ck6140數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 學生姓名 劉宇航 學號 10 班 級 090206 專 業(yè) 機電一體化 分 院 工程技術(shù)分院 指導教師 裴杰 201

2、1 年 11 月 27 日 摘 要 數(shù)控技術(shù)發(fā)展飛速的今天，數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)揮越來越重要的作用，數(shù)控機床是數(shù)控制造業(yè)的核心，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，機床工業(yè)也有了飛躍的發(fā)展：體現(xiàn)在新技術(shù)的廣泛應用和企業(yè)效益的明顯改善。目前機床行業(yè)的消費主流是數(shù)控機床。從國內(nèi)外市場對數(shù)控機床的需求來看，以后數(shù)控機床市場具有以下特征：一是經(jīng)濟型數(shù)控機床是以后的主流產(chǎn)品。二采用新技術(shù)，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性是企業(yè)生存的關(guān)鍵。本文主要介紹了對數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計的過程。 CK6140數(shù)控車床，對其電氣系統(tǒng)設(shè)計使尤為重要的，其內(nèi)容包括強電設(shè)計、弱點設(shè)計、PLC輸入輸出及接口設(shè)計，繪制出整

3、個機床的電氣系統(tǒng)原理圖等。 本設(shè)計給出了整個機床的原理圖繪制過程，重點部分模塊化，較詳細地介紹了各個部分的功能及用途。分為 380V強電回路，控制回路，PLC輸入輸出控制，主軸驅(qū)動模塊和進給伺服驅(qū)動模塊，并介紹了相關(guān)的電氣知識。 通過本設(shè)計說明書可以基本上掌握數(shù)控車床的電氣原理，以及基本的電氣常識，使讀者無論是從整體上還是各個模塊中都能夠了解到數(shù)控車床相關(guān)的一系列電氣知識。 關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控車床；主電路；控制電路；PLC控制；電氣原理圖 目 錄 第一章 緒 論 1 1.1 引言 1 1.2 數(shù)控機床概述 1 1.3 數(shù)控技術(shù)

4、的發(fā)展趨勢 3 1.3.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢 3 1.3.2 五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 4 1.3.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 4 1.3.4 重視新技術(shù)標準、規(guī)范的建立 5 1.4 CK6140數(shù)控車床主簡介 6 第二章 數(shù)控車床的基本組成和工作原理 7 2.1 數(shù)控車床組成 7 2.2 數(shù)控車床工作原理 9 2.3 CK6140數(shù)控車床運動分析 10 2.4 CK6140數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡述 11 第三章 CK6140數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng) 14 3.1主軸驅(qū)動系統(tǒng)概述 14 3.1.1主軸電動機 14 3.

5、1.2主軸電動機選型的要求： 14 3.1.3主軸電動機選型 15 3.2變頻器電動機主軸驅(qū)動裝置 15 3.2.1 FANUC 0i Mate主軸驅(qū)動裝置 15 3.2.2 設(shè)備的選型方法 16 3.2.3 FANUC通用變頻器 18 3.2.4 變頻器主軸伺服驅(qū)動電路 19 26 32 第四章 常用電器元件的選型 34 6.1 低壓電器選型的一般原則 34 6.2 斷路器的選型 34 6.3 電動機保護用自動開關(guān)的選型 35 6.4 熔斷器選型 35 第五章 結(jié) 論 35 致 謝 35 參 考 文 獻 36

6、 第一章 緒 論 1.1 引言 隨著我國市場經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來越多。在機械、軍工、航空工業(yè)，中、小批零件的生產(chǎn)幾乎占產(chǎn)品數(shù)量75%－80%，而且零件外形越來越復雜，精度要求也越來越高。傳統(tǒng)的機床己不能滿足要求，柔性加工的重要性更加突出，數(shù)控技術(shù)相關(guān)裝備的需求日益增大。 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域： （1）機械制造技術(shù)； （2）信息處理、加工、傳輸技術(shù)；

7、 （3）自動控制技術(shù)； （4）伺服驅(qū)動技術(shù)； （5）傳感器技術(shù)； （6）軟件技術(shù)等。 1.2 數(shù)控機床概述 數(shù)字控制(Numerical Control縮寫為NC)簡稱為數(shù)控，是指用數(shù)字指令來控制一臺或多臺設(shè)備的動作。它所控制對象有以下幾種： 1、動作順序的程序控制。 2、主軸、坐標進給速度、更換刀具、開閉冷卻液等輔助功能控制。 3、有關(guān)部件位移量和相對位置關(guān)系的坐標控制。 數(shù)控技術(shù)是與機床的控制密切結(jié)合而發(fā)展起來的，通常把采用數(shù)控裝置來實現(xiàn)自動化和高效率加工的機床統(tǒng)稱為數(shù)控機床。在實現(xiàn)加工合理化及高效率方面，數(shù)控機床與普通機床相比具有許多優(yōu)勢，它突出地表現(xiàn)為: 1、數(shù)控

8、加工是用機械加工多品種，小批量生產(chǎn)的一種自動化手段。自動化程度高、加工速度快是數(shù)控機床的突出特點。 2、數(shù)控加工能保持加工條件不變，而使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于加工所的條件(吃刀深度、進給量、主軸轉(zhuǎn)速、刀具等)都己事先由指令規(guī)定，所以無論由誰操作都能得到同一加工質(zhì)量。 3、數(shù)控加工極大地提高外形復雜零件的加工效率和加工精度。 4、通過數(shù)控加工的零件，由于提高了工件與基準面相關(guān)尺寸的加工精度，有可能大大提高零件裝配的互換性，而提高裝配質(zhì)量和效率。 5、由于加工時間固定，有利于管理，更進一步促使加工定量化，以達到生產(chǎn)管理的合理化、標準化。這為實現(xiàn)計算機管理生產(chǎn)乃至建立計算機集成制造系統(tǒng)都打下了堅

