数控机床的电气控制系统的设计(初稿)2gflp.docx

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1、数控机床的电气控制系统的设计毕业设计计报告数控机床床的电气气控制系系统的设设计系 部：电气工程程系专 业：机电一一体化技技术班 级： 机电0091姓 名：学 号：指导老师师：201551061目 录摘要：II第一章序序言21.1 选题背背景与意意义21.2 数控机机床电气气控制系系统的发发展与现现状21.3 数控机机床的组组成与基基本工作作原理551.4 本文所所做的工工作6第二章电电气控制制系统总总体方案案设计772.1 数控机机床电气气控制系系统的控控制要求求72.2 伺服控控制系统统的主要要功能1102.3 电气控控制系统统总体设设计方案案的提出出13第三章主主设备的的电气控控制系统统设

2、计1143.1 主轴电电机的电电气控制制系统设设计1443.1.1 主主轴电机机的电气气控制原原理1443.1.2 主主轴的异异常保护护方案设设计1553.1.3 主主轴参数数的设定定153.2 进给轴轴的电气气控制系系统设计计173.2.1 进进给轴的的控制原原理2003.2.2 进进给轴电电机伺服服驱动控控制系统统设计2213.2.3 进进给轴限限位控制制及异常常情况处处理2443.3 电气系系统开关关与紧急急停止系系统设计计253.4 电气布布局与安安装266第四章电电气控制制系统的的安装与与调试2284.1 安装注注意事项项与要点点284.2电电气控制制系统调调试方案案294.3 控制

3、系系统调试试的结果果与说明明32第五章总总结333谢辞355参考文献献36附录388数据机床床的电气气控制系系统的设设计摘要：数控机床床是现在在制造工工业的核核心母机机，数控控系统又又是数控控机床的的核心，而而数控系系统的性性能保障障是数控控机床的的电气控控制系统统。可以以说数控控机床电电气控制制系统的的优劣，决决定了控控制系统统的性能能。广义义上说数数控机床床电气控控制系统统包括数数控系统统，本文文所提及及的系统统，要控控制机床床实现高高速高精精度高可可靠的加加工，所所以电气气控制系系统的性性能至关关重要。本本文主要要是在阅阅读大量量有关数数控机床床电气控控制的文文献的基基础上完完成了以以下

4、几个个方面的的内容：首先提提出了TTK400A数控控机床电电气控制制设计的的总体方方案，并并阐述了了数控机机床电气气控制系系统的控控制要求求以及伺伺服控制制系统的的主要功功能；其其次阐述述了机床床电气控控制系统统详细设设计，本本文主要要分析了了数控机机床电气气控制主主设备中中的主轴轴电机的的电气控控制原理理、参数数设计以以及异常常保护方方案设计计；电气气控制给给进轴的的控制原原理、电电机伺服服驱动控控制系统统设计以以及限位位控制；电气系系统开关关与紧急急停止系系统设计计以及电电气布局局与安装装；最后后论述了了电气控控制系统统安装与与调试应应注意的的事项与与要点，调调试方案案以及调调试的结结果。

5、关键词：数控机机床电气气控制，电电气柜设设计，PPLC 第一章 序言言1.1选选题背景景与意义义人类发展展和文明明进步的的主要动动力之一一便是人人类的经经济活动动，而人人类经济济活动的的重要基基石就是是制造，它它的发展展水平标标志着一一个国家家工业的的发达程程度。随随着科学学技术的的发展，传传统的机机电制造造业正在在经历着着深刻的的变革，取取而代之之的是以以微电子子计算机机、信息息科学技技术等为为支撑的的现代化化制造业业，这些些高科技技信息技技术为机机械制造造业带来来了翻天天覆地的的变化。科学技术术的快速速发展为为制造行行行业注注入了新新的活力力，也为为人类的的提供了了多样化化的产品品，人们们

6、也对产产品多样样化的要要求越来来越高，产产品的更更换周期期也越来来越短，使使多品种种、小批批量生产产的比重重明显增增加;同同时，随随着航空空航天、造造船、军军工、汽汽车、农农业机械械等行业业对产品品性能要要求的不不断提高高，产品品中形状状复杂的的零件越越来越多多，加工工质量要要求也不不断提高高。而传传统的加加工制造造业已经经不能够够完成这这种产品品多样化化、柔性性化以及及高精度度化、高高质量的的加工要要求，为为此，必必须探寻寻一种能能够解决决上述问问题、实实现精度度高、效效率高的的自动化化制造生生产设备备数控控机床。数控机床床的关键键性能之之一是控控制数控控机床的的电气控控制方式式。总所所周知

