数控机床的电气控制系统的设计2.docx

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1、结业设计陈诉数控机床的电气控制系统的设计系 部： 电气工程系专 业：机电一体化技能班 级： 机电091姓 名：学 号：指导老师：201510目 录摘要：I第一章 序言21.1 选题配景与意义21.2 数控机床电气控制系统的生长与现状21.3 数控机床的组成与根本事情原理51.4 本文所做的事情6第二章 电气控制系统总体方案设计72.1 数控机床电气控制系统的控制要求72.2 伺服控制系统的主要功效102.3 电气控制系统总体设计方案的提出13第三章 主设备的电气控制系统设计143.1 主轴电机的电气控制系统设计143.1.1 主轴电机的电气控制原理143.1.2 主轴的异常掩护方案设计153.

2、1.3 主轴参数的设定153.2 进给轴的电气控制系统设计173.2.1 进给轴的控制原理203.2.2 进给轴电机伺服驱动控制系统设计213.2.3 进给轴限位控制及异常情况处置惩罚243.3 电气系统开关与紧急停止系统设计253.4 电气结构与安装26第四章 电气控制系统的安装与调试284.1 安装注意事项与要点284.2电气控制系统调试方案294.3 控制系统调试的结果与说明32第五章 总结33谢 辞35参考文献36附录38数据机床的电气控制系统的设计摘要：数控机床是现在制造产业的焦点母机，数控系统又是数控机床的焦点，而数控系统的性能保障是数控机床的电气控制系统。可以说数控机床电气控制系

3、统的优劣，决定了控制系统的性能。广义上说数控机床电气控制系统包罗数控系统，本文所提及的系统，要控制机床实现高速高精度高可靠的加工，所以电气控制系统的性能至关重要。本文主要是在阅读大量有关数控机床电气控制的文献的底子上完成了以下几个方面的内容：首先提出了TK40A数控机床电气控制设计的总体方案，并论述了数控机床电气控制系统的控制要求以及伺服控制系统的主要功效；其次论述了机床电气控制系统详细设计，本文主要阐发了数控机床电气控制主设备中的主轴电机的电气控制原理、参数设计以及异常掩护方案设计；电气控制给进轴的控制原理、电机伺服驱动控制系统设计以及限位控制；电气系统开关与紧急停止系统设计以及电气结构与安

4、装；最后论述了电气控制系统安装与调试应注意的事项与要点，调试方案以及调试的结果。要害词：数控机床电气控制，电气柜设计，PLC 第一章 序言1.1 选题配景与意义人类生长和文明进步的主要动力之一便是人类的经济运动，而人类经济运动的重要基石就是制造，它的生长水平标记着一个国度产业的发达水平。随着科学技能的生长，传统的机电制造业正在经历着深刻的厘革，取而代之的是以微电子盘算机、信息科学技能等为支撑的现代化制造业，这些高科技信息技能为机器制造业带来了排山倒海的变革。科学技能的快速生长为制造行行业注入了新的活力，也为人类的提供了多样化的产物，人们也对产物多样化的要求越来越高，产物的调换周期也越来越短，使

5、多品种、小批量生产的比重明显增加;同时，随着航空航天、造船、军工、汽车、农业机器等行业对产物性能要求的不停提高，产物中形状庞大的零件越来越多，加工质量要求也不停提高。而传统的加工制造业已经不能够完成这种产物多样化、柔性化以及高精度化、高质量的加工要求，为此，必须探寻一种能够解决上述问题、实现精度高、效率高的自动化制造生产设备数控机床。数控机床的要害性能之一是控制数控机床的电气控制方法。总所周知，数控机床原本就是一台电能量转换装置，其功效是将电能转换成加工工艺所需机器能。而其中的电气控制对付整个数控机床来说，就像人类的心脏，使整个机床正常事情的能源保障。机床电气控制系统包罗机床供配电系统、主轴控

6、制系统、进给轴控制系统、冷却油泵控制系统以及其他的帮助设备控制系统。PLC的引入为电气控制，尤其是电器开关量的控制是有重大革新的。在本文中PLC主要是用来控制冷却电机，油泵电机以及其他的帮助电气控制系统。用PLC来替代继电器打仗器控制系统，提高了系统的可靠性和柔性，使控制性能产生了一个质的奔腾。1.2 数控机床电气控制系统的生长与现状一直以来，机床产业在德国政府看来都具有极其显著的战略意义，并在许多领域尽力推动其生长。它的突出特点体现在极其看重实际效果，极其看重人力资源建立，一切为了人，一切依靠人，极为重视师傅与徒弟之间武艺上的承接，花很大的精力用于工人素质的培训提高。同时，科学研究方面的投入