9、實的基礎(chǔ)。 6、由于操作技術(shù)被數(shù)據(jù)化后，熟練工人就可以減少。 7、可以大幅度減少人為的操作失誤，而降低廢次品率。可以不間斷地連續(xù)加工，從而縮短了加工周期.由于工夾具的標準化，減少了工夾具的需用量。 正是由于數(shù)控機床的這些特點，從本世紀五十年代以來，隨著電子、計算機、自動控制以及精密機械與測試技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，數(shù)控機床也在迅速發(fā)展和演變。世界上的第一臺數(shù)控機床是由美國在五十年代開發(fā)研制的，使用電子管元件，體積龐大。到六十年代，由于半導體晶體管的開發(fā)應用，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性提高、價格下降。 七十年代隨著中小規(guī)模集成電路的應用并伴隨著紙帶傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大提高了機床的加工效率及使用的靈活

10、性，也使數(shù)控機床日趨完善。八十年代以來，微處理器的發(fā)展與應用，數(shù)控技術(shù)也迎來了計算機數(shù)字控制(Computer Numerical Control縮寫為CNC)時代，隨著微處理器的運算速度的不斷提高，數(shù)控機床的功能和應用范圍也在不斷的發(fā)展與擴大。 從這些年數(shù)控機床的發(fā)展可以看出，它正向著高精度、多功能、高速化。 1、高精度化 當代工業(yè)產(chǎn)品對精度的要求越來越高，近十年來，普通數(shù)控機床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密加工中心則從3～5μm提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.01μm）。超精密加工機床在向更高精度（納米級）發(fā)展的同時，也向高效率、和大型化發(fā)展。

11、與之相適應，在計算機技術(shù)發(fā)展的推動下，各種加工精度補償技術(shù)得到了應用和發(fā)展，機床結(jié)構(gòu)材料也開始普遍采用各種性能穩(wěn)定、溫度影響小的新型材料，如:花崗巖、精密陶瓷等，使得數(shù)控機床的各項精度越來越高。 2、高速度化 提高生產(chǎn)效率是機床技術(shù)發(fā)展的永恒主題，這也表現(xiàn)在提高機床主軸的轉(zhuǎn)速上。中等規(guī)格的機加中心的最高轉(zhuǎn)速為4000-6000rpm，到了九十年代，則達到8000-12000rpm;另一方面，坐標軸的快速移動速度的提高，換刀時間和托盤交換時間等非切削時間的縮短，也使機床的加工效率大幅提高。 3、高柔性化 當代產(chǎn)品的多樣化和個性化，對機床提出了更高的柔性加工要求。如銑削加工中心可以銑削、鉆

12、孔、攻絲等。這種將各種加工功能在一臺機床上進行集成，均是為了在一臺機床上實現(xiàn)一次裝夾就能完成對零件的不同加工要求，這充分展示了機床加工的柔性，并有利于提高加工精度。 4、高自動化 自動化是指在全部加工過程中，減少“人”的介入，而能自動地完成規(guī)定的任務。傳統(tǒng)的自動化往往與大批量生產(chǎn)聯(lián)系在一起，使用大量的專用設(shè)備和組合機床。而目前可以通過數(shù)控機床和機械加工中心，既可在大批量生產(chǎn)中實現(xiàn)自動化，也可在小批量、多品種產(chǎn)品生產(chǎn)中實現(xiàn)自動化加工。 5、造型宜人化 好的數(shù)控機床不僅功能齊全、操作安全可靠、性能良好，而且要成為外觀宜人和符合操作人體學的一件藝術(shù)品。 6、操作簡單化 從LED顯示到TF

13、T液晶顯示，操作從按大量按鈕到菜單選擇甚至對話框操作使操作越來越簡單，顯示信息越來越多、越來越明快。 7、高可靠性 大規(guī)模集成電路及計算機的應用，使得數(shù)控機床越來越可靠。同時，數(shù)控機床的這些特點也使得機床的數(shù)控化不僅從傳統(tǒng)的銑、銼、車、鉆一類切削機床，日益廣泛地向磨床、壓力機等塑性加工機床、繪圖機、氣割機等特殊加工設(shè)備方面發(fā)展,也向柔性制造系統(tǒng)(FMS)，高速機床、專業(yè)機床發(fā)展。應用范圍日益擴大。但是，數(shù)控機床畢竟是一種高自動化的設(shè)備，技術(shù)復雜、成本較高，從其使用的經(jīng)濟效益出發(fā)，在目前階段，特別是在我國，仍多用于精度高、形狀復雜的批量零件的加工。相信在不遠的將來，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)控

14、機床為核心的柔性制造系統(tǒng)、無人工廠必將逐步取代現(xiàn)有的生產(chǎn)模式，成為機加行業(yè)的主導力量。 1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。 1.4 CK6140數(shù)控車床主簡介 不同制造廠商制造的CKA6140數(shù)控車床選用FANUC OTD，F(xiàn)ANUC 0i-MATE TC，F(xiàn)ANUC

15、 0i-TA，F(xiàn)ANUC 0i-TB、安川J50L、SIEMENS 802D，F(xiàn)AGOR 8025T，F(xiàn)AGOR 8055T等世界知名公司的數(shù)控系統(tǒng)。本次設(shè)計的CKA6140數(shù)控車床采用FANUC 0i-MATE數(shù)控裝置；FANUC通用變頻器主軸變速；SVM1-20進給驅(qū)動裝置等數(shù)控系統(tǒng)。 該機床為萬能型通用產(chǎn)品。特別適合于軍工、汽車、拖拉機、冶金等行業(yè)的機械加工。主要承擔各種軸類及盤類零件的半精加工及精加工?？杉庸?nèi)、外圓柱面、錐面、車削螺紋、鏜孔、鉸孔以及各種曲線回轉(zhuǎn)體，可對工件可進行多次重復循環(huán)加工。 基本配置： （1）機床采用臥式平床身結(jié)構(gòu)，床身及床腿采用樹脂砂鑄造，時效處