7、，数数控机床床原本就就是一台台电能量量转换装装置，其其功能是是将电能能转换成成加工工工艺所需需机械能能。而其其中的电电气控制制对于整整个数控控机床来来说，就就像人类类的心脏脏，使整整个机床床正常工工作的能能源保障障。机床电气气控制系系统包括括机床供供配电系系统、主主轴控制制系统、进进给轴控控制系统统、冷却却油泵控控制系统统以及其其他的辅辅助设备备控制系系统。PPLC的的引入为为电气控控制，尤尤其是电电器开关关量的控控制是有有重大改改进的。在在本文中中PLCC主要是是用来控控制冷却却电机，油油泵电机机以及其其他的辅辅助电气气控制系系统。用用PLCC来替代代继电器器接触器器控制系系统，提提高了系系

8、统的可可靠性和和柔性，使使控制性性能产生生了一个个质的飞飞跃。1.2 数控机机床电气气控制系系统的发发展与现现状一直以来来，机床床工业在在德国政政府看来来都具有有极其显显著的战战略意义义，并在在许多领领域极力力推动其其发展。它它的突出出特点表表现在极极其看重重实际效效果，极极其看重重人力资资源建设设，一切切为了人人，一切切依靠人人，极为为重视师师傅与徒徒弟之间间技艺上上的承接接，花很很大的精精力用于于工人素素质的培培训提高高。同时时，科学学研究方方面的投投入在德德国也得得到特别别重视，科科学理论论都重视视投身于于相关生生产实践践，既重重视发挥挥基础科科研的作作用，也也重视应应用科学学的研究究。

9、德国国还特别别重视让让高校走走出校门门开展校校企联合合，极力力推动高高校科技技成果转转化，在在诸如产产品设计计、数控控机床加加工等相相关研究究领域，充充分地、深深入地进进行双方方相互间间的优势势互补，严严格控制制并追求求更高更更好的产产品质量量。正因因为其在在产品细细节、实实用性和和质量等等方面的的极致追追求，由由此才会会有德国国的此类类精密和和大型数数控机床床产品闻闻名并畅畅销全世世界，其其领先其其他同类类产品，并并且性能能品质得得到充分分一致的的认可，获获得了极极大的成成功，尤尤其是其其主机和和光、液液、刀具具、电、测测量等相相关配套套功能部部件的先先进性和和实用性性，一直直以来更更是令人

10、人津津乐乐道，达达到了世世界顶尖尖水平。人人们都知知道的著著名的西西门子公公司就是是其中典典型代表表和佼佼佼者，该该公司生生产的数数控系统统在全世世界范围围内都受受到了极极大欢迎迎和使用用。基础工业业在日本本所受到到的重视视也不亚亚于德国国，政府府制定“机振法法”和“机信法法”等相关关法律法法规对行行业发展展进行合合理规划划和引导导。其高高度重视视在企业业员工素素质建设设，充分分借鉴世世界上其其他国家家的先进进经验，特特别是学学习德国国在相关关配套功功能部件件的先进进技术，以以及美国国在数控控机床和和质量管管理方面面的先进进技术，并并最终在在很多方方面甚至至已经超超越了它它们。因因此，日日本与

11、其其他两个个国家一一样，其其数控机机床生产产自动化化发展都都经历了了从大批批量的到到全面柔柔性的中中小批的的过程。日日本是在在19558年开开始能自自己研制制数控机机床，并并在此后后的200年后以以73442台的的生产数数量开始始超越美美国的556888台，一一直到今今天其生生产数量量乃至出出口数量量都牢牢牢占据世世界第一一的位置置，例如如在20001年年其生产产的超过过一半的的数控机机床都出出口销往往世界其其他国家家。日本本在数控控机床上上的发展展战略可可以概括括为：先先模仿美美德两国国，然后后自己研研发创新新；在其其开始自自主研制制性能较较高的数数控机床床之前，首首先注重重发展可可以大批批

12、量生产产的中档档产品用用于开拓拓占领是是世界市市场。它它的发展展表现得得很有计计划：目目标明确确，主要要发展数数控系统统；其生生产管理理经历了了以下这这么一个个过程，从从学习模模仿美国国的TQQC管理理模式，到到提倡发发挥整个个员工集集体自发发的创造造力，并并最终依依靠电子子电脑科科技领先先世界上上其他国国家，从从而开创创了一条条机电一一体化的的发展道道路。尽管当前前我国采采用了较较为成熟熟的电路路控制系系统，但但由于大大多数还还是采用用相对滞滞后的传传统方式式，即继继电器接接触器电电路，而而只有少少数用的的较为先先进的PPLC控控制，当当然，采采用其他他更为先先进的虚虚拟PLLC系统统的就更