7、在德国也得到特别重视，科学理论都重视投身于相关生产实践，既重视发挥底子科研的作用，也重视应用科学的研究。德国还特别重视让高校走出校门开展校企联合，尽力推动高校科技结果转化，在诸如产物设计、数控机床加工等相关研究领域，充实地、深入地进行双方相互间的优势互补，严格控制并追求更高更好的产物质量。正因为其在产物细节、实用性和质量等方面的极致追求，由此才会有德国的此类精密和大型数控机床产物闻名并脱销全世界，其领先其他同类产物，并且性能品质得到充实一致的认可，得到了极大的乐成，尤其是其主机和光、液、刀具、电、丈量等相关配套功效部件的先进性和实用性，一直以来更是令人津津乐道，到达了世界顶尖水平。人们都知道的

8、著名的西门子公司就是其中典范代表和佼佼者，该公司生产的数控系统在全世界范畴内都受到了极大接待和使用。底子产业在日本所受到的重视也不亚于德国，政府制定“机振法”和“机信法”等相关执法法例对行业生长进行公道筹划和引导。其高度重视在企业员工素质建立，充实借鉴世界上其他国度的先进经验，特别是学习德国在相关配套功效部件的先进技能，以及美国在数控机床和质量治理方面的先进技能，并最终在许多方面甚至已经逾越了它们。因此，日本与其他两个国度一样，其数控机床生产自动化生长都经历了从大批量的到全面柔性的中小批的历程。日本是在1958年开始能自己研制数控机床，并在今后的20年后以7342台的生产数量开始逾越美国的56

9、88台，一直到今天其生产数量乃至出口数量都牢牢占据世界第一的位置，例如在2001年其生产的凌驾一半的数控机床都出口销往世界其他国度。日本在数控机床上的生长战略可以归纳综合为：先模仿美德两国，然后自己研发创新；在其开始自主研制性能较高的数控机床之前，首先注重生长可以大批量生产的中档产物用于开拓占领是世界市场。它的生长体现得很有筹划：目标明确，主要生长数控系统；其生产治理经历了以下这么一个历程，从学习模仿美国的TQC治理模式，到提倡发挥整个员工团体自发的创造力，并最终依靠电子电脑科技领先世界上其他国度，从而开创了一条机电一体化的生长门路。尽管当前我国接纳了较为成熟的电路控制系统，但由于大多数照旧接

10、纳相对滞后的传统方法，即继电器打仗器电路，而只有少数用的较为先进的PLC控制，固然，接纳其他更为先进的虚拟PLC系统的就更少了。因此，在肯定我国数控机床生长结果的同时，也不能否定其相对落后的电子控制系统的事实。历经4个“五年筹划”的要害生长时期，我国的数控机床在其50年左右的生长历程中取得了一定的结果，主要体现以下几个方面：（1）已经有了根本的数控技能。当前，我国大多数数控技能已能充实应用于商业开发方面，并开始在财产化偏向做出努力。这些都是在我国已根本具备数控技能生长的相关技能的底子上取得的，这些技能包罗伺服驱动及配套部件等方面。（2）数控财产基地根本成型。已经开始形成能实现一些技能商品化的财

11、产基地，这个基地包罗从能实现大批量生产的华中数控等，到专门生产伺服系统和伺服电机的兰州电机厂等，另外有北京第一机床厂、济南第一机床厂等几个数控生产厂。（3）拥有一批数控技能研发和治理人员。由此可以看出，我国在数控技能的研发、数控技能商品化等方面取得了很大的生长，但这仍远远无法到达相应需求，特别是在其高端技能部门另有许多生长空间。 尽管从生长时间来看，我国的数控技能生长取得了很大的生长，但与世界上其他先进国度相比，仍有很长的路要走，因为无论是在生长速度上，照旧在技能研发领域都还相对落后，特别是在一些高端的技能领域。我们大抵可以从以下几个方面，看出我国与世界先进水平的差距到底有多大：（1）落后代界

12、先进水平在十年到十五年之间，尤其在高端技能领域体现更有突出。（2）财产化水平低。没步伐范围化生产；产物种类少；功效套件生产滞后；质量控制不稳定；技能结果转化能力低；市场销售份额低；相关产物及其品牌在用户中的认可度不高；（3）生长后续乏力。这体现在：没法鼎力大举拓展其应用领域的研究；财产生长没有相应的尺度化、制度化；数控技能还无法形成系统化、模块化生长。（4）电子控制系统的开放兼容做得欠好。对开放式系统的研发方面，仍存在观点模糊的问题，其研发平台的仍没能得到有效解决。在我国仍存在好许多不一样的开发系统，而这些系统又多数没有相同的体系结构，又没能有效相互兼容，更不要说交换。它们对各自体系结构的表达