16、理，導軌采用高頻淬火，整體剛性強。 （2）主傳動采用變頻電機，可實現(xiàn)手動三檔，檔內(nèi)無級調(diào)速。 （3）進給系統(tǒng)采用伺服電機，精密滾珠絲杠，高剛性精密復合軸承結(jié)構(gòu)。定位準確、傳動效率高。 （4）配置立式四工位刀架。 （5）配有獨立的集中潤滑器對床鞍及機床滑板進行自動潤滑。主軸箱配有獨立潤滑系統(tǒng)。 （6）機床配有獨立的冷卻系統(tǒng)。 （7）主控制系統(tǒng)為FANUC 0i-MATE。 （8）大孔徑主軸，其主軸通孔直徑Φ60，能通過較大直徑的棒料。主軸扭矩大，剛性強，可強力切削。 （9）獨立放置的操縱箱可縱向滑移，便于操作者就近對刀，操縱箱面板采用觸摸式按鍵，美觀可靠。 （

17、10）配有內(nèi)冷卻，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷卻液飛濺。 （11）床鞍及滑板導軌結(jié)合面采用“貼塑”處理，移動部件可實現(xiàn)微量進給，防止爬行。 第二章數(shù)控車床的基本組成和工作原理 2.1 數(shù)控車床組成 數(shù)控車床一般由輸入輸出設(shè)備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅(qū)動裝置（或稱執(zhí)行機構(gòu)）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量反饋裝置組成。如下圖是數(shù)控車床的組成框圖。 電 氣 回 路 輔 助 裝 置 PLC 主軸伺服單元 操 作 面 板 主軸驅(qū)動裝置 進給驅(qū)動裝置 測量反饋裝置 進給伺服單元 輸入/輸出 設(shè) 備 計算

18、機 數(shù) 控 裝 置 機 床 本 體 ⑴、機床本體 數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點。 ⑵、CNC單元 CNC單元是數(shù)控機床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成。CNC單元接受數(shù)字化信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，

19、伺服系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動。 ⑶輸入/輸出設(shè)備 輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機的外部設(shè)備。在數(shù)控機床產(chǎn)生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已淘汰，后發(fā)展成盒式磁帶，再發(fā)展成鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工作，現(xiàn)通用DNC網(wǎng)絡通訊串行通信的方式輸入。 輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)（含機床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等），一般在機床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常。 ⑷伺服單元 伺服單元由驅(qū)動器、驅(qū)動電機組成，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。它的作用

20、是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動。對于步進電機來說，每一個脈沖信號使電機轉(zhuǎn)過一個角度，進而帶動機床移動部件移動一個微小距離。每個進給運動的執(zhí)行部件都有相應的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，整個機床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。 ⑸驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過簡單的機械連接部件驅(qū)動機床，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動， 最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應，驅(qū)動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。 伺服單元和驅(qū)動裝置可合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，所以，伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重

21、要組成部分。 ⑹可編程控制器 可編程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。當PLC用于控制機床順序動作時，也可稱之為編程機床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成為數(shù)控機床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對數(shù)控機床的控制。 ⑺測量反饋裝置

22、 測量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光測距儀、磁柵等。通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。 2.2 數(shù)控車床工作原理 使用數(shù)控機床時，首先要將被加工零件圖紙的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序; 然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、 分配，使各坐標移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。 CK6140數(shù)控車床的技術(shù)參數(shù)： 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑:Φ400mm。 拖板上最大工件回轉(zhuǎn)

23、直徑:Φ200mm。 最大工件長度: 1000mm。 最大車削長度: 850mm。 主軸轉(zhuǎn)速范圍(變頻): 40～1800r/min 可實現(xiàn)無級調(diào)速及恒線速切削。 主軸通孔直徑: Φ52mm。 X向行程： 220mm， Z向行程：1000mm。 快速進給速度X/Z: 6000/8000mm/min 每轉(zhuǎn)切削進給量 0.005-100mm/r 進給電機扭矩(功率): X向4Nm，Z向6Nm 定位精度(全程)：X向0.01mm，Z向0.01mm 重復定位精度: X向 0.007mm，Z向 0.01mm 尾架套筒內(nèi)孔錐度

24、: 莫氏5號 脈沖當量： 0.001mm 最高加工精度：IT6 表面粗糙度： Ra1.6 四工位電動刀架 刀桿截面尺寸：25mm25mm 主軸電動機M1：7.5KW 1000r/min 刀臺電動機M2：0.18KW 1500r/min 潤滑電動機M3：0.09KW 1400r/min 冷卻電動機M4：0.12KW 2900r/min 尾座套筒壓緊力 90000N 尾座套筒直徑85 尾座套筒行程 110 2.3 CK6140數(shù)控車床運動分析 數(shù)控車床的運動系統(tǒng)包括，主軸驅(qū)動系統(tǒng)，對主軸的控制，進給系統(tǒng)，各個坐標軸的控制，包括各坐標軸伺服電機速度、位置控制，刀具庫

25、（對于數(shù)控車床指電動刀架）、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等輔助功能的控制。 1、主運動傳動 數(shù)控車床的主運動傳動鏈的兩端部件是主電動機與主軸，它的功能是把動力源（電動機）的運動及動力傳遞給主軸，使主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)主運動，并滿足數(shù)控車床主軸變速和換向的要求。 主運動傳動由交流主軸電動機配備變頻器實現(xiàn)無級變速調(diào)速。 2、進給運動傳動 進給運動傳動是指機床上驅(qū)動刀架實現(xiàn)縱向（Z向）和橫向（X向）運動的進給傳動，在CK6140車床上，各軸都由交流流伺服電動機直接驅(qū)動。 3、刀架傳動 刀架運動是指實現(xiàn)刀架上刀架的轉(zhuǎn)動和刀架的開定位、定位與夾緊的運動，以實現(xiàn)刀具的自動轉(zhuǎn)換。刀架運