13、更少了。因因此，在在肯定我我国数控控机床发发展成绩绩的同时时，也不不能否认认其相对对落后的的电子控控制系统统的事实实。历经4个个“五年计计划”的关键键发展时时期，我我国的数数控机床床在其550年左左右的发发展过程程中取得得了一定定的成绩绩，主要要表现以以下几个个方面：（1）已已经有了了基本的的数控技技术。当当前，我我国大多多数数控控技术已已能充分分应用于于商业开开发方面面，并开开始在产产业化方方向做出出努力。这这些都是是在我国国已基本本具备数数控技术术发展的的相关技技术的基基础上取取得的，这这些技术术包括伺伺服驱动动及配套套部件等等方面。（2）数数控产业业基地基基本成型型。已经经开始形形成能实

14、实现一些些技术商商品化的的产业基基地，这这个基地地包括从从能实现现大批量量生产的的华中数数控等，到到专门生生产伺服服系统和和伺服电电机的兰兰州电机机厂等，另另外有北北京第一一机床厂厂、济南南第一机机床厂等等几个数数控生产产厂。（3）拥拥有一批批数控技技术研发发和管理理人员。由由此可以以看出，我我国在数数控技术术的研发发、数控控技术商商品化等等方面取取得了很很大的成成长，但但这仍远远远无法法达到相相应需求求，特别别是在其其高端技技术部分分还有很很多成长长空间。尽管从发发展时间间来看，我我国的数数控技术术发展取取得了很很大的发发展，但但与世界界上其他他先进国国家相比比，仍有有很长的的路要走走，因为

15、为无论是是在发展展速度上上，还是是在技术术研发领领域都还还相对落落后，特特别是在在一些高高端的技技术领域域。我们们大致可可以从以以下几个个方面，看看出我国国与世界界先进水水平的差差距到底底有多大大：（1）落落后世界界先进水水平在十十年到十十五年之之间，尤尤其在高高端技术术领域表表现更有有突出。（2）产产业化水水平低。没没办法规规模化生生产；产产品种类类少；功功能套件件生产滞滞后；质质量控制制不稳定定；技术术成果转转化能力力低；市市场销售售份额低低；相关关产品及及其品牌牌在用户户中的认认可度不不高；（3）发发展后续续乏力。这这表现在在：没法法大力拓拓展其应应用领域域的研究究；产业业发展没没有相应

16、应的标准准化、制制度化；数控技技术还无无法形成成系统化化、模块块化发展展。（4）电电子控制制系统的的开放兼兼容做得得不好。对对开放式式系统的的研发方方面，仍仍存在概概念模糊糊的问题题，其研研发平台台的仍没没能得到到有效解解决。在在我国仍仍存在好好很多不不一样的的开发系系统，而而这些系系统又大大都没有有相同的的体系结结构，又又没能有有效相互互兼容，更更不要说说互换。它它们对各各自体系系结构的的表达仍仍处在表表面上，还还无法形形成较高高层次的的理论化化和抽象象化，因因此，它它们也就就不可能能具备相相互间的的移植，也也就根本本不用说说要进行行相关操操作。（5）开开放性控控制系统统的操作作仍没能能采用

17、计计算机上上通行的的Winndowws和LINNUX等等一样的的新型系系统。相相关软件件开发仍仍处在一一个较低低水平上上，相关关的理论论和技术术滞后，无无法满足足相关需需要，没没能有效效利用相相关软件件工程方方面的新新技术和和新理论论。（6）相相关产品品出厂后后，其以以后的所所有更新新维护过过程都需需要在生生产厂家家全程帮帮助下完完成，客客户对厂厂家的依依赖性太太强，而而相对应应的，客客户也没没办法把把其他任任何在产产品使用用过程中中的意见见想法，提提供给厂厂家，在在这里面面有一个个沟通不不畅的问问题，因因此产品品也就无无法得到到有效的的开发和和发展。1.3 数控机机床的组组成与基基本工作作原

18、理一般，零零件在普普通的数数控机床床上加工工主要是是按照零件件的设计计图纸，由操作人员手动去改变刀具与被加工零件的相对加工轨迹，然后再由刀具对加工件进行切割来完成零件的加工。而现代化科技引入的数控机床在进行零件加工时，是通过计算机编程人员将整个零件加工的工艺程序以及机床运动的轨迹要求编程，然后再将编程好的计算机语言导入到CNC装置，再经过工序的转换和处理后，CNC装置向数控机床的伺服驱动机床发出指令，从而完成整个零部件的加工。下图1-1为整个数控机床的具体工作流程：图1-11 数控控机床的的工作流流程图1.4 本文所所做的工工作本文主要要是在阅阅读大量量有关数数控机床床电气控控制的文文献的基基