13、仍处在外貌上，还无法形成较高条理的理论化和抽象化，因此，它们也就不可能具备相互间的移植，也就底子不消说要进行相关操纵。（5）开放性控制系统的操纵仍没能接纳盘算机上通行的Windows和LINUX等一样的新型系统。相关软件开发仍处在一个较低水平上，相关的理论和技能滞后，无法满足相关需要，没能有效利用相关软件工程方面的新技能和新理论。（6）相关产物出厂后，其以后的所有更新维护历程都需要在生产厂家全程资助下完成，客户对厂家的依赖性太强，而相对应的，客户也没步伐把其他任安在产物使用历程中的意见想法，提供应厂家，在这里面有一个相同不畅的问题，因此产物也就无法得到有效的开发和生长。1.3 数控机床的组成与

14、根本事情原理一般，零件在普通的数控机床上加工主要是凭据零件的设计图纸，由操纵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，是通过盘算机编程人员将整个零件加工的工艺步伐以及机床运动的轨迹要求编程，然后再将编程好的盘算机语言导入到CNC装置，再经过工序的转换和处置惩罚后，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事情流程：图1-1 数控机床的事情流程图1.4 本文所做的事情本文主要是在阅读大量有关数控机床电气控制的文献的底子上完成了以下几个方面的内容：

15、第一，提出了数控机床电气控制设计的总体方案，并论述了数控机床电气控制系统的控制要求以及伺服控制系统的主要功效；第二，机床电气控制系统详细设计，本文主要阐发了数控机床电气控制主设备中的主轴电机的电气控制原理、参数设计以及异常掩护方案设计；电气控制给进轴的控制原理、电机伺服驱动控制系统设计以及限位控制；电气系统开关与紧急停止系统设计以及电气结构与安装；第三，电气控制系统安装与调试应注意的事项与要点，调试方案以及调试的结果。第二章 电气控制系统总体方案设计2.1 数控机床电气控制系统的控制要求凭据数控机床电气控制(第二版)4，数控机床电气控制系统的设计主要要遵循以下几方面的原则：首先，要尽可能的满足

16、整个系统的机器设计和工艺加工的要求。尽管数控机床是科技生长的产物，但其仍然属于机电一体化产物，其主要包罗了控制系统的主轴控制系统和进给轴伺服控制系统，而这些系统大多数都是机电式的，他们的输出部门的机器环节和元件是控制系统必不可少的重要组成部门，直接影响着数控机床性能的优劣。这些机器环节和元件差别于电气部门，他们不能够灵活的变革，一旦加工完成，其性能的提高险些是不可能的了。所以，数控机床的机器设计人员以及数控机床控制系统的人员必须深刻地认识到这一点，以便他们能在最初的设计阶段和加工阶段能全方面的权衡各部件负担的职责，紧密配合，制定出公道的设计方案和加工方案。这机器环节和元件的设计历程中，需要乃如

17、考虑的机器部门主要有：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，而电气控制部门主要考虑的是强电、弱电部署和设计。其次是需要包管数控机床运行的可靠性好稳定性。电气控制系统的可靠性和稳定性在很大一部门水平上决定了整个数控机床的可靠性和稳定性。数控机床数控系统的妨碍来自多方面，主要包罗数控机床的加工工艺、数控机床的运行情况以及数控机床的使用条件。特别是在数控机床事情的现场，种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滋扰，导致数控系统出现妨碍，因此，设计阶段就必须控制电磁滋扰的强度，并提高数控系统抗电磁滋扰的水平。再者，控制系统的设计需要

18、便于加工生产，低落本钱，并在此底子上包管产物的质量。大多数商品的生产是以盈利为目的，因此数控机床的数控系统需要以最低的本钱完成最高质量、切合生产要求的产物。因此在设计的初期，就应该充实考虑个部件的质量和工艺，以便在后期的安装调试历程中淘汰妨碍的出现，包管产物质量，淘汰维修用度。最后，必须要保重产物的宁静。整个产物的设计必须将人员的生命宁静、设备的宁静纳入重点考虑，产物的质量也必须到达国度相关的宁静划定和尺度。种种标识语需要醒目、简便、易懂、便于操纵。数控机床对电气系统几个根本要求：第一、可靠性要求高。现在数控机床多数实现了自动化，特别是柔性制造系统下，数控机床都要求实现无人状态下的长时间乃至二