26、動是由換刀交流電動機實現(xiàn)的。 4、冷卻系統(tǒng) 數(shù)控機床的冷卻系統(tǒng)主要包括用于在切削過程中的冷卻刀具和工件，同時也起沖屑作用，由冷卻泵實現(xiàn)。 5、液壓系統(tǒng) CK6140數(shù)控車床液壓系統(tǒng)主要進行主軸變速換擋，中心跟刀架電機排屑器 6、潤滑系統(tǒng) CK6140數(shù)控車床中的潤滑系統(tǒng)為對機床導軌、滾珠絲杠等的潤滑。潤滑形式有電動間歇潤滑泵和定量式集中潤滑泵。 7、尾座 數(shù)控車床尾座一般是在加工時對工件起輔助支撐作用，它由尾座體和尾座套筒兩部分組成。尾座體可在床身上移動和固定。尾座套筒前安裝頂針，套筒可以自動伸出和縮回，實現(xiàn)頂尖對工件的支撐作用。 2.4 CK6140數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡

27、述 CKA6140數(shù)控臥式車床的電氣控制系統(tǒng)是由CNC主控制裝置、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、強電控制部分等構(gòu)成。CNC主控制裝置以及伺服驅(qū)動裝置，采用日本FANUC公司的產(chǎn)品，使機床性能價格比十分優(yōu)越；主軸系統(tǒng)采用日本FANUC變頻器主軸變速，方便靈活。機床電氣控制系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。 圖2-1 CK6140數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)框圖 (1)機床電氣容量及要求 電源總?cè)萘浚?4KVA 滿載電流：34A 電源總?cè)蹟嚯娏鳎?0A 防護等級：IP54 (2)機床電氣主要技術(shù)要求 機床供電電源要求采用三相四線制，380V 50Hz交流電

28、。三根相線（Ll，L2，L3）和一根中性線(N)均從電柜底部引入電氣柜內(nèi)電盤上的主接線板Ll，L2，L3和PE端子上，出廠前PE和N端子已聯(lián)接，只要將供電電源中性線接在PE端上即可。供電電源的電纜或電線的截面積應采用不小于6mm2導電率高的銅線。保護地線還必須與機床所設(shè)置的專用接地螺釘牢固、可靠地連接，接地電阻R<10Ω。如有三相五線制的用戶，應把供電電源引接在端子上，將接線板上的PE和N的連線分開，分別接在五線制中的PE和N端子上。 電網(wǎng)電壓：交流380V(10%) 電網(wǎng)頻率：50Hz（1Hz） 工作環(huán)境溫度：5～40度 相對濕度：25時80% （3）機床

29、電氣的構(gòu)成 1）數(shù)控系統(tǒng)CNC 日本FANUC公司：FANUC Oi MATE 2）伺服驅(qū)動裝置及伺服電動機 X軸：β-SVM1-20伺服驅(qū)動裝置 aC12/2000 伺服電動機 Z軸：β-SVM1-20伺服驅(qū)動裝置 aC12/2000 伺服電動機 本伺服電動機配有絕對值編碼器，在加工過程中有斷電保護功能 X軸：理論最大進給速度6000m/min。 Z軸：理論最大進給速度8000m/min。 3）強電控制單元 主軸電動機M1：7.5KW 1000r/min 變頻電動機 刀臺電動機M2：0.18KW 1500r/min 潤滑電動機M3：0.09KW 1400

30、r/min 冷卻電動機M4：0.12KW 2900r/min 控制變壓器TC1：交流380V/220V/24V/26V/28V 630VA。主要為控制回路和冷卻風扇提供220V電源；為整流橋提供26V交流電源；為穩(wěn)壓電源GS1提供220V交流輸入 穩(wěn)壓電源GS1：為控制回路提供穩(wěn)定的220V交流。 控制變壓器TC2：交流380V/220V 2200VA。主要為穩(wěn)壓電源GS2、伺服驅(qū)動裝置和伺服電動機提供220V交流。 穩(wěn)壓電源GS2：主要為CNC裝置、LCD/MDI、I/O LINK、PLC I/O、伺服驅(qū)動裝置等提供24V穩(wěn)定的直流電源。 接觸器構(gòu)成該車床電氣輸出執(zhí)行元件；繼

31、電器構(gòu)成該車床電氣輸出放大元件；各種壓力開關(guān)、防護開關(guān)、腳踏開關(guān)、按鈕等構(gòu)成該車床電氣輸入元件。 5）保護接地 本車床接地系統(tǒng)如圖2-2所示。 圖2-2 CKA6150數(shù)控車床接地系統(tǒng) 電柜與車床接地線用6mm2黃綠雙色線；電柜與其它部件接地線用1～3mm2黃綠雙色線。 第三章CK6140數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng) 3.1主軸驅(qū)動系統(tǒng)概述 主軸驅(qū)動系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動裝置和主軸電動機。主軸驅(qū)動系統(tǒng)分為直流驅(qū)動系統(tǒng)和交流驅(qū)動系統(tǒng)。 目前數(shù)控機床的主軸驅(qū)動多采用交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)即交流主軸電動機配備變頻器或主軸伺服驅(qū)動控制的方式。 本課題數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng)采用交流主軸電

32、動機配備變頻器控制的方式。 3.1.1主軸電動機 主軸驅(qū)動部分是數(shù)控機床的大功率執(zhí)行機構(gòu)，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)（CNC）的S代碼速度指令及M代碼輔助功能指令，驅(qū)動主軸進行切削加工。在數(shù)控機床上，同樣由主軸夾持工件或刀具旋轉(zhuǎn)，直接參加表面成形運動。主運動的最高與最低轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速范圍、傳遞功率和動力特性，決定了數(shù)控機床的切削加工效率和加工工藝能力。主軸組件的回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形，直接影響加工零件的尺寸、位置精度和表面質(zhì)量。 3.1.2主軸電動機選型的要求： 一般要求 1.調(diào)速為了適應不同工件材料及刀具等各種切削工藝要求，主軸必須具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時選用合理的切削用量，