19、础上完完成了以以下几个个方面的的内容：第一，提提出了数数控机床床电气控控制设计计的总体体方案，并并阐述了了数控机机床电气气控制系系统的控控制要求求以及伺伺服控制制系统的的主要功功能；第二，机机床电气气控制系系统详细细设计，本本文主要要分析了了数控机机床电气气控制主主设备中中的主轴轴电机的的电气控控制原理理、参数数设计以以及异常常保护方方案设计计；电气气控制给给进轴的的控制原原理、电电机伺服服驱动控控制系统统设计以以及限位位控制；电气系系统开关关与紧急急停止系系统设计计以及电电气布局局与安装装；第三，电电气控制制系统安安装与调调试应注注意的事事项与要要点，调调试方案案以及调调试的结结果。第二章

20、电气气控制系系统总体体方案设设计2.1 数控机机床电气气控制系系统的控控制要求求根据数数控机床床电气控控制(第第二版)4，数控机机床电气气控制系系统的设设计主要要要遵循循以下几几方面的的原则：首先，要要尽可能能的满足足整个系系统的机机械设计计和工艺艺加工的的要求。尽尽管数控控机床是是科技发发展的产产物，但但其仍然然属于机机电一体体化产品品，其主主要包含含了控制制系统的的主轴控制制系统和和进给轴轴伺服控控制系统统，而这这些系统统大多数数都是机机电式的的，他们们的输出出部分的的机械环环节和元元件是控制系系统必不不可少的的重要组组成部分分，直接接影响着着数控机机床性能能的好坏坏。这些些机械环环节和元

21、元件不同同于电气气部分，他他们不能能够灵活活的变化化，一旦旦加工完完成，其其性能的的提高几几乎是不不可能的的了。所所以，数控机机床的机机械设计计人员以以及数控控机床控控制系统统的人员员必须深深刻地认认识到这这一点，以便他们们能在最最初的设设计阶段段和加工工阶段能能全方面面的衡量量各部件件承担的职职责，紧密配配合，制制定出合合理的设设计方案案和加工工方案。这机械环节和元件的设计过程中，需要乃如考虑的机械部分主要有：相关的负载、驱动力和驱动力矩、摩擦力或摩擦力矩、死区、传动系统的间隙、刚性、惯性矩和共振频率等，而电气控制部分主要考虑的是强电、弱电布置和设计。其次是需需要保证证数控机机床运行行的可靠

22、靠性好稳稳定性。电电气控制制系统的的可靠性性和稳定定性在很很大一部部分程度度上决定定了整个个数控机机床的可可靠性和和稳定性性。数控控机床数数控系统统的故障障来自多多方面，主主要包括括数控机机床的加加工工艺艺、数控控机床的的运行环环境以及及数控机机床的使使用条件件。特别别是在数数控机床床工作的的现场，各种数控系统设备产生的电磁会对数控机床系统产生一定的干扰，导致数控系统出现故障，因此，设计阶段就必须控制电磁干扰的强度，并提高数控系统抗电磁干扰的水平。再者，控控制系统统的设计计需要便便于加工工生产，降降低成本本，并在在此基础础上保证证产品的的质量。大多数商品的生产是以盈利为目的，因此数控机床的数控

23、系统需要以最低的成本完成最高质量、符合生产要求的产品。因此在设计的初期，就应该充分考虑个部件的质量和工艺，以便在后期的安装调试过程中减少故障的出现，保证产品质量，减少维修费用。最后，必必须要保保重产品品的安全全。整个个产品的的设计必必须将人人员的生生命安全全、设备备的安全全纳入重重点考虑虑，产品品的质量量也必须须达到国国家相关关的安全全规定和和标准。各各种标识识语需要要醒目、简简洁、易懂、便于操操作。数控机床床对电气气系统几几个基本本要求：第一、可可靠性要要求高。现现在数控控机床大大都实现现了自动动化，特特别是柔柔性制造造系统下下，数控控机床都都要求实实现无人人状态下下的长时时间乃至至二十四四

24、小时的的连续运运作，在在这样的的运转环环境中，要要求有更更高的机机床的性性能。而而要做到到这点，就就要在其其结构以以及相关关控制装装置上下下功夫，此此外机床床所用的的电子元元件都要要有最高高水准并并且性能能最稳定定的新型型产品。第二、符符合新技技术的发发展需要要，在不不影响性性能可靠靠的情况况下，电电气系统统要保持持在同行行业先进进水平，特特别是在在一些关关键系统统的使用用上，如如新数控控系统和和新润滑滑系统。第三、性性能要得得到充分分保障。电电气系统统要充分分适应各各种不同同的范围围广泛的的环境，一一般可以以通过稳稳压电源源的增加加等手段段，让它它在交流流电供电电系统环环境中适适应相应应的电