19、十四小时的连续运作，在这样的运转情况中，要求有更高的机床的性能。而要做到这点，就要在其结构以及相关控制装置上下工夫，别的机床所用的电子元件都要有最高水准并且性能最稳定的新型产物。第二、切合新技能的生长需要，在不影响性能可靠的情况下，电气系统要保持在同行业先进水平，特别是在一些要害系统的使用上，如新数控系统和新润滑系统。第三、性能要得到充实保障。电气系统要充实适应种种差别的范畴遍及的情况，一般可以通过稳压电源的增加等手段，让它在交换电供电系统情况中适应相应的电压颠簸。同时，其还对要求能排除电网系统的噪声的部门滋扰，这是电气系统的电源模块中相应元件的要求。别的，电气系统中不能自己滋扰自己，还要能抗

20、击外面的滋扰，自己自己又不能造成对外部的滋扰，这样的电气系统一定要切合相关国度尺度，同时能做到电磁兼容。第四、宁静性要得到保障。相关操纵人员的宁静要得到保障，这就要求相关装置要做好绝缘防护，接地部门要牢固；妨碍的连锁控制要宁静可靠；电气装置的相关部件要能有一个可靠的防护外壳；要有一个密封性极好的电柜，包管其不会有切屑等杂物进入其中，同时要包管，电柜的相应元件在正常电压下的宁静使用；要有走拖链的电缆以防备缆线断掉而引起相应妨碍；要有相应的触电防护装置；要保障所有的机床电柜中的相应电子部件，不会产生异常的温度升高的现象，这就要求安装配备空调。第五、维护方便快捷。容易损耗的电子部件要能方便快捷的被调

21、换，或被替换掉。一般来说，日常维护主要是要包管相应的数控系统温度和湿度都在正常值范畴内，同时要让相应部件外貌保持洁净的状态。第六、控制性能优良。要包管所有的电动机在其被控制启动的时候，都能很块的做到平平稳稳的，没有其他打击震动的异常噪声，同时温度也要保持在正常范畴，不能出现非正常的突然温度升高现象。第七、运行中的相应信息在状态栏显示准确。一般来说，电气系统在运行中都是用三色灯做相应的妨碍、状态和运行指示，这些指示灯都能明确体现出其相应的状态信息。第八、操纵历程的人性化设置。好比说机床的颜色，电柜的颜色在切合相关尺度的情况下，还应做到美观大方、显示明确；机床操纵站肯定要以人所站的位置想适应，并且

22、其高度也要切合大多数员工的平均身高，这样才气满足员工在上面方便操纵的需要；别的，还要包管员工在紧急状况下，能快速找到相应的停止按钮，这样按钮的设置就要明显方便的地方，并且要保障足够多。本数控铣床电气控制系统对运动及控制有以下几方面的要求：第一、主轴控制要求：要能有效控制对主轴电机的启动、停止，以及对电机速度的调解；主轴要能平稳地运转，在对其加快或减速历程都要做到反应快捷灵敏，同时在低速状态下要包管有足够大的扭矩，其超出最高承载能力强等。第二、进给轴控制要求：X，Y，Z轴要求各自都有1台伺服电机驱动，并且这个电秘密能包管有效控制3个轴的速度，并能有效控制相应转角。要能有效控制各轴速度及转角。其对

23、精度的相应要求为：重复定位要包管士0.005毫米范畴内，定位精度要包管在士0.001 毫米范畴内；其对速度的要求如下：能有效实现加减速，较为流畅地进行三轴联动，要有良好的追随性能，要把每秒加工的速度控制在20cm 到1m之间。其对稳定性有以下要求：要包管较小的振动，同时要能使得受到滋扰的可能淘汰到最低水平等。第三、帮助控制方面的要求:要能有效控制自动对刀、电扇电机、润滑电机、和液压泵，以及冷却泵电机的运行；第四、系统紧急停止及事情台限位掩护；第五、控制机床运行情况的信号指示灯。具体的描述会在其所对应的章节进行。CNC数控装置是控制的主导，但是这也需要协调配合可编步伐控制和继电器控制电路，在两者

