808D數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計說明書

D數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計說明書目錄第一章緒論 61.1前言 61.2國外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 61.2.1新一代數(shù)控系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu) 61.2.2新一代數(shù)控系統(tǒng)控制性能大大提高 71.2.3數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展 71.3我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 81.4CK6140數(shù)控車床主簡介 9第二章西門子808D數(shù)控車床系統(tǒng) 112.1西門子808D系統(tǒng)簡介 112.2人機(jī)界面 132.3進(jìn)給系統(tǒng) 132.4主軸驅(qū)動系統(tǒng) 132.5刀架控制系統(tǒng) 142.6電柜設(shè)計及電源選用 142.6.1在設(shè)計電柜時應(yīng)注意以下事項： 142.6.224VDC電源選用 152.7數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接及接口 152.7.1系統(tǒng)的接線 152.7.2接口布置 15第三章CK6140數(shù)控車床的基本組成和工作原理 173.1數(shù)控車床組成 173.2數(shù)控車床工作原理 193.3CK6140數(shù)控車床運動分析 203.4CK6140數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡述 21第四章CK6140數(shù)控車床硬件系統(tǒng)設(shè)計及元件選型 254.1主軸驅(qū)動系統(tǒng) 254.1.1主軸電動機(jī) 254.1.2主軸電動機(jī)選型 254.2機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng) 264.2.1CK6140數(shù)控車床對伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)的要求 274.2.2伺服電機(jī)的選型 284.3控制電路原理圖設(shè)計 314.3.1380V系統(tǒng)強(qiáng)電控制回路 314.3.2電源回路 334.4常用電器元件的選型 344.4.1低壓電器選型的一般原則 344.4.2斷路器的選型 344.4.3電動機(jī)保護(hù)用自動開關(guān)的選型 354.4.4熔斷器選型 354.4.5接觸器的選型 354.4.6熱繼電器的選型 364.4.7中間繼電器 364.5CK6140數(shù)控車床控制面板 37第五章PLC設(shè)計及參數(shù)設(shè)置 395.1PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 395.2PLC與CNC機(jī)床的聯(lián)接方式 405.3CNC加工代碼在PLC上的實現(xiàn)方法 415.3.1T功能代碼的實現(xiàn)方法 415.3.2M功能代碼實現(xiàn)方法 425.4PLC程序的模塊化設(shè)計 425.5PLC輸入輸出地址分配 425.6參數(shù)設(shè)置 445.6.1PLC參數(shù)設(shè)置 445.6.2機(jī)床參數(shù)設(shè)置 45第六章結(jié)論 47

第一章緒論1.1前言裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，機(jī)床制造業(yè)是一個國家的基本裝備工業(yè)，是工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)，數(shù)控技術(shù)在給機(jī)床制造業(yè)帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益及廣闊發(fā)展前景的同時，也是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備，因此它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一?？丶夹g(shù)是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)，世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。1.2國外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1952年美國麻省理工學(xué)院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了46年歷程。數(shù)控系統(tǒng)由當(dāng)初的電子管式起步，經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：分立式晶體管式——小規(guī)模集成電路式——大規(guī)模集成電路式——小型計算機(jī)式——超大規(guī)模集成電路——微機(jī)式的數(shù)控系統(tǒng)。到本世紀(jì)初，數(shù)控系統(tǒng)的總體發(fā)展趨勢是：數(shù)控裝置由NC向CNC發(fā)展；廣泛采用32位CPU組成多微處理器系統(tǒng)；提高系統(tǒng)的集成度，縮小體積，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和功能升級，滿足不同類型數(shù)控機(jī)床的需要；驅(qū)動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展；CNC裝置向人工智能化方向發(fā)展；采用新型的自動編程系統(tǒng)；增強(qiáng)通信功能；數(shù)控系統(tǒng)可靠性不斷提高。總之，數(shù)控系統(tǒng)在不斷發(fā)展的過程中，功能越來越完善，使用越來越方便，可靠性越來越高，性能價格比也越來越高[1]。國外新一代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是[2]-[4]。1.2.1新一代數(shù)控系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)入90年代以來，由于計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動數(shù)控機(jī)床技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用PC機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向大大發(fā)展。