25、压压波动。同同时，其其还对要要求能排排除电网网系统的的噪声的的部分干干扰，这这是电气气系统的的电源模模块中相相应元件件的要求求。此外外，电气气系统中中不能自自己干扰扰自己，还还要能抗抗击外面面的干扰扰，自己己本身又又不能造造成对外外部的干干扰，这这样的电电气系统统必然要要符合相相关国家家标准，同同时能做做到电磁磁兼容。第四、安安全性要要得到保保障。相相关操作作人员的的安全要要得到保保障，这这就要求求相关装装置要做做好绝缘缘防护，接接地部分分要牢固固；故障障的连锁锁控制要要安全可可靠；电电气装置置的相关关部件要要能有一一个可靠靠的防护护外壳；要有一一个密封封性极好好的电柜柜，保证证其不会会有切屑

26、屑等杂物物进入其其中，同同时要保保证，电电柜的相相应元件件在正常常电压下下的安全全使用；要有走走拖链的的电缆以以防止缆缆线断掉掉而引起起相应故故障；要要有相应应的触电电防护装装置；要要保障所所有的机机床电柜柜中的相相应电子子部件，不不会发生生异常的的温度升升高的现现象，这这就要求求安装配配备空调调。第五、维维护方便便快捷。容容易损耗耗的电子子部件要要能方便便快捷的的被更换换，或被被替换掉掉。一般般来说，日日常维护护主要是是要保证证相应的的数控系系统温度度和湿度度都在正正常值范范围内，同同时要让让相应部部件表面面保持干干净的状状态。第六、控控制性能能优良。要要保证所所有的电电动机在在其被控控制启

27、动动的时候候，都能能很块的的做到平平平稳稳稳的，没没有其他他冲击震震动的异异常噪声声，同时时温度也也要保持持在正常常范围，不不能出现现非正常常的突然然温度升升高现象象。第七、运运行中的的相应信信息在状状态栏显显示准确确。一般般来说，电电气系统统在运行行中都是是用三色色灯做相相应的故故障、状状态和运运行指示示，这些些指示灯灯都能明明确表示示出其相相应的状状态信息息。第八、操操作过程程的人性性化设置置。比如如说机床床的颜色色，电柜柜的颜色色在符合合相关标标准的情情况下，还还应做到到美观大大方、显显示明确确；机床床操作站站肯定要要以人所所站的位位置想适适应，并并且其高高度也要要符合大大多数员员工的平

28、平均身高高，这样样才能满满足员工工在上面面方便操操作的需需要；此此外，还还要保证证员工在在紧急状状况下，能能快速找找到相应应的停止止按钮，这这样按钮钮的设置置就要明明显方便便的地方方，并且且要保障障足够多多。本数控铣铣床电气气控制系系统对运运动及控控制有以以下几方方面的要要求：第一、主主轴控制制要求：要能有有效控制制对主轴轴电机的的启动、停停止，以以及对电电机速度度的调整整；主轴轴要能平平稳地运运转，在在对其加加速或减减速过程程都要做做到反映映快捷灵灵敏，同同时在低低速状态态下要保保证有足足够大的的扭矩，其其超出最最高承载载能力强强等。第二、进进给轴控控制要求求：X，Y，Z轴要求求各自都都有1

29、台伺服服电机驱驱动，而而且这个个电机要要能保证证有效控控制3个轴的的速度，并并能有效效控制相相应转角角。要能能有效控控制各轴轴速度及及转角。其其对精度度的相应应要求为为：重复复定位要要保证士士0.0005毫毫米范围围内，定定位精度度要保证证在士00.0001 毫毫米范围围内；其其对速度度的要求求如下：能有效效实现加加减速，较较为流畅畅地进行行三轴联联动，要要有良好好的跟随随性能，要要把每秒秒加工的的速度控控制在220cmm 到1m之间间。其对对稳定性性有以下下要求：要保证证较小的的振动，同同时要能能使得受受到干扰扰的可能能减少到到最低程程度等。第三、辅辅助控制制方面的的要求:要能有有效控制制自

30、动对对刀、风风扇电机机、润滑滑电机、和和液压泵泵，以及及冷却泵泵电机的的运行；第四、系系统紧急急停止及及工作台台限位保保护；第五、控控制机床床运行情情况的信信号指示示灯。具具体的描描述会在在其所对对应的章章节进行行。CNNC数控控装置是是控制的的主导，但但是这也也需要协协调配合合可编程程序控制制和继电电器控制制电路，在在两者的的协调下下才能共共同完成成。三相3880V电电压、440A的的电流和和10KKW的功功率、550HZZ的频率率构成了了此次数数控机床床的核心心电器额额定负荷荷。额定定负荷的的1.55倍是电电气参数数所能承承受的极极限。225牛/米是主主轴额定定扭力，111.55牛顿是是X