24、的协调下才气配合完成。三相380V电压、40A的电流和10KW的功率、50HZ的频率组成了此次数控机床的焦点电器额定负荷。额定负荷的1.5倍是电气参数所能蒙受的极限。25牛/米是主轴额定扭力，11.5牛顿是X，Y轴的额定扭力，其中18N/m是Z轴的额定扭力。2.2 伺服控制系统的主要功效控制工具为机器位置或角度，并以此为自动控制系统的我们称之为伺服系统，其也被称为位置随动系统，它以控制被控工具的位置和跟踪问题的解决为其主要的功效，它是以准确跟踪位置指令的完成来体现执行机构的主要功效。当前社会生产以及生活水平的生长，也使得伺服技能迎来了生长的春天，伺服系统在产业生产以及军事产业等各个领域都有巨大

25、的生长。凭据之前的处置惩罚要领，模拟和数字伺服系统是最主要的伺服系统。因为制造上的工艺会影响模拟式检测装置，同时也有巨大的难题摆在制造上，也影响着伺服系统的精确度，但是却没有制约着数字伺服系统的生长，同时却能够在这一领域得到巨大的优势，因此，模拟伺服系统在许多实际场所已经被数字伺服系统所取代。数字伺服系统运行的原理：所有的采样的开始都是周期一，其中定位置脚B是控制盘算机从众多输入接口接纳一个来担当上级盘算机所送来的，同时自测角装置的是通过对控制盘算机来实现的，其中是所接纳的通过来得到的。是前若干次采到并将其放到控制算法中，这个历程需要恰如其分的进行。通过有效的盘算，控制信号C(n)数字也得到，

26、因此D/A是通过C(n)得到的转换器，并且是在转换后通过模拟得到的电机驱动装置PWM，定位置角8是通过控制电机使负载，在位置的所指之处，已经完成了精致盘算机的接纳周期内所需要的任务，并开始比及下一次的采样周期。图2-1 数字伺服系统原理图数控机床中，伺服系统讲的就是驱动的位置控制系统，而这指的是每个坐标轴所供应的。CNC装置是伺服系统从的主要控制系统，同时变更和放大后的加工坐标轴按指令脉冲运动。这些加工会动员事情台，同时刀架的动员，大概几个坐标轴的综合联动也会因此动员，同时每种庞大的机器运动也是在刀具的作用下产生的，同时也会凭据加事情出一些相对较为庞大的形状工件。伺服系统相对会比力稳定，其保持

27、稳定的秘诀就是使光轴也趋于稳定，同时也能对指向惯指位置提出了相应的要求的。与此同时光轴的稳定也需要在稳定的平台下得以实现。变革的载体姿态角是需要通过稳定的平台得以实现的，同时信号的输出所得到的反馈也会相比拟力稳定，并且误差的品级也分为一级和二级稳定。摄像机一级反射镜，和稳定的棱镜在这个历程中都能促使系统的稳定。第一，一级稳定变革的惯性元件感测体姿态、态角的变革也能够促使平台的越发稳定，同时其信号的输出也是通过驱动电机的放大化而得到的，同时在这个历程中成像的稳定需要保持摄像机或反射镜、棱镜的稳定。在许多行业都市遍及应用到一级稳定技能，并且其接纳的是光学平台，于此同时在这个平台上是以陀螺丈量为主，

28、同时将陀螺的敏感姿态角进行有效的要领，最终得到稳定的平台，这个平台以三轴和四轴为主，单是当旋转速度较快的时候，像质会因此得到巨大的破坏。这个历程就需要将三轴的陀螺进行牢固。整体稳定在光电传感负载器中适用范畴会比力小，同时也遍及运用于每个国度的机载侦察机上，然而要是大的负载却没能有好的效果，摩擦力矩和静不平衡力矩也会因此影响，陪同着不停增加的负载，也会增加每个传感器的导线扭矩等。第二，二级稳定瞄准线的稳定是靠稳定的平台来实现的，这是一级稳定的包管，然而这个历程也受到许多因素的滋扰，随着不停提高的稳定精度的限制，平台稳定的进一步考虑需要通过粗请、精条反射镜来得以实现，这个也会在反射镜和稳定的平台中

29、结合使用，二级稳定也被遍及应用于侦查和激光通信系统中。在本次是囧机床的电气控制系统中所接纳的是三相交换永磁同步伺服系统，并且是通过交换伺服电动机的供电频率的改变，同时也会通过电动机调速的目的来完成。拥有以下的优点：首先，输入量精确水平在输出的历程中会比力好，这就是较高精度；其次，拥有较强的抗滋扰能力，即好的稳定性；再者，良好的动态性和优异的跟踪精度，同时，也拥有较宽的调速；最后，大扭矩速度较低。图2-2 三相永磁同步伺服电动机磁场定向矢量控制系统结构图2.3 电气控制系统总体设计方案的提出CNC盘算机数控系统和强电柜组成了整个系统。CNC盘算机数控系统的数控装置是统一的，同时这个系统是由CNC