33、從而獲得最佳切削效率、加工精度和表面質(zhì)量。調(diào)速范圍的指標，主要由各種加工工藝對主軸最低速與最高速的要求來確定。 2.功率要求主軸有足夠的驅(qū)動功率或輸出扭矩，能在整個速度范圍內(nèi)均能提供切削所需的功率或轉(zhuǎn)矩，特別是滿足機床強力切削時的要求。并且有一定的過載能力和較硬的調(diào)速機械特性，即在負載變化的情況下（如斷續(xù)切削時），電動機轉(zhuǎn)速波動較小。即要求在大力矩、強過載能力的基礎(chǔ)上實現(xiàn)寬范圍無級變速 3.精度這里主要指主軸回轉(zhuǎn)精度。并具有足夠的剛度和抗振性，具在較好的熱穩(wěn)定性，即主軸的軸向和徑向尺寸隨溫度變化較小。 4.動態(tài)響應性要求主軸升降速時間短，調(diào)速時運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。對有的機床需同時能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切削，

34、則要求換向時均可進行自動加減速控制，即要求有四象限驅(qū)動能力。 3.1.3主軸電動機選型 查機電一體化手冊車削功率在5-8kw之間根據(jù)切削功率PC與主傳動鏈的總效率η估算,即P=。主傳動鏈的功率效率η=0.7—0.85， 數(shù)控車床多采用調(diào)速電動機和較短的機械傳動鏈，效率較大，因此取=0.78,則估計P在6.41kw~10.25kw.之間。 數(shù)控車床的加工范圍一般都比較大，切削功率PC可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力 PC=KW ---主切削力的切向分力，N； ---切削速度N??； 查金屬切削手冊知，以硬質(zhì)合金刀具車削合金結(jié)構(gòu)鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切向分力大約

35、在2500左右，切削速度取90—250r/min，則知道 PC=2500120/60000=5kw P==6.4kw 考慮到空轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動件在空轉(zhuǎn)運行時的摩損功耗，傳動件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動載荷的摩擦損耗等。 CK6140數(shù)控車床床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國內(nèi)外同類機床的電動機功率，此機床可以選取7.5kw的電動機，考慮到數(shù)控機床變速范圍比較大，選用交流變頻電動機TLD12-YVP112，標稱功率7.5kw，額定轉(zhuǎn)矩60N?m 。 3.2變頻器電動機主軸驅(qū)動裝置 3.2.1 設(shè)備的選型方法 1、 根據(jù)負載特性選擇變頻器。如負載為恒轉(zhuǎn)

36、矩負載可選擇西門子MMV/MDV變頻器，F(xiàn)ANUC變頻器，ABB 公司ACS400 系列變頻器等；如負載為風機、泵類負載可選擇西門子ECO 、MM430 變頻器，ABB 公司ACS800 系列變頻器等。 2、選擇變頻器時應以實際電機電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。另外，應充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會使電動機的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動機供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動機的電流會增加10％而溫升會增加20％左右。所以在選擇電動機和變頻器時，應考慮到這種情況，適當留有余量，以防止溫升過高，影響電動機的使用壽命。 3、變頻器若要長電纜運行時，此

37、時應該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應放大一、兩檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 4、當變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電機時，一定要考慮變頻器到電動機的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F 控制方式，并且變頻器無法實現(xiàn)電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機側(cè)加熔斷器來實現(xiàn)保護。 5、對于一些特殊的應用場合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。 6、使用變頻器控制高速電機時，由于高速電動機的電抗小，會產(chǎn)生較

38、多的高次諧波。而這些高次諧波會使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動機的變頻器時，應比普通電動機的變頻器稍大一些。 7、 變頻器用于變極電動機時，應充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運行中進行極數(shù)轉(zhuǎn)換時，應先停止電動機工作，否則會造成電動機空轉(zhuǎn)，惡劣時會造成變頻器損壞。 8、驅(qū)動防爆電動機時，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應將變頻器設(shè)置在危險場所之外。 9、使用變頻器驅(qū)動齒輪減速電動機時，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速

39、容許值。 10、 變頻器驅(qū)動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機時，由于繞線電動機與普通的鼠籠電動機相比，繞線電動機繞組的阻抗小，因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應選擇比通常容量稍大的變頻器。 11、 變頻器驅(qū)動同步電動機時，與工頻電源相比，會降低輸出容量10％～20％，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動機額定電流與同步牽入電流的標幺值的乘積。 12、變頻器驅(qū)動潛水泵電動機時，因為潛水泵電動機的額定電流比通常電動機的額定電流大， 所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機的額定電流。 13、當變頻器控制羅茨風機或特種風機時，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的

40、容量是否足夠大。 14、選擇變頻器時，一定要注意其防護等級是否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運行。 15、單相電動機不適用變頻器驅(qū)動。 3.2.2 變頻器主軸伺服驅(qū)動電路 如圖3-2所示，采用三相交流380V電源供電；速度指令由0、L腳輸入(在數(shù)控車床上一般由數(shù)控裝置或PLC的模擬量輸出接口輸入)，指令電壓范圍是0-10V；主軸電動機的啟動/停止以及旋轉(zhuǎn)方向由繼電器KA1、KA2控制，當KA1閉合時電動機正轉(zhuǎn)，當KA2閉合時電動機反轉(zhuǎn)，若KA1、KA2同時都斷開或閉合則電動機停止，也可以定義為KA1控制電動機的啟動和停止，KA2控制電動機的旋轉(zhuǎn)方向。變頻器根

41、據(jù)輸入的速度指令和運行狀態(tài)指令輸出相應頻率和幅值的交流電壓，控制電動機旋轉(zhuǎn)。 圖3-2變頻器主軸伺服驅(qū)動圖 第四章常用電器元件的選型 4.1 低壓電器選型的一般原則 1、低壓電器的額定電壓應不小于回路的工作電壓，即Ue≥Ug 2、低壓電器的額定電流應不小于回路的計算工作電流，即Ie≥Ig 3、設(shè)備的遮斷電流應不小于短路電流，即Izh≥Ich 4、熱穩(wěn)定保證值應不小于計算值 5、按回路起動情況選擇低壓電器。如，熔斷器和自動空氣開關(guān)就需按起動情況進行選擇。 4.2 斷路器的選型 斷路器其保護裝置由三部部分組成，即過電流（電磁）脫扣器、熱脫扣器、失電壓（欠電壓）