31、，YY轴的额额定扭力力，其中中18NN/m是是Z轴的的额定扭扭力。2.2 伺服控制制系统的的主要功功能控制对象象为机械械位置或或角度，并并以此为为自动控控制系统统的我们们称之为为伺服系系统，其其也被称称为位置置随动系系统，它它以控制制被控对对象的位位置和跟跟踪问题题的解决决为其主主要的功功能，它它是以准准确跟踪踪位置指指令的完完成来体体现执行行机构的的主要功功能。当当前社会会生产以以及生活活水平的的发展，也也使得伺伺服技术术迎来了了发展的的春天，伺伺服系统统在工业业生产以以及军事事工业等等各个领领域都有有巨大的的发展。按按照之前前的处理理方法，模模拟和数数字伺服服系统是是最主要要的伺服服系统。

32、因因为制造造上的工工艺会影影响模拟拟式检测测装置，同同时也有有巨大的的难题摆摆在制造造上，也也影响着着伺服系系统的精精确度，但但是却没没有制约约着数字字伺服系系统的发发展，同同时却能能够在这这一领域域获得巨巨大的优优势，因因此，模模拟伺服服系统在在许多实实际场合合已经被被数字伺伺服系统统所取代代。数字伺服服系统运运行的原原理：所所有的采采样的开开始都是是周期一一，其中中定位置置脚B是是控制计计算机从从众多输输入接口口采用一一个来接接受上级级计算机机所送来来的，同同时自测测角装置置的是通通过对控控制计算算机来实实现的，其其中是所所采用的的通过来来得到的的。是前前若干次次采到并并将其放放到控制制算

33、法中中，这个个过程需需要恰如如其分的的进行。通通过有效效的计算算，控制制信号CC(n)数字也也得到，因因此D/A是通通过C(n)得得到的转转换器，并并且是在在转换后后通过模模拟得到到的电机机驱动装装置PWWM，定定位置角角8是通通过控制制电机使使负载，在在位置的的所指之之处，已已经完成成了精致致计算机机的采用用周期内内所需要要的任务务，并开开始等到到下一次次的采样样周期。图2-11 数数字伺服服系统原原理图数控机床床中，伺伺服系统统讲的就就是驱动动的位置置控制系系统，而而这指的的是每个个坐标轴轴所供给给的。CCNC装装置是伺伺服系统统从的主主要控制制系统，同同时变换换和放大大后的加加工坐标标轴

34、按指指令脉冲冲运动。这这些加工工会带动动工作台台，同时时刀架的的带动，或或者几个个坐标轴轴的综合合联动也也会因此此带动，同同时每种种复杂的的机械运运动也是是在刀具具的作用用下产生生的，同同时也会会根据加加工作出出一些相相对较为为复杂的的形状工工件。伺服系统统相对会会比较稳稳定，其其保持稳稳定的秘秘诀就是是使光轴轴也趋于于稳定，同同时也能能对指向向惯指位位置提出出了相应应的要求求的。与与此同时时光轴的的稳定也也需要在在稳定的的平台下下得以实实现。变化的载载体姿态态角是需需要通过过稳定的的平台得得以实现现的，同同时信号号的输出出所得到到的反馈馈也会相相对比较较稳定，并并且误差差的等级级也分为为一级

35、和和二级稳稳定。摄摄像机一一级反射射镜，和和稳定的的棱镜在在这个过过程中都都能促使使系统的的稳定。第一，一一级稳定定变化的惯惯性元件件感测体体姿态、态态角的变变化也能能够促使使平台的的更加稳稳定，同同时其信信号的输输出也是是通过驱驱动电机机的放大大化而得得到的，同同时在这这个过程程中成像像的稳定定需要保保持摄像像机或反反射镜、棱棱镜的稳稳定。在很多行行业都会会广泛应应用到一一级稳定定技术，并并且其采采用的是是光学平平台，于于此同时时在这个个平台上上是以陀陀螺测量量为主，同同时将陀陀螺的敏敏感姿态态角进行行有效的的方法，最最终得到到稳定的的平台，这这个平台台以三轴轴和四轴轴为主，单单是当旋旋转速

36、度度较快的的时候，像像质会因因此得到到巨大的的破坏。这这个过程程就需要要将三轴轴的陀螺螺进行固固定。整整体稳定定在光电电传感负负载器中中适用范范围会比比较小，同同时也广广泛运用用于每个个国家的的机载侦侦察机上上，然而而要是大大的负载载却没能能有好的的效果，摩摩擦力矩矩和静不不平衡力力矩也会会因此影影响，伴伴随着不不断增加加的负载载，也会会增加每每个传感感器的导导线扭矩矩等。第二，二二级稳定定瞄准线的的稳定是是靠稳定定的平台台来实现现的，这这是一级级稳定的的保证，然然而这个个过程也也受到很很多因素素的干扰扰，随着着不断提提高的稳稳定精度度的限制制，平台台稳定的的进一步步考虑需需要通过过粗请、精精