30、系统、输入/输出接口、驱动单位和执行机构，这个也是要考系统的加工为中心。TK40A数控机床强电柜如图1所示，是由动力、控制电路以及可编程配合组成。系统结构框图如图2-3所示：图2-3 系统结构框图下图所示的结构是选择TK40A数控机床电器控制的大抵方案。CNC是其主控系统，以ARM9+ C/O S-II，驱动的焦点是DSP+FPGA，其中以运动控制器和伺服，电气帮助系统的控制焦点为PLC。图2-4 帮助电气控制系统的方案图第三章 主设备的电气控制系统设计3.1 主轴电机的电气控制系统设计3.1.1 主轴电机的电气控制原理本文所选的TK40A数控铣床的型号的主要功效是完成五金产物和小型模具的生产

31、和加工，该型号铣床的主轴电机的根本参数如下表2-1所示：表2-1：主轴电机的根本参数参数名称额定参数额定功率3.7KW额定电流13A额定电压380V品级4极额定频率50HZ根本转速1500RPM最高转速8000RPM与此对应的主轴驱动器选用的是变频器，该变频器的主要参数为：额定功率5.5KW，电流13A，电压三相400V级。凭据相关范例和盘算，该主轴电机的参数能够到达加工五金产物和小型模具所需要的条件。凭据这些选定的主轴电机的参数，本项目选择了型号为YD90L-4/2电动机作为主轴电动机。这种主轴电机的事情历程可以分为以下几个步调：首先，主轴驱动器得到控制系统CNC发出的使能信号以后，主轴电机

32、便进入预备启动的事情状态；然后操纵人员在CNC系统中输入自动运转的命令大概手动运转的命令，主轴电机就正式进入运转事情的状态。三相产业用电在380V的电压通事后，会经过一个漏电开关，然后再经过熔断器，接着直接进入主轴驱动器的变频器VT，为主轴电机的正常事情提供能源。主轴电机的变频器在吸收到CNC的控制信号后开始向主轴电机发送对应的指令，此时主轴电机开始实施相应的加工事情，在加工事情的同时，光电编码器将主轴的相关情况，如主轴的转速等信号返回到CNC系统。3.1.2 主轴的异常掩护方案设计主轴在事情的历程中难免会遇到一些情况异常的现象，这不但影响了零件加工的质量，还对数控机床有着巨大的损害作用。当数

33、控机床电气控制系统事情的时间过长，凌驾了额定的工总负荷，系统的电机就会出现发热、过载等现象。凭据本项目所选的设备型号，该数控机床的过热温度闽值设定为110，当数控机床在110的情况下事情凌驾两分钟，电气控制系统就会向系统通报出一个过热的危险信号，如果该情况不能实时解决，系统将会发出过热过载的报警信号。如果主轴出现其他的异常情况，好比说主轴系统中出现与电机转速不相匹配、比力细微的功效性异常大概电机的功率失常、流经主轴电机的电流过大等，都市被电气系统中的变频器检测到，变频器将检测到的异常情况通过变频报警信号通报给CNC系统，操纵人员便可以通过报警信号检测相应的异常情况；如果数控机床出现突然断电的情

34、况，可能是由于电气控制系统出现短路大概电压不稳等导致的。如果是由于外部因素出现的突然断电的情况，那么数控机床电气系统中的CNC系统、变频系统、PLC等就会自动将前面输入的信息和步伐储存起来，在数控机床的供电系统规复正常后，还能利用这些被储存起来的要害参数和步伐。如果数控机床的主轴突然短路，这将会产生非常大的电流，这个时候，漏电开关就发挥了非常重要的作用，漏电开关会自动检测电流，一旦检测到电流凌驾了30MA，漏电开关便会自动断开，切断电流，这样不但能包管人员的宁静情况，还能够掩护电机不受损害。本设计由CNC控制主轴电动机的速度和极性。主轴有崎岖两档齿轮，高速档主轴与主轴电动机之间齿轮传动比为1:

35、1；低速档主轴与主轴电动机之间齿轮传动比为1:4. 95。CNC侧对主轴速度的控制的接口信号如下表所示：名称G30G29G04G34001Sov01mfGr10002Sov02Gr20003Sov03sfGr30004Sov04fin005Sov05006Sov06007Sov073.1.3 主轴参数的设定如下表3-3是本项目数控机床电气系统主轴参数设定值：参数内容说明1S轴伺服电机马达旋转偏向设置：通过0或1切换。当X轴伺服电机马达旋转动员机床运动偏向与X轴机床坐标预定的偏向相反是通过0或1切换。1S主轴编码器念书偏向设置:通过0或1切换。当S轴编码器念书偏向与S轴机床运动偏向相反是通过0或