開放式體系結(jié)構(gòu)利用多CPU的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)故障自動排除，增強(qiáng)通信功能，提高進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)能力。開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)，由于其硬件、軟件和總線規(guī)范都是對外開放的，有充足的軟、硬件資源可供利用，不僅使數(shù)控系統(tǒng)制造商和用戶進(jìn)行的系統(tǒng)集成得到有力的支持，而且也為用戶的二次開發(fā)帶來極大方便，促進(jìn)了數(shù)控系統(tǒng)多檔次、多品種的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，既可通過升檔或剪裁構(gòu)成各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)，又可通過擴(kuò)展構(gòu)成不同類型數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)生產(chǎn)周期大大縮短。1.2.2新一代數(shù)控系統(tǒng)控制性能大大提高數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)引入了自適應(yīng)控制、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制機(jī)理，不但具有自動編程、前饋控制、模糊控制、學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補(bǔ)償、運動參數(shù)動態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ?，而且人機(jī)界面極為友好，并具有故障診斷專家系統(tǒng)使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨完善。伺服系統(tǒng)智能化的主軸交流驅(qū)動和智能化進(jìn)給伺服裝置，能自動識別負(fù)載并自動優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。直線電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)已實用化。1.2.3數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展現(xiàn)在，實際用于工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)控系統(tǒng)主要有以下四種類型。（1）傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC0系統(tǒng)、MITSUBISHIM50系統(tǒng)等，這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市場。但由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。（2）“PC嵌入NC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、SINUMERIK840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB9/360等數(shù)控系統(tǒng)。這是一些數(shù)控系統(tǒng)制造商將多年來積累的數(shù)控軟件技術(shù)和當(dāng)今計算機(jī)豐富的軟件資源相結(jié)合開發(fā)的產(chǎn)品。它具有一定的開放性，但由于它的NC部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，價格昂貴。（3）“NC嵌入PC”結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。它由開放體系結(jié)構(gòu)運動控制卡和PC機(jī)共同構(gòu)成。這種運動控制卡通常選用高DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運動控制和PLC控制能力。它本身就是一個數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨使用，它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運動控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化控制各個領(lǐng)域。如美國DeltaTau公司用PMAC多軸運動控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL640CNC等。（4）SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)這是一種最新開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，它的CNC軟件全部裝在計算機(jī)中，而硬件部分僅是計算機(jī)與伺服驅(qū)動和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。就像計算機(jī)中可以安裝各種品牌的聲卡和相應(yīng)的驅(qū)動程序一樣。用戶可以在WIN-DOWSNT平臺上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，SOFT型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，因而最有生命力。通過軟件智能替代復(fù)雜的硬件，正在成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢。這四種數(shù)控系統(tǒng)分別代表了數(shù)控技術(shù)的不同發(fā)展階段，對不同類型的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)不但從封閉體系結(jié)構(gòu)向開放體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，而且正在從硬數(shù)控向軟數(shù)控方向發(fā)展。1.3我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，發(fā)展歷程大致可分為三個階段：第一階段是封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是實施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實質(zhì)性進(jìn)步[5]。目前我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展已由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡，也是由封閉型系統(tǒng)向開放型系統(tǒng)過渡的時期。