37、条反射射镜来得得以实现现，这个个也会在在反射镜镜和稳定定的平台台中结合合使用，二二级稳定定也被广广泛应用用于侦查查和激光光通信系系统中。在本次是是囧机床床的电气气控制系统统中所采采用的是是三相交交流永磁磁同步伺伺服系统统，并且且是通过过交流伺伺服电动动机的供供电频率率的改变变，同时时也会通通过电动动机调速速的目的的来完成成。拥有有以下的的优点：首先，输输入量精精确程度度在输出出的过程程中会比比较好，这这就是较较高精度度；其次，拥拥有较强强的抗干干扰能力力，即好好的稳定定性；再者，良良好的动动态性和和优异的的跟踪精精度，同时，也也拥有较较宽的调调速；最后，大大扭矩速速度较低低。图2-22 三相相

38、永磁同同步伺服服电动机机磁场定定向矢量量控制系系统结构构图2.3 电气控控制系统统总体设设计方案案的提出出CNC计计算机数数控系统统和强电电柜构成成了整个个系统。CCNC计计算机数数控系统统的数控控装置是是统一的的，同时时这个系系统是由由CNCC系统、输输入/输输出接口口、驱动动单元和和执行机机构，这这个也是是要考系系统的加加工为中中心。TTK400A数控控机床强强电柜如如图1所所示，是是由动力力、控制制电路以以及可编编程共同同组成。系统结构框图如图2-3所示：图2-33 系系统结构构框图下图所示示的结构构是选择择TK440A数数控机床床电器控控制的大大致方案案。CNNC是其其主控系系统，以以

39、ARMM9+ C/OO S-II，驱驱动的核核心是DDSP+FPGGA，其其中以运运动控制制器和伺伺服，电电气辅助助系统的的控制核核心为PPLC。图2-44 辅辅助电气气控制系系统的方方案图第三章 主设设备的电电气控制制系统设设计3.1 主轴电电机的电电气控制制系统设设计3.1.1 主主轴电机机的电气气控制原原理本文所选选的TKK40AA数控铣铣床的型型号的主主要功能能是完成成五金产产品和小小型模具具的生产产和加工工，该型号铣床床的主轴电电机的基基本参数数如下表表2-11所示：表2-11：主轴轴电机的的基本参参数参数名称称额定参数数额定功率率3.7KKW额定电流流13A额定电压压380VV等级

40、4极额定频率率50HZZ基本转速速15000RPMM最高转速速80000RPMM与此对应应的主轴轴驱动器器选用的是是变频器器，该变变频器的的主要参参数为：额定功功率5.5KWW，电流流13AA，电压压三相4400VV级。根根据相关关规范和和计算，该该主轴电电机的参参数能够够达到加加工五金金产品和和小型模模具所需需要的条条件。根据这些些选定的的主轴电电机的参参数，本本项目选选择了型型号为YYD900L-44/2电电动机作作为主轴轴电动机机。这种种主轴电电机的工工作过程程可以分分为以下下几个步步骤：首先，主主轴驱动动器获得得控制系系统CNNC发出出的使能能信号以以后，主主轴电机机便进入入预备启启动

41、的工工作状态态；然后操作作人员在在CNCC系统中中输入自自动运转转的命令令或者手手动运转转的命令令，主轴轴电机就就正式进进入运转转工作的的状态。三相工业业用电在在3800V的电电压通过过后，会会经过一一个漏电电开关，然然后再经经过熔断断器，接接着直接接进入主主轴驱动动器的变变频器VVT，为为主轴电电机的正正常工作作提供能能源。主主轴电机机的变频频器在接接收到CCNC的的控制信信号后开开始向主主轴电机机发送对对应的指指令，此此时主轴轴电机开开始实施施相应的的加工工工作，在在加工工工作的同同时，光光电编码码器将主主轴的相相关情况况，如主主轴的转转速等信信号返回回到CNNC系统统。3.1.2 主主轴

42、的异异常保护护方案设设计主轴在工工作的过过程中难难免会遇遇到一些些情况异异常的现现象，这这不仅影影响了零零件加工工的质量量，还对对数控机机床有着着巨大的的损害作作用。当当数控机机床电气气控制系系统工作作的时间间过长，超超过了额额定的工工总负荷荷，系统统的电机机就会出出现发热热、过载载等现象象。根据本项项目所选选的设备备型号，该该数控机机床的过过热温度度闽值设设定为1110，当数数控机床床在1110的环境境下工作作超过两两分钟，电电气控制制系统就就会向系系统传递递出一个个过热的的危险信信号，如如果该情情况不能能及时解解决，系系统将会会发出过过热过载载的报警警信号。如如果主轴轴出现其其他的异异常情