36、1进行切换。0主轴伺服控制类型:o : VT 总线1：M2总线2：sercos2总线4096/1S轴编码器反馈脉冲数设定，一般设置为4096(主轴电机数为1024,4倍频后反馈4096脉冲数)如果主轴不带编码器，设置为10主轴转速设置【01000000】(单位：R/min)用于设定系统没有执行代码步伐时的主轴转速。0主轴定位角度【0359999】(单位：0.001度)设定主轴定位时的定位角度念书负偏向。10主轴定位转速(单位动刀讯)设定主轴定位时的转速，速度越快，定位越快，但不能太大300每10赫兹对付那个主轴转速当量(r/min )。例如主轴电机额定频率为50HZ对应空载额定转速为1500r

37、/min，则设为(1500/50) *10=300主轴变频器(VT)变频器)的调试。电机参数自镇定历程：1)初始化驱动器参数P0.01=$:复兴出厂参数2)设定变频器预设频率：P0.05:旋转自镇定时的频率3)凭据电机铭牌参数，设定变频器自镇定参数(差别机型电机铭牌参数不相同)：P9.01:电机极数P9.02:额定转速P9.03额定功率P9.04:额定电流4)设定电机自镇定参数的方法，按EUN开始运行:P9.15=1:停止方法自镇定P9.15=2:旋转方法自镇定5)视察变频器是否出现过载报警，如果是，则切换参数Pd.22;Pd.22:编码器偏向旋转，编码反馈偏向与电机旋转偏向不一致时:接纳0或

38、1切换参数，6)自镇定参数结束后，凭据参数表设定变频器参数;7)设定为系统控制方法，试运行电机;8)主轴定位角度调试。3.2 进给轴的电气控制系统设计该型号的数控机床为半线轨机床，也就是说X, Y轴是接纳线轨，而Z轴接纳的是硬轨。接纳线轨的进给轴与机器本体的打仗面小，摩擦力小，阻力小，其负载能力较轻，一般用于轻载切削，用于加工五金零部件，汽车配件等产物；而接纳硬轨方法的进给轴则面粗，摩擦力大，阻力大，负载能力强，可重载切削，一般用来加工模具产物。本机床LOKSON650，接纳半线轨则其用途是介于两者之间的一种产物，主要用来加工五金，汽车配件，小型模具等产物。故其切削要求分为:进给轴要求和主轴要

39、求，主轴的要求在上部门已经讲过，这里就不再赘述了。下面着重讨论进给要求：（1）精度要求：重复定位精度是士:0.005mm;定位精度是士0.001mm;（2）快速要求:加减速好，三轴联动比力顺畅，追随性好，平均每秒加工进度为20cm/min，最快能到达1 m/min；（3）稳定性的要求:振动小，抗滋扰能力强等。对X，Y，Z进给轴的控制是整个电气控制系统里面最有难度的部门。我们选用了安川伺服电动机(属于三相永磁同步电机，型号为S GMGD-20ACA51)和华南理工大学研发的伺服驱动器(型号为SGMD-20ADA) o由于X, Y伺服轴的要求一样，故X，Y轴的伺服电机相同，其主要参数为：额定功率1

40、.8KW，额定电流：3A，额定扭力500牛/米，额定电压三相220V，额定转速为1500RPM，最高转速为3000RPM。对应的伺服电机驱动器的参数为：额定电压三相220V，额定功率2KW，额定电流2A，额定频率为50HZ。本系统的帮助电气控制系统的润滑系统有两个输入，两个报警输出;冷却系统也有两个输入两个报警输出；自动对刀有6个输入，6个报警输出;照明和信号灯系统有一个输入，四个输出;换刀系统有5个输入和5个输出，故在选择PLC时，考虑到有留有1/3的余量我们接纳了汇川HCzu - 241 SMR型号的PLC。拥有24个输入，15个输出。扫描频率高达1000HZ，完全满足要求。其IO点的漫衍

