛頓第二定律，進(jìn)給傳動系統(tǒng)所需的驅(qū)動力矩T，等于系統(tǒng)的總的轉(zhuǎn)動慣量J乘以電動機的角加速度，即T=J。當(dāng)進(jìn)給伺服電動機已選定，則T的最大值基本不變。如果希望的變化小，則應(yīng)使轉(zhuǎn)動慣量J的變化盡量小些。 進(jìn)給系統(tǒng)的總的轉(zhuǎn)動慣量J，是由伺服電動機的轉(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)動慣量和工作太折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量組成，它會因夾具、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。因此機床伺服電動機的選擇計算，應(yīng)

59、從保證伺服電動機所需轉(zhuǎn)距，滿足傳動系統(tǒng)慣量匹配的角度進(jìn)行。初選1FT6074型伺服電動機，然后進(jìn)行慣量匹配計算和轉(zhuǎn)距計算，驗證其是否滿足要求。3.2.慣量匹配計算： 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機和伺服系統(tǒng)，這將是不合理的。對此，可按下式確定：0.25JL/JM1 由電機產(chǎn)品目錄可知，伺服電動機的轉(zhuǎn)動慣量為：JM=215.8Ncm2 代入上式得：JL/JM=0.566 故所選電動機滿足慣量匹配原則。2.2.2伺服電動機轉(zhuǎn)距計算： 快速空載啟動時所需力矩為：M=Mamax+Mf+Mo 最大切削負(fù)載時所需力矩為：M=Mat+

60、Mf+Mo+Mt 快速進(jìn)給時所需力矩為： M=Mf+Mo 式中： Mamax：空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩； Mf： 折算到電機軸上的摩擦力矩； Mo： 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力距； Mat： 切削時折算到電機軸上的加速度力矩； Mt： 折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩； 當(dāng)n=namax時，namax=Vamax/L0，得：Mamax=Jnmax/9.6t10-4=19.55kgfcm 式中： J：系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動慣量； t：傳動系統(tǒng)的啟動加速時間（s），t=(34)tM=30.02=0.06s, tM為電動機機械時間常數(shù)。 當(dāng)n=nt時，nt=n主f/L0，n主=10