現(xiàn)已出現(xiàn)了一批能百臺成批量生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)的企業(yè)。在數(shù)控技術(shù)軟件上，一些單項技術(shù)已接近國外水平?？v觀我國數(shù)控技術(shù)50多年的發(fā)展歷程，總體來看取得了以下成績：（1）奠定基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控核心技術(shù)。（2）初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、廣州數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。（3）建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才隊伍。我國數(shù)控技術(shù)在發(fā)展上取得了六個方面的跨越：①可供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、集成化、柔性化的制造設(shè)備，可服務(wù)器上實現(xiàn)加工對象的實體造型，并生成加工程序，自動傳送到各臺機(jī)床進(jìn)行加工；②5軸聯(lián)動聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床更加成熟；③進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國行列。機(jī)床采用電主軸，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)200000r/min；④進(jìn)入高精度、高精密數(shù)控機(jī)床生成國行列；⑤進(jìn)入全數(shù)控化螺旋齒輪切齒機(jī)生產(chǎn)行列，使中國成為繼美國、瑞士、德國之后的第四個能生產(chǎn)這類機(jī)床的國家；⑥關(guān)聯(lián)桿系（虛擬軸）開始走向?qū)嵱没?.4CK6140數(shù)控車床主簡介不同制造廠商制造的CKA6140數(shù)控車床選用的數(shù)控系統(tǒng)不同，其中包括FANUCOTD，F(xiàn)ANUC0i-MATETC，F(xiàn)ANUC0i-TA，F(xiàn)ANUC0i-TB、安川J50L、SIEMENS802D、SIEMENS808D，F(xiàn)AGOR8025T，F(xiàn)AGOR8055T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SIEMENS808D數(shù)控系統(tǒng)；SIEMENSG高性能單機(jī)低壓變頻器主軸變速，SIMDDRIVEbaseline驅(qū)動器等系統(tǒng)。該機(jī)床為萬能型通用產(chǎn)品。特別適合于軍工、汽車、拖拉機(jī)、冶金等行業(yè)的機(jī)械加工。主要承擔(dān)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(jìn)行多次重復(fù)循環(huán)加工?；九渲茫海?）機(jī)床采用臥式平床身結(jié)構(gòu)，床身及床腿采用樹脂砂鑄造，時效處理，導(dǎo)軌采用高頻淬火，整體剛性強(qiáng)。（2）主傳動采用變頻電機(jī)，可實現(xiàn)手動三檔，檔內(nèi)無級調(diào)速。（3）進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服電機(jī)，精密滾珠絲杠，高剛性精密復(fù)合軸承結(jié)構(gòu)。定位準(zhǔn)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(jī)床滑板進(jìn)行自動潤滑。主軸箱配有獨立潤滑系統(tǒng)。（6）機(jī)床配有獨立的冷卻系統(tǒng)。（7）主控制系統(tǒng)為SIEMENS808D。（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(qiáng)，可強(qiáng)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。（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(dǎo)軌結(jié)合面采用“貼塑”處理，移動部件可實現(xiàn)微量進(jìn)給，防止爬行。pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings

第二章西門子808D數(shù)控車床系統(tǒng)西門子808D數(shù)控車床系統(tǒng)由西門子808D數(shù)控系統(tǒng)、步進(jìn)進(jìn)給系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、刀架等組成。2.1西門子808D系統(tǒng)簡介SINUMERIK808D數(shù)控系統(tǒng)是西門子公司開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控磨床等。得益于集成的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計，SINUMERIK808D將系統(tǒng)接口數(shù)減到最少。前面板防護(hù)等級達(dá)到IP65，即使在惡劣的環(huán)境下，SINUMERIK808D依然可以保證最長的使用壽命。除了堅固耐用的特點，人性化操作也是SINUMERIK808D的一大優(yōu)點。機(jī)械按鍵確保了日常參數(shù)輸入的最大便利性，而熱鍵和軟菜單鍵則使得數(shù)控系統(tǒng)操作更加直觀。另外，通過前面板上的通用USB接口就可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且可以連接電腦鍵盤，使得對工件程序的編輯更加便利。SIEMENS808D配OP020獨立操作面板與MCP機(jī)床操作面板，顯示器為7.5inLCD彩色顯示，640×480的分辨率。集成基于SIMATICS7-200的PLC最大可以控制72點輸入與48點輸出，PLC的I/O模塊與ECU間通過總線連接；系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，性能價格比高。數(shù)控系統(tǒng)與外部模塊的連接，見圖2-1。圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2人機(jī)界面LCD顯示區(qū)數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面由顯示器、操作面板、機(jī)床控制面板組成，見圖2.2。LCD顯示區(qū)軟件開關(guān)區(qū)MDI鍵盤軟件開關(guān)區(qū)MDI鍵盤圖2.2系統(tǒng)操作面板編程和機(jī)床控制動作的按鍵以及7.5英寸LCD顯示器。工作方式選擇(6種)，進(jìn)給速度修調(diào)，主軸速度修調(diào)，數(shù)控啟動與數(shù)控停止，系統(tǒng)復(fù)位均采用按鍵形式進(jìn)行操作。