41、为：表3-3 PLC外部IO点的漫衍输入点X0X轴左对刀信号输出点Y0X轴左对刀使能输入点X1X轴右对刀信号输出点Y1X轴右对刀使能输入点X2Y轴前对刀信号输出点Y2Y轴前对刀使能输入点X3Y轴后对刀信号输出点Y3Y轴后对刀使能输入点X4Z轴上对刀信号输出点Y4Z轴上对刀使能输入点XSZ轴下对刀信号输出点Y5Z轴下对刀使能输入点X6预留输出点Y6预留输入点X7预留输出点Y7预留输入点X8润滑缺油信号输出点Y8润滑缺油报警输入点X9冷却剂缺少信号输出点Y9冷却剂缺少报警输入点X10预留输出点Y10预留输入点X11润滑剂过量信号输出点Y11润滑剂过量报警输入点X12冷却剂过量信号输出点Y12冷却剂

42、过量报警输入点X13预留输出点Y13预留输入点X14手动松刀输出点Y14松刀输入点X15自动松刀输出点Y15紧刀输入点X16输出点Y16刀盘正转输入点X17输出点Y17刀盘反转输入点X18输出点Y18刀盘前进输入点X19输出点Y19刀臂使能输入点X20输出点Y20刀库非法操纵报警输入点X21输出点Y21预留输入点X22输出点Y22开机照明灯亮输入点X23输出点Y23预留输入点X24输出点Y24预留输入点X25输出点Y25信号灯绿灯输入点X26输出点Y26信号灯黄灯输入点X27输出点Y27信号灯红灯3.2.1 进给轴的控制原理 以下将对伺服电机的控制原理和根本的事情情况作出扼要阐发。我们知道，不

43、管是X轴伺服电机、Y轴伺服电机照旧Z轴伺服电机，它们根本的事情历程和电气控制原理都十分相似，因而以下将X轴伺服电机作为例子来对电机的控制历程及所依据的理论作出说明。一般而言，使伺服电机事情起来必须满足3个条件，一为与电机满足对应干系的驱动器首先要吸收“CNC使能”信号，该信号有正有负，来源于CNC；二为驱动器无妨碍，能够马上顺利地将应答信号回馈给CNC，该应答信号应当包罗伺服电机满足伺服相关要求的信息。而在第二条件满足的同时驱动器需要吸收“正负使能信号”，该信号的来源为机床操纵面板。而三个条件的告竣只能表明伺服电机已经具备了起动的根本条件，而要X、Y、Z轴电机征程事情起来，则还需要从CNC吸收

44、到非常重要的命令指令，命令指令可能为手动还可以是自动循环。当电机事情历程中遇到妨碍或因其他因素无法正常事情，电机将吸收急停命令而停止事情，该命令可以由CNC发出，也可以由事情者手动从控制面板上发出。此时，将产生以下变更。众所周知，产业用电为三相380V，而此时将会经总开关QC1、打仗器KM1变为三相220V。最终进入X、Y、Z轴伺服驱动器的三相220V还需经熔断器FU1、FU2、FU3才气直接到达驱动器.3.2.2 进给轴电机伺服驱动控制系统设计凭据进给轴的控制原理，本数控机床电气控制系统进给轴电机伺服驱动控制系统参数的设定：主要参数参数的功效设定编号现场编号P000.1控制方法选择00000

45、001P200.0指令脉冲形式00000000PSOA3N行程有效21008100PSOB.OP行程有效65436548P202电子齿轮比(分子)螺距(10mm)32768P203电子齿轮比(分母)25002500P204位置指令加减速时间参数40100P500定位完成宽度200020P201分周比402500P100速度环增益090P101速度环积分时间常数100600P102位置环增益090P103惯量比200050P401扭矩指令滤波器时间常数000070P408.0陷波滤波器功效选择0000300P409陷波滤波器频率21000001当z轴装有抱闸电机时，设定一下参数：PSOF.2由输

46、出端子CN1-29, CN-30输出/BK信号00300PSOE.3将原CN1-29, CN1-30默认为输出“伺服准备就绪”设为“无效，33211P506制动器ON定时的设定00P507制动器指令输出速度电平(010000)100100P508伺服OFF制动器指令等候时间(10100)5050在选取安川Pn509交换伺服器时，还需要考虑一下一些参数和情况：当数控机床的电源出现不稳定的状况时，伺服机的就会出现突然掉电大概是电压下降的情况，这样就会影响数控机床的加工和事情。安川交换伺服器参数说明：参数功效出厂设定说明P1001. 速度环增益(Kv)75P100作为用户参数对付速度环的响应特性起着至关重要的决定作用。外侧位置环会因为速度环的较低的响应而产生延迟，使速度指令振动。P101速度环积分时间参数(Ti)900速度环中的积分要素旨在输入小时系统也能响应，但也造成伺服系统的延迟，因此时间参数不能过大，不然超程，定位迟钝，即快速性变差。P102位置环增益Kp75