43、况况，比如如说主轴轴系统中中出现与与电机转转速不相相匹配、比比较细微微的功能能性异常常或者电电机的功功率失常常、流经经主轴电电机的电电流过大大等，都都会被电电气系统统中的变变频器检检测到，变变频器将将检测到到的异常常情况通通过变频频报警信信号传递递给CNNC系统统，操作作人员便便可以通通过报警警信号检检测相应应的异常常情况；如果数数控机床床出现突突然断电电的情况况，可能能是由于于电气控控制系统统出现短短路或者者电压不不稳等导导致的。如如果是由由于外部部因素出出现的突突然断电电的情况况，那么么数控机机床电气气系统中中的CNNC系统统、变频频系统、PPLC等等就会自自动将前前面输入入的信息息和程序

44、序储存起起来，在在数控机机床的供供电系统统恢复正正常后，还还能利用用这些被被储存起起来的关关键参数数和程序序。如果果数控机机床的主主轴突然然短路，这这将会产产生非常常大的电电流，这这个时候候，漏电电开关就就发挥了了非常重重要的作作用，漏漏电开关关会自动动检测电电流，一一旦检测测到电流流超过了了30MMA，漏漏电开关关便会自自动断开开，切断断电流，这这样不仅仅能保证证人员的的安全情情况，还还能够保保护电机机不受损损害。本设计由由CNCC控制主主轴电动动机的速速度和极极性。主主轴有高高低两档档齿轮，高高速档主主轴与主主轴电动动机之间间齿轮传传动比为为1:11；低速速档主轴轴与主轴轴电动机机之间齿齿

45、轮传动动比为11:4. 955。CNNC侧对对主轴速速度的控控制的接接口信号号如下表表所示：名称G30G29G04G34001Sov001mfGr100002Sov002Gr200003Sov003sfGr300004Sov004fin005Sov005006Sov006007Sov0073.1.3 主主轴参数数的设定定如下表33-3是本本项目数数控机床床电气系系统主轴轴参数设设定值：参数内容说明明1S轴伺服服电机马马达旋转转方向设设置：通过00或1切切换。当当X轴伺伺服电机机马达旋旋转带动动机床运运动方向向与X轴轴机床坐坐标预定定的方向向相反是是通过00或1切切换。1S主轴编编码器读读书方向

46、向设置:通过00或1切切换。当当S轴编编码器读读书方向向与S轴轴机床运运动方向向相反是是通过00或1进进行切换换。0主轴伺服服控制类类型:oo : VT 总线11：M22总线22：seercoos2总总线40966/1S轴编码码器反馈馈脉冲数数设定，一一般设置置为40096(主轴电电机数为为10224,44倍频后后反馈440966脉冲数数)如果果主轴不不带编码码器，设设置为110主轴转速速设置【00100000000】(单位：R/mmin)用于设设定系统统没有执执行代码码程序时时的主轴转转速。0主轴定位位角度【0035599999】(单位：0.0001度度)设定定主轴定定位时的的定位角角度读书

47、书负方向向。10主轴定位位转速(单位动动刀讯)设定主主轴定位位时的转转速，速速度越快快，定位位越快，但但不能太太大300每10赫赫兹对于于那个主主轴转速速当量(r/mmin )。例例如主轴轴电机额额定频率率为500HZ对对应空载载额定转转速为115000r/mmin，则则设为(15000/550) *100=3000主轴变频频器(VVT)变变频器)的调试试。电机参数数自镇定定过程：1)初始始化驱动动器参数数P0.001=$:回复复出厂参参数2)设定定变频器器预设频频率：P0.005:旋旋转自镇镇定时的的频率3)根据据电机铭铭牌参数数，设定定变频器器自镇定定参数(不同机机型电机机铭牌参参数不相相同)：P9.001:电电机极数数P9.002:额额定转速速P9.003额定定功率P9.004:额额定电流流4)设定定电机自自镇定参参数的方方式，按按EUUN开始始运行:P9.115=11:停止止方式自自镇定P9.115=22:旋转转方式自自镇定5)观察察变频器器是否出出现过载载报警，如如果是，则则切换参参数Pdd.222;Pd.222:编编码器方方向旋转转，编码码反馈方方向与电电机旋转转方向不不一致时时:采用用0或11切换参参数，6)自镇镇定参数数结束后后，按照照参数表表设定变变频器参参数;7)设