2.3進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動模塊采用的是（STEPDRIVEV60CPM60.1），無風(fēng)扇、帶有涂層的電路板的設(shè)計可以使其經(jīng)受住惡劣環(huán)境的考驗。進(jìn)給系統(tǒng)的電機(jī)采用SIMOTICS1FL5伺服電機(jī)。SIMOTICS1FL5性能數(shù)據(jù)如下：?額定轉(zhuǎn)矩4Nm、6Nm、7.7Nm和10Nm?額定速率2000rpm?TTL編碼器，2.500ppr（帶脈沖倍頻的13位分辨率）2.4主軸驅(qū)動系統(tǒng)主軸驅(qū)動系統(tǒng)采用的是SIEMENSG120，是目前SIEMENS常用的交流數(shù)字式伺服驅(qū)動系統(tǒng)，采用模塊化安裝方式，主軸與各伺服驅(qū)動單元共用電源。用于進(jìn)給驅(qū)動的伺服驅(qū)動模塊有單軸與雙軸兩種結(jié)構(gòu)型式，帶有PROFIBUSDP總線接口。驅(qū)動器內(nèi)部帶有FEPROM(non-volatiledatamemory，非易失可擦寫存儲器)，用于存儲系統(tǒng)軟件與用戶數(shù)據(jù)，驅(qū)動器的調(diào)整、動態(tài)優(yōu)化可以在W1NDOWS環(huán)境下，通過SimoComU軟件自動進(jìn)行，安裝、調(diào)整十分方便。驅(qū)動器由整流電抗器(或伺服變壓器)、電源模塊(NEmodule)、功率模塊(Powermodule)、611控制模塊等組成：電源模塊自成單元，功率模塊、611控制模塊、PROFIBUSDP總線接口模塊組成軸驅(qū)動單元。各驅(qū)動器單元間共用611直流母線與控制總線，并通過PROFIBUSDP總線，與SIEMENS808D/810D/840S/808D系統(tǒng)相連接，組成數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。2.5刀架控制系統(tǒng)刀架是經(jīng)濟(jì)型的四方位簡易刀架，它的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試和使用方便，結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。其功能為：有四個刀位，能裝夾四把不同的功能刀具，方刀架回轉(zhuǎn)90°時，刀具變換一個位置，但方刀架的回轉(zhuǎn)和刀位號的選擇是由加工程序指令控制。圖2.3四工位轉(zhuǎn)位刀架2.6電柜設(shè)計及電源選用2.6.1在設(shè)計電柜時應(yīng)注意以下事項：(1)電柜應(yīng)有冷卻或通風(fēng)裝置，在使用風(fēng)扇時必須在進(jìn)氣窗口安裝防塵過濾網(wǎng)；(2)電柜中的所有部件必須安裝在無油漆的鍍鋅金屬板上；(3)電柜的防護(hù)等級為IP54；(4)接地應(yīng)遵守國標(biāo)GB／T5226．1--2002／IEC60204--1：2000“機(jī)械安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件’’；(5)電柜中布線時，交流電源線(如85VAC，220VAC，380VAC以及變頻器到主軸電機(jī)的電纜)必須與24VDC電纜和信號線電纜分開走線；(6)系統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源24VDC之前需接入隔離變壓器(控制變壓器380VAC一220VAC，JBK3．400VA)。步進(jìn)驅(qū)動85VAC必須采用獨立的隔離變壓器(驅(qū)動變壓器380VAC85VAC，JBK3系列)。兩個變壓器的初級不可以接入到380VAC的同一相。(7)現(xiàn)場沒有良好接地的情況下，控制變壓器必須為浮地設(shè)計，但此時任何與CNC控制器連接的外設(shè)(如PC等)，其220VAC電源必須連接到控制變壓器。2.6.224VDC電源選用CNC控制器采用24V直流供電，系統(tǒng)可在24V一15％至J+20％之間正常工作。直流電源的質(zhì)量是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，所以在選擇電源時，其輸出波形應(yīng)如圖4所示。24V直流電作為低壓電源必須具有可靠的電隔離特性(按照IEC204-1，條款6．4，PELV)。因此我們選用西門子配套的24V直流穩(wěn)壓電源。數(shù)字輸入和輸出所需的24VDC用獨立的24V直流電源，而不能與CNC控制器共用同一個24VDC穩(wěn)壓電源。所有輸入信號必須為電平信號，即“0”電平[-3V～5voc]和“1”電平[11V～30VDC]。懸空和高阻信號均為“0”電平。2.7數(shù)控系統(tǒng)各部分的連接及接口2.7.1系統(tǒng)的接線SINUMERIK808Dbaseline控制器與伺服驅(qū)動電機(jī)的連接。連接電纜必須使用屏蔽電纜。在系統(tǒng)一側(cè)，電纜內(nèi)屏蔽層必須與插頭中的金屬殼相連，為了使模擬量的指令值信號免受低頻信號的干擾，驅(qū)動一側(cè)的屏蔽不能接地。2.7.2接口布置(1)CNC部分(a)X1電源接口（DC24V）：3芯螺釘端子塊，用于連接24V負(fù)載電源。(b)X2RS232接口（V24）：9芯D型插座。(c)X3到X5測量系統(tǒng)接口（ENCODER）：3個15芯D型插頭，用于連接增量型編碼器（RS422）。(d)X6主軸接口（ENCODER）：15芯D型插座，用于連接一個主軸式增量編碼器。(e)X7驅(qū)動接口（AXIS）：50芯D型插座，用于連接具有包括主軸在內(nèi)最好4個模擬驅(qū)動的功率模塊。(f)X10手輪接口（MPG）:10芯插頭，用于連接手輪。(g)X20數(shù)字輸入（DI）：10芯插頭，用于連接NC-READY繼電器。(2)DI/O部分(a)X100到X105：10芯插頭，用于連接數(shù)字輸入。(b)X200到X201:10芯插頭，用于連接數(shù)字輸出。(3)調(diào)試開關(guān)S3。(4)保險絲F1,外部設(shè)計可以是用戶方便的更換。

第三章CK6140數(shù)控車床的基本組成和工作原理3.1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(jī)構(gòu)）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測量反饋裝置組成。車床數(shù)控系統(tǒng)的組成框圖如圖3.1所示。電氣回路電氣回路輔助裝置PLC主軸伺服單元操作面板主軸驅(qū)動裝置進(jìn)給驅(qū)動裝置測量反饋裝置進(jìn)給伺服單元輸入/輸出設(shè)備計算機(jī)數(shù)控裝置機(jī)床本體圖3.1數(shù)控系統(tǒng)組成框圖⑴、機(jī)床本體圖3.2CK6140機(jī)床實體圖數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動裝置、進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點。⑵、CNC單元CNC單元是數(shù)控機(jī)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(jìn)行譯碼、插補(bǔ)、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進(jìn)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(jī)的外部設(shè)備。