42、脫扣器組成。斷路器相當于電源開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動開關(guān)作用又能進行短路、過載、失壓（欠壓）保護的電器。選用斷路器時，斷路器的額定電壓應不小于被控線路的額定電壓，斷路器的額定電流應不小于其所安裝的過流脫扣器和熱脫扣器的額定電流。其中過電流脫扣器和熱脫扣器的額定電流不應小于被保護線路的額定電流。過電流脫扣器的瞬的脫扣整定電流應大于負載電路正常工作時的尖峰電流，對于電機負載，其斷路器的電流脫扣器的瞬時脫扣整定電流應取電機允許啟動電流的1.7倍。熱脫扣器的整定電流應取被控電機或其它負載額定電流的1.1倍。選用斷路器應參照斷路器廠家樣本中所示的電流脫扣曲線圖和熱脫扣曲

43、線圖，作為選擇斷路器的依據(jù)。 保護：過載，短路，欠電壓 一般選型： 1、斷路器額定電壓≥線路額定電壓； 2、斷路器額定電流≥線路計算負荷電流； 3、斷路器脫扣器額定電流≥線路計算負荷電流； 4、斷路器極限通斷能力≥線路中最大短路電流； 5、線路末端單相對地短路電流不小于1.25 倍的自動開關(guān)瞬時（或短延時）脫扣整定電流； 6、斷路器欠電壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。 4.3 電動機保護用自動開關(guān)的選型 1、長延時電流整定值＝電動機額定電流； 2、6 倍長延時電流整定值的可返回時間≥電動機起動時間； 3、鼠籠形瞬時整定電流為8～15 倍脫扣器額定電流；繞線形瞬時整

44、定電流為3～6 倍脫扣器額定電流。 4.4 接觸器的選型 交流接觸器是利用電磁線圈的吸力特性使觸頭閉合或斷開大電流電路，其可頻繁接通或斷開電機或其它負載。 交流接觸器的額定電壓，其額定電壓應不小于負載回路的電壓。交流接觸其的額定電流應不小于被控回路的額定電流。 交流接觸器的額定電流應依照以下公式計算： 式中：IKM為接觸器主觸頭電流 Pn為負載的額定功率 Un為負載的額定電壓 K為經(jīng)驗系數(shù)，取1～1.4 4.5 熱繼電器的選型 1、長期工作或間斷長期工作電動機熱繼電器的選型 （1）按電動機起動時間選擇： tf：熱繼電器在6Ie 下的可返回時間 td：熱繼電器

45、在6Ie 下的動作時間 （2）按電動機額定電流選擇：Iz＝（0.95～1.05）Ied Iz：熱繼電器整定電流 Ied：電動機額定電流 （3）按斷相保護要求選擇： 對于星形接法的電動機，采用三極熱繼電器即可；對于三角形接法的電動機，應采用帶斷相運轉(zhuǎn)保護裝置的熱繼電器。 2、反復短時工作電動機保護用熱繼電器的選用 對于星形接法的電動機，采用三極熱繼電器即可；對于三角形接法的電動機，應采用帶斷相運轉(zhuǎn)保護裝置的熱繼電器。 4.6中間繼電器 中間繼電器是繼電器的一種，內(nèi)置常開和常閉觸點，其根據(jù)外界輸入的一定電信號，使其線圈導通，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)對強電回路的控制，以達到

46、弱電控制強電的目的。 主要開關(guān)電器型號、規(guī)格如表6-1 表6-1主要開關(guān)電器型號、規(guī)格 第五章控制系統(tǒng)設(shè)計 5.1 CK6140數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)選型 數(shù)控機床在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，自動地按給定的程序進行機械零件的加工。數(shù)控系統(tǒng)是由程序輸入/輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程序控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置等組成的一個系統(tǒng)，習慣上又稱為CNC（Computer Numerical Control）系統(tǒng)。CNC主要工作內(nèi)容為加工程序輸入、譯碼、刀具補償、進給速度處理、插補、位置控制、I/O處理、顯示機床狀態(tài)和診斷。現(xiàn)代CNC裝置采用了高速微處理器、高效CN

47、C體統(tǒng)專用PLC、大容量存儲器、接口芯片、串行總線等，通過CNC內(nèi)嵌軟件實現(xiàn)過去難以實現(xiàn)的許多功能，更加便于適應現(xiàn)代數(shù)控機床的復雜控制要求，適應柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的要求。 圖8-1 CNC系統(tǒng)框圖 如圖8-1 CNC系統(tǒng)框圖，但各個系統(tǒng)廠商的CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各有不同，但基本原理大體一樣。CK6140數(shù)控車床是我廠為擴大在珠三角與長三角我國兩大經(jīng)濟區(qū)內(nèi)為數(shù)眾多的民營、私營中小型加工制造業(yè)企業(yè)所開發(fā)的數(shù)控車床，電氣設(shè)計的目標是滿足這類企業(yè)對機床電氣高可靠性，高穩(wěn)定型，電氣使用壽命長等要求。因此，CK6140選用的數(shù)控系統(tǒng)首要應具有的優(yōu)點是高經(jīng)濟性也就是高性

48、能價格比，其次此數(shù)控系統(tǒng)也應具有高度的通用性、比較豐富的數(shù)控功能、高可靠性、維修簡單方便、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊高集成度、操作方便易學等優(yōu)點。 國外典型的數(shù)控系統(tǒng)有日本的FANUC數(shù)控系統(tǒng)，德國的SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)等；國內(nèi)的有華中數(shù)控系統(tǒng)等。其中FANUC數(shù)控系統(tǒng)有0系列、11系列等多個系列，而FANUC 0系列應用最為廣泛。 FANUC 0系列包括FANUC 0i與FANUC 0i mate兩種系統(tǒng)。二者的主要區(qū)別在于，首先使用的電機不同；其次，軸數(shù)不同；第三加工精度不同；第四FANUC 0i有很多特殊功能可供選擇，而FANUC 0i mate則基本沒有。所以如果要求不高時，可使用0i-ma