在數(shù)控機(jī)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(luò)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動部件的運動。對于步進(jìn)電機(jī)來說，每一個脈沖信號使電機(jī)轉(zhuǎn)過一個角度，進(jìn)而帶動機(jī)床移動部件移動一個微小距離。每個進(jìn)給運動的執(zhí)行部件都有相應(yīng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，整個機(jī)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(jī)械運動，通過簡單的機(jī)械連接部件驅(qū)動機(jī)床，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)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(yīng)，驅(qū)動裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)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(jī)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(jī)床的重要組成部分。⑹可編程控制器可編程控制器(PC，ProgrammableController)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(yīng)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，ProgrammableLogicController)。當(dāng)PLC用于控制機(jī)床順序動作時，也可稱之為編程機(jī)床控制器(PMC，ProgrammableMachineController)。PLC己成為數(shù)控機(jī)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(jī)床的控制。⑺測量反饋裝置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(jī)床的工作臺或絲杠上，它把機(jī)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(jī)床向消除該誤差的方向移動。3.2數(shù)控車床工作原理使用數(shù)控機(jī)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(biāo)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)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?？焖龠M(jìn)給速度X/Z:6000/8000mm/min每轉(zhuǎn)切削進(jìn)給量0.005-100mm/r進(jìn)給電機(jī)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(fù)定位精度: X向0.007mm，Z向0.01mm尾架套筒內(nèi)孔錐度:莫氏5號脈沖當(dāng)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：25mm×25mm主軸電動機(jī)M1：7.5KW1000r/min刀臺電動機(jī)M2：0.18KW1500r/min潤滑電動機(jī)M3：0.09KW1400r/min冷卻電動機(jī)M4：0.12KW2900r/min尾座套筒壓緊力90000N尾座套筒直徑：85尾座套筒行程：1103.3CK6140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(jìn)給系統(tǒng)，各個坐標(biāo)軸的控制，包括各坐標(biāo)軸伺服電機(jī)速度、位置控制，刀具庫（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(jī)與主軸，它的功能是把動力源（電動機(jī)）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(jī)配備變頻器實現(xiàn)無級變速調(diào)速。2、進(jìn)給運動傳動進(jìn)給運動傳動是指機(jī)床上驅(qū)動刀架實現(xiàn)縱向（Z向）和橫向（X向）運動的進(jìn)給傳動，在CK6140車床上，各軸都由交流伺服電動機(jī)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。刀架運動是由換刀交流電動機(jī)實現(xiàn)的。4、冷卻系統(tǒng)數(shù)控機(jī)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(jìn)行主軸變速換擋，中心跟刀架電機(jī)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(jī)床導(dǎo)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。3.4CK6140數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡述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(qiáng)電控制部分等構(gòu)成。CNC主控制裝置以及伺服驅(qū)動裝置，采用德國SIEMENS公司的產(chǎn)品，使機(jī)床性能價格比十分優(yōu)越；主軸系統(tǒng)采用德國SIEMENS變頻器主軸變速，方便靈活。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)框圖如圖3.3所示。圖3.3CK6140數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)框圖(1)機(jī)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(hù)等級：IP54(2)機(jī)床電氣主要技術(shù)要求機(jī)床供電電源要求采用三相四線制，380V50Hz交流電。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(yīng)采用不小于6mm2導(dǎo)電率高的銅線。保護(hù)地線還必須與機(jī)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(yīng)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(jī)床電氣的構(gòu)成1）數(shù)控系統(tǒng)CNC日本FANUC公司：FANUCOiMATE2）伺服驅(qū)動裝置及伺服電動機(jī)X軸：β-SVM1-20伺服驅(qū)動裝置aC12/2000伺服電動機(jī)Z軸：β-SVM1-20伺服驅(qū)動裝置aC12/2000伺服電動機(jī)本伺服電動機(jī)配有絕對值編碼器，在加工過程中有斷電保護(hù)功能X軸：理論最大進(jìn)給速度6000m/min。Z軸：理論最大進(jìn)給速度8000m/min。3）強(qiáng)電控制單元主軸電動機(jī)M1：1.5KW1000r/min變頻電動機(jī)刀臺電動機(jī)M2：0.18KW1500r/min潤滑電動機(jī)M3：0.09KW1400r/min冷卻電動機(jī)M4：0.12KW2900r/min控制變壓器TC1：交流380V/220V/24V/26V/28V630VA。主要為控制回路和冷卻風(fēng)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/220V2200VA。主要為穩(wěn)壓電源GS2、伺服驅(qū)動裝置和伺服電動機(jī)提供220V交流。穩(wěn)壓電源GS2：主要為CNC裝置、LCD/MDI、I/OLINK、PLCI/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(hù)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(hù)接地本車床接地系統(tǒng)如圖3.4所示。圖3.4CKA6140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。

第四章CK6140數(shù)控車床硬件系統(tǒng)設(shè)計及元件選型4.1主軸驅(qū)動系統(tǒng)pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings主軸驅(qū)動系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動裝置和主軸電動機(jī)。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(jī)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(jī)配備變頻器或主軸伺服驅(qū)動控制的方式。4.1.1主軸電動機(jī)主軸驅(qū)動部分是數(shù)控機(jī)床的大功率執(zhí)行機(jī)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(jìn)行切削加工。在數(shù)控機(jī)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(jī)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。4.1.2主軸電動機(jī)選型查機(jī)電一體化手冊車削功率在0.8-2kw之間根據(jù)切削功率PC與主傳動鏈的總效率η估算,即。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(jī)和較短的機(jī)械傳動鏈，效率較大，因此取=0.78,則估計P在1.43kw~2.86kw.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45#鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切向分力大約在1000N左右，切削速度取90—250r/min，則知道PC=100090/60000=0.98kw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(jī)床的電動機(jī)功率，此機(jī)床可以選取1.5kw的電動機(jī)，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范圍比較大，選用SIMOTICS1LE0標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)。實物圖如圖4.1所示。圖4.1SIMOTICS1LE0標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)4.2機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)是聯(lián)接數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床的樞紐，其性能是影響數(shù)控機(jī)床精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)與機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)兩大部分組成。對于數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)，按其反饋信號的有無，分為開環(huán)和閉環(huán)兩種位置控制方式。位置控制系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動器中的位置控制模塊、速度控制模塊、位置檢測及反饋控制等各部分組成。開環(huán)位置控制不需要位置檢測及反饋，閉環(huán)位置控制需要位置檢測及反饋。位置控制反饋能夠精確地控制機(jī)床運動部件的運動，快速而準(zhǔn)確地跟蹤指令運動。根據(jù)其位置檢測信號所取的位置不同，它又分為半閉環(huán)與全閉環(huán)兩種。所謂半閉環(huán)控制系統(tǒng)即采取的反饋檢測元件是與伺服電機(jī)同軸連接地旋轉(zhuǎn)編碼器，其直接與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子后部相連接，與伺服電機(jī)構(gòu)成一體。因為編碼器不能直接反映機(jī)床各個進(jìn)給軸的實際位置，而是反映電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和圈數(shù)。此種控制方式的機(jī)床其機(jī)械運動部分（如傳動絲杠和工作臺）的機(jī)械誤差沒有因反饋而獲得改善。但是對于這些機(jī)械誤差，可以在CNC系統(tǒng)中通過反向間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償來大大減小，所以使用這種控制方式的機(jī)床也可達(dá)到很高的精度。對于全閉環(huán)系統(tǒng)需要采用直線位置檢測裝置，現(xiàn)在生產(chǎn)中多用光柵尺或磁尺作為全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置。4.2.1CK6140數(shù)控車床對伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)的要求1．調(diào)速范圍要寬調(diào)速范圍是指進(jìn)給電動機(jī)提供的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之比，即。