49、te系統(tǒng)，如果要求高則要選擇0i數(shù)控系統(tǒng)。 依照CK6140數(shù)控車床的市場定位，本項目選擇了FANUC 0i-MATE數(shù)控系統(tǒng)。 第六章可編程控制器（PLC）的設(shè)計 6.1可編程控制器概述 可編程控制器（以下簡稱PLC）是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型自動化控制裝置，目前已廣泛應用于各種工業(yè)設(shè)備。 可編程控制器是計算機技術(shù)與自動控制技術(shù)有機結(jié)合的一種通用工業(yè)控制器。 在此之前，機床的順序控制是以機床當前運行狀態(tài)為依據(jù)，使機床按預先規(guī)定好的動作依次地工作，這種控制方式的實現(xiàn)，是由傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路RLC完成的。RLC是將繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等機電式控制器件用導線

50、、端子等連接起來的電路，以實現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能。 1969年，美國DEC 公司研制出世界上第一臺型號為“PDP-14”的可編程控制器，在通用汽車公司的自動裝配線上使用，獲得了成功。因為這種裝置當時稱為“可編程邏輯控制器”（Programmable Logic Controller），故簡稱PLC。 可編程控制器是一種數(shù)字運算電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下運用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用于存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等特定功能的用戶指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌漭o助設(shè)備都應按易于構(gòu)成一個工業(yè)控制系統(tǒng)，且它們所具有的

51、全部功能易于應用的原則設(shè)計。 數(shù)控機床的控制由數(shù)控裝置和可編程控制器協(xié)調(diào)配合共同完成：數(shù)控裝置主要完成與數(shù)字運算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、位置伺服控制等； 可編程控制器（以下簡稱PLC）主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作，沒有實現(xiàn)軌跡運動上的具體要求。 6.1．1可編程控制器（PLC）的特點： （1）PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機系統(tǒng)。為了適應順序控制的要求，PLC省去了微機的一些數(shù)字運算功能，而強化了邏輯運算控制功能，是一種介于繼電器控制和微機控制之間的自動控制裝置； （2）PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計的，所以具有很強的抗干擾能力。除輸入/

52、輸出部分采用光電隔離的措施外，對電源、運算器、控制器、存儲器等也設(shè)置了多種保護和屏蔽。PLC沒有繼電器那種機械觸點，因此，不存在觸點的接觸不良、熔焊、磨損和線圈損壞等故障； （3）相對于RLC，PLC采用軟件實現(xiàn)用戶控制邏輯，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實現(xiàn)動作復雜的控制邏輯和數(shù)控機床的機電一體化； （4）目前大多數(shù)的PLC，均采用梯形圖編程方式。梯形圖與繼電器邏輯控制電路圖十分相似，圖形符號形象直觀、工作原理易于理解和掌握、編程簡單、操作方便、改變程序靈活； （5）PLC可與編程器、個人計算機等聯(lián)接，可以很方便地實現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。

53、6.1.2可編程控制器的組成及工作方式： PLC實質(zhì)是一種專用計算機，它的組成形式基本上與微機相同，主要包括： 微處理器（CPU）、存儲器、用戶輸入/輸出部分、輸入/輸出擴展接口、外圍設(shè)備以及電源等。對于內(nèi)裝型PLC，CPU、存儲器、外圍設(shè)備、電源等部分一般與CNC裝置共用。 PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序，每一時刻執(zhí)行一條指令，由于相對于外部電氣信號有足夠的執(zhí)行速度，從宏觀上看是實時響應的。對用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時掃描兩種，掃描過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，圖9-1為數(shù)控車床中的PLC系統(tǒng)。 圖9-1 數(shù)控車床中的PLC

54、 6.2 PLC選型及I/O接線圖 FANUC數(shù)控機床PMC有多種型號有PLC-A、PLC-B、PLC-C、PLC-D、PLC-G和 PLC-L等多種型號。根據(jù)控制要求、PLC控制系統(tǒng)選用FANUC的FANUC-PLC-D型號，其I/O端子接線圖如圖9-2所示。 圖9-2 I/O接口連接圖 6.3 PLC輸入/輸出與通信接口 6.3.1 PLC輸入/輸出點 表9-1 PLC輸入/輸出點 序號 輸入點 信號名稱 輸出點及其功能 1、 X8.4 急停信號 G8.4 安全保護 2、 X5.0 （硬件） 超程信號 G114.0

55、 +X軸超程 4、 X5.1 G114.2 +Z軸超程 5、 X5.2 G116.0 -X軸超程 6、 X2.3 G116.1 -Y軸超程 7、 X2.5 G116.2 -Z軸超程 8、 X8.0 機床鎖住 G44.1 該信號為1時輸出脈沖不發(fā)送 位置仍然變化 9、 X9.2 單段 G46.1 執(zhí)行的程序段一結(jié)束就停止 動作直到再按啟動按扭 10、 X4.7 跳步 G44.0 該信號為1時開始的程序到程 序的結(jié)束為止的信息無效 12、 X7.4 MEM G43.0 G43.2 G43.7 G43.1 F3.5

56、 Y0.1 13、 X7.5 EDIT F3.6 Y0.2 14、 X7.6 JOG F3.2 Y0.4 15、 X7.7 HOME F3.3 Y0.0 16、 X8.0 MPG F3.1 Y0.3 17、 X7.0 X7.1 X7.2 X7.3 手動進給倍率 F1.1 復位 R1.0 18、 R10.1 19、 R10.2 20、 R10.3 21、 X8.6 +X G100.0 進給軸 +X 方向的選擇 22、 X8.7 -X G102.0 進給軸-X 方向的選擇 25、 X8.1 +Z G