在各種數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中，由于加工用刀具、被加工材料、主軸轉(zhuǎn)速以及零件加工工藝要求不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，要求進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o級調(diào)速范圍（通常大于1：10000），尤其在低速（如轉(zhuǎn)速小于0.1r/min）時，要仍能平滑運動而無爬行現(xiàn)象，2．定位精度高使數(shù)控機(jī)床加工零件主要是為了保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，減少廢品率；就決復(fù)雜曲面零件的加工問題；解決復(fù)雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等。因此，要求進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性和較高的剛度，從而達(dá)到較高的定位精度，以保證機(jī)床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差（本設(shè)計對伺服系統(tǒng)的分辨率的要求是達(dá)到0.01mm)，同時進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)要有較好的動態(tài)性能，以保證機(jī)床具有較高的輪廓跟隨精度。3．有足夠的傳動剛性和較高的速度穩(wěn)定性4．快速響應(yīng)，無超調(diào)為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。5．低速大扭矩，過載能力強(qiáng)一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時間內(nèi)可以過載4-6倍而不損壞。6．可靠性高要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高，工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾能力。根據(jù)以上要求，再結(jié)合西門子808D數(shù)控系統(tǒng)的各各特征，本設(shè)計選用帶有再生回饋功能的SINAMICSV60伺服驅(qū)動系統(tǒng)。實物如圖4.2所示。圖4.2SINAMICSV60驅(qū)動系統(tǒng)4.2.2伺服電機(jī)的選型SIEMENS808D系統(tǒng)是高性價比高可靠性的CNC系統(tǒng)，它可以配置SIEMENS公司的1FL5系列的伺服電機(jī)、一般來說SIEMENS系統(tǒng)在選擇伺服電機(jī)時要計算負(fù)載力矩、負(fù)載慣量、加速力矩和最大切削力矩等因素，在計算的過程中綜合考慮伺服電機(jī)的性能參數(shù)是否滿足各因素來確定電機(jī)型號。圖4.3所示為機(jī)床水平進(jìn)給軸示意圖，機(jī)床工作臺的機(jī)械規(guī)格如表4-1所示。圖4.3水平進(jìn)給軸示意圖表4-1機(jī)床主要性能規(guī)格表規(guī)格項目符號單位X軸絲桿直徑Dbmm40絲桿長度Lbmm1000絲桿導(dǎo)程Pmm8減速比1機(jī)床加載的移動物質(zhì)量Wkgf7000由切削力引起的反推力FCkgf100鑲條鎖緊力fgkgf50由切削力矩引起的滑動表面上工作臺受到的力Fcfkgf30驅(qū)動系統(tǒng)效率η0.9滑動表面摩擦系數(shù)μ0.05加減速時間Tams100快速進(jìn)給速度Vmm/min4000位置回路增益KSS-1301、負(fù)載力矩的計算一般計算公式：其中，加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩，N·m；F：沿坐標(biāo)軸移動一個部件所需的力，kgf；L：電機(jī)轉(zhuǎn)一圈機(jī)床的移動距離（與絲桿螺距有關(guān)）；：滾珠絲桿螺母或軸承加到電機(jī)軸上的摩擦力矩。無論是否在切削，水平軸或垂直軸，F(xiàn)值取決于工作臺的重量和摩擦系數(shù)。所選伺服電機(jī)其靜態(tài)力矩應(yīng)大于6.62Nm。2、負(fù)載慣量的計算負(fù)載慣量的計算一般包括滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動慣量和工作臺的移動慣量等。轉(zhuǎn)動慣量計算公式：，其中表示物體的比重，；對于本車床：移動慣量的計算公式：，其中，L表示電機(jī)一轉(zhuǎn)工作臺移動的距離。負(fù)載慣量合計=0.0199+0.0115=0.021負(fù)載慣量對電機(jī)的控制特性和快速移動的加/減速時間都有很大影響，負(fù)載慣量過大時，進(jìn)給軸需要較長時間到達(dá)指令的速度，會造成較大的加工誤差一般來說負(fù)載慣量應(yīng)小于電機(jī)慣量或在在電機(jī)慣量的倍以內(nèi)。根據(jù)上述幾項因素的計算以及與電機(jī)參數(shù)的比較，綜合考慮各項因素的影響和電機(jī)的性價比，最終可選擇SIMOTICS1FL5型號伺服電機(jī)來配置CK6140數(shù)控車床，X軸伺服電機(jī)與Z軸伺服電機(jī)都選用SIMOTICS1FL5型號伺服電機(jī)。實物如圖4.4所示。圖4.4SIMOTICS1FL5伺服電機(jī)4.3控制電路原理圖設(shè)計4.3.1380V系統(tǒng)強(qiáng)電控制回路圖4.5系統(tǒng)電氣原理圖圖4.5為數(shù)控車床的系統(tǒng)電氣原理圖，也是機(jī)床的動力電路，斷路器QF1為機(jī)床電源的總開關(guān)，亦用來對整個動力線路進(jìn)行過載及短路保護(hù)，交流接觸器KM1和KM2采用互鎖連接用來控制主軸電動機(jī)M4的正反轉(zhuǎn)，斷路器QF3作為主軸電動機(jī)的過載及短路保護(hù)。典型電路控制分析：實際生產(chǎn)中考慮到經(jīng)濟(jì)、高效、準(zhǔn)確等因素，此次設(shè)計中采用了互鎖電路控制實現(xiàn)主軸和刀架電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，有三相異步電動機(jī)的原理可知，只要將電動機(jī)接到三相電源中的任意兩根連線對調(diào)，即可使電動機(jī)反轉(zhuǎn)。圖4.6互鎖控制線路如圖4.6所示，啟動按鈕SB2、SB3使用復(fù)合按鈕，復(fù)合按鈕的常閉觸點用來斷開轉(zhuǎn)向相反的接觸器線圈的通電回路，兩個接觸器的常閉觸點KM1、KM2起互鎖作用，即當(dāng)一個接觸器通電時，其常閉觸點斷開，使另一個接觸器線圈不能通電。4.3.2電源回路圖4.7電源回路圖4.4常用電器元件的選型4.4.1低壓電器選型的一般原則1、低壓電器的額定電壓應(yīng)不小于回路的工作電壓，即Ue≥Ug2、低壓電器的額定電流應(yīng)不小于回路的計算工作電流，即Ie≥Ig3、設(shè)備的遮斷電流應(yīng)不小于短路電流，即Izh≥Ich4、熱穩(wěn)定保證值應(yīng)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(jìn)行選擇。4.4.2斷路器的選型斷路器其保護(hù)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）脫扣器組成。