57、100.2 進給軸+Z 方向的選擇 26、 X8.2 -Z G102.2 進給軸-Z 方向的選擇 27、 X5.5 快速進給擇 G19.7 手動快速進給的選 28、 X5.7 復位 G8.7 外部復位 29、 X8.3 刀具補償 G46.3 存儲器保護 保護用戶宏變量 G46.4 保護加工程序 G46.5 保護PMC 參數(shù) G46.6 30、 X5.4 循環(huán)啟動 G7.2 F0.5 Y1.0 自保 32、 X7.0 R13.0 R11.2 33、 X7.1 R13.1 34、 X7.2 主軸

58、進給倍率 R13.2 35、 X7.3 R13.3 36、 X5.6 手動冷卻液 R12. Y1.0 37、 R12.1 Y1.1 38、 X9.4 R12.4 R12.2 Y0.0 39、 X9.6 主軸手動運行 R12.5 R12.3 Y0.1 40、 X9.5 主軸停止 G29.6 該信號為 1 時以使CNC 執(zhí)行主軸速度控制 6.4 PLC程序設(shè)計 程序的解釋： 0001： 急停信號

59、 0002-0003： 機床停止信號 0004-0007： 超程信號 0008： 第一級程序結(jié)束 0009-0018： 手輪進給相關(guān)信號 0019-0039： 操作方式選擇相關(guān)信號 0040-0044： 進給方向選擇 0045-0050： 手輪進給軸選擇 0051： 存儲器的保護 0052-0054： 循環(huán)啟動 0055-0057： 進給暫停 0058-00

60、62： 跳步 0063-0064： 單步 0065-0069： 自動運行倍率輸入信號 0070-0072： 手動運行倍率輸入信號 0073-0088： 自動運行倍率輸出信號 0089-0101： 手動運行倍率輸出信號 0102、0106： 輔助功能結(jié)束 0103： 刀具功能結(jié)束 0104-0105： 主軸功能結(jié)束 0107-0109： 復位信號 0101-0119：

61、 主軸正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信號 0120-0127： 刀架正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信號 0128-0134： 選擇停止信號 0135： 變頻器報警信號 0136-0140： 故障報警信號 0141： 第二 級程序結(jié)束 第五章 結(jié) 論 在這次畢業(yè)設(shè)計中，我在對數(shù)控車床的工作原理以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析研究的基礎(chǔ)上，進行了CK6140數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計，它具有高速、精密、可靠、經(jīng)濟等特點。車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計是整個車床的核心部分，主要分為強電回路設(shè)計、控制回路設(shè)計、PLC輸入

62、輸出設(shè)計、伺服驅(qū)動進給設(shè)計和主軸驅(qū)動設(shè)計五個方面，要求繪制出整個車床的電器原理圖。 通過此次設(shè)計，也使我受益非淺，不僅是我了解了一臺數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)工作原理，更是我學會了很多電氣設(shè)計方面的知識，不僅豐富了我自己，而且也彌補了以前學習過程中的漏洞，雖然時間不長，但是收獲頗豐，但是由于時間的關(guān)系，以及本人的能力有限，此次設(shè)計中也存在著需要改進的地方和不足之處，希望各位老師給與點撥和指教。 致 謝 本設(shè)計數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計工作是在裴杰老師的精心指導和悉心關(guān)懷下完成的，在我的學業(yè)和畢業(yè)設(shè)計工作中無不傾注著導師辛勤的汗水和心血。導師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的

63、奉獻精神使我深受的啟迪。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 在多年的學習生活中，還得到了許多學院領(lǐng)導、和老師的熱情關(guān)心和幫助。 在日常學習和生活中，我的舍友和班級同學都給予了我很大幫助。 我也要感謝我的父母和親人，他們在我的學業(yè)中給了我莫大的鼓勵、關(guān)愛和支持。 最后，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意！ 衷心地感謝在百忙之中評閱我的設(shè)計數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)和參加答辯的各位老師！ 劉宇航 二?一一年十月 參 考 文 獻 [1]

64、 林其駿主編.機床數(shù)控系統(tǒng).中國科學技術(shù)出版社，1991 [2] 王永章等編著.機床的數(shù)字控制技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995 [3] 張寶林主編.數(shù)控技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，1997 [4] 張柱銀等.數(shù)控原理與數(shù)控機床.北京：北京化學工業(yè)出版社，2003 [5] 王愛玲等.現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)[M].北京:北京國防工業(yè)出版社,2001 [6] 李清新主編.伺服系統(tǒng)與機床電氣控制.北京：機械工業(yè)出版社，2004.9 [7] 王潤孝主編. 數(shù)控機床的發(fā)展趨向.西安：西北工業(yè)大學，2007 [8] 楊克沖.數(shù)控機床電氣控制.武漢：華中科技大學出版社

65、，2005 [9] 王德發(fā).數(shù)控機床電氣控制.上海：上?？萍汲霭嫔?，2009 [10] 薛玉霞.數(shù)控機床可用性關(guān)鍵技術(shù)研究. 吉林：吉林大學，2009 [11] 田效伍.電氣控制與PLC應用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2006 [12] 李方園 李亞峰.數(shù)控機床電氣控制.北京：清華大學出版社，2004 [13] 楊世成，陳蕊妍；數(shù)控機床分級變速機構(gòu)主要參數(shù)的確定[M]，中文期刊全文數(shù)據(jù)庫，廣西輕工業(yè)，2007(6). [14] 金屬切削機床設(shè)計手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社2003 [15] 李慶余、孟廣耀主編，機械制造裝備技術(shù)[M]，機械工業(yè)出版社，2008.7 [16] 陳嬋娟參主編，數(shù)控車床設(shè)計[M]，化學工業(yè)出版社，2006，12-45p. [17] 許曉暢編著，專用機床設(shè)計[M]，重慶大學出版社，2003.7