斷路器相當(dāng)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(jìn)行短路、過載、失壓（欠壓）保護(hù)的電器。選用斷路器時，斷路器的額定電壓應(yīng)不小于被控線路的額定電壓，斷路器的額定電流應(yīng)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(yīng)小于被保護(hù)線路的額定電流。過電流脫扣器的瞬的脫扣整定電流應(yīng)大于負(fù)載電路正常工作時的尖峰電流，對于電機(jī)負(fù)載，其斷路器的電流脫扣器的瞬時脫扣整定電流應(yīng)取電機(jī)允許啟動電流的1.7倍。熱脫扣器的整定電流應(yīng)取被控電機(jī)或其它負(fù)載額定電流的1.1倍。選用斷路器應(yīng)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線圖，作為選擇斷路器的依據(jù)。保護(hù)：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(fù)荷電流；3、斷路器脫扣器額定電流≥線路計算負(fù)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。4.4.3電動機(jī)保護(hù)用自動開關(guān)的選型1、長延時電流整定值＝電動機(jī)額定電流；2、6倍長延時電流整定值的可返回時間≥電動機(jī)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；繞線形瞬時整定電流為3～6倍脫扣器額定電流。4.4.4熔斷器選型熔斷器由熔體（熔絲或熔片）和安裝熔體的熔管（或熔座）組成。熔體串聯(lián)在被保護(hù)的線路中。當(dāng)電路正常工作時，熔體應(yīng)允許通過其額定電流而熔體不熔斷。當(dāng)電路發(fā)生短路流時，熔體中電流產(chǎn)生熱量，當(dāng)其產(chǎn)生之熱量達(dá)到熔體的熔點時，熔體熔斷，切斷電路。保護(hù)：短路，若作過載保護(hù)，可靠性不高。1、熔斷器熔體的選擇熔體的額定電壓應(yīng)不小于被控線路的額定電壓，熔斷器的額定電流應(yīng)不小于其所安裝熔體的額定電流。熔體的額定電流如下計算：式中，為容量最大的一臺電機(jī)的額定電流為其余電機(jī)的額定電流，為其余電動機(jī)額定電流之和。4.4.5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(jī)或其它負(fù)載。交流接觸器的額定電壓，其額定電壓應(yīng)不小于負(fù)載回路的電壓。交流接觸其的額定電流應(yīng)不小于被控回路的額定電流。交流接觸器的額定電流應(yīng)依照以下公式計算：式中：IKM為接觸器主觸頭電流Pn為負(fù)載的額定功率Un為負(fù)載的額定電壓K為經(jīng)驗系數(shù)，取1～1.44.4.6熱繼電器的選型1、長期工作或間斷長期工作電動機(jī)熱繼電器的選型（1）按電動機(jī)起動時間選擇：tf：熱繼電器在6Ie下的可返回時間td：熱繼電器在6Ie下的動作時間（2）按電動機(jī)額定電流選擇：Iz＝（0.95～1.05）IedIz：熱繼電器整定電流Ied：電動機(jī)額定電流（3）按斷相保護(hù)要求選擇：對于星形接法的電動機(jī)，采用三極熱繼電器即可；對于三角形接法的電動機(jī)，應(yīng)采用帶斷相運轉(zhuǎn)保護(hù)裝置的熱繼電器。2、反復(fù)短時工作電動機(jī)保護(hù)用熱繼電器的選用對于星形接法的電動機(jī)，采用三極熱繼電器即可；對于三角形接法的電動機(jī)，應(yīng)采用帶斷相運轉(zhuǎn)保護(hù)裝置的熱繼電器。4.4.7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(dǎo)通，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)對強(qiáng)電回路的控制，以達(dá)到弱電控制強(qiáng)電的目的。主要開關(guān)電器型號、規(guī)格如表4-2表4-2主要開關(guān)電器型號、規(guī)格名稱型號整定值用途供貨QM2MS116-10.75A臺動電動機(jī)ABB公司QM3MS116-0.630.4A潤滑電動機(jī)QM4MS116-0.40.32A冷卻電動機(jī)QF13NMD1-63D3P20A變頻電動機(jī)上海信良QF14NMD1-63D3P10A伺服電動機(jī)QF1NMD1-63D2P3ATC1原邊QF2NMD1-63D1P3ATC1副邊220VQF3NMD1-63D1P5ATC1副邊24V/26V/28VQF5NMD1-63D1P5A+24VQF6NMD1-63D1P1ATC1副邊220V4.5CK6140數(shù)控車床控制面板數(shù)控車床的操作面板由機(jī)床控制面板和數(shù)控系統(tǒng)操作面板兩部分組成，下面分別作一介紹。1、機(jī)床控制面板機(jī)床控制面板上的各種功能鍵可執(zhí)行簡單的操作，直接控制機(jī)床的動作及加工過程。2、數(shù)控系統(tǒng)操作面板由顯示屏和MDI鍵盤兩部分組成，其中顯示屏主要用來顯示相關(guān)坐標(biāo)位置、程序、圖形、參數(shù)、診斷、報警等信息；而MDI鍵盤，包括字母鍵、數(shù)值鍵以及功能按鍵等，可以進(jìn)行程序、參數(shù)、機(jī)床指令的輸入及系統(tǒng)功能的選擇，各功能鍵的作用如表所示。3、SIEMENS808D控制面板圖4.8數(shù)控系統(tǒng)操作面板圖4.9機(jī)床控制面板

第五章PLC設(shè)計及參數(shù)設(shè)置pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings數(shù)控機(jī)床作為自動控制設(shè)備，是在自動控制下進(jìn)行工作的，數(shù)控機(jī)床所受控制可分為兩類：一類是最終實現(xiàn)對各坐標(biāo)軸運動進(jìn)行的“數(shù)字控制”。即控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的移動距離、各軸運行的插補(bǔ)、補(bǔ)償?shù)?。另一類是“順序控制”。即在?shù)控機(jī)床運行過程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等的開關(guān)量信號狀態(tài)為條件，并按照預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的起停換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的運行等進(jìn)行的控制。CNC單元直接給伺服裝置發(fā)控制指令實現(xiàn)對機(jī)床的“數(shù)字控制”，而機(jī)床的“順序控制”必須通過PLC裝置才能完成。在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)過程中，編制PLC程序是保證機(jī)床使用性能和方便機(jī)使用的重要環(huán)節(jié)。實踐中，PLC編程及調(diào)試要在了解數(shù)控系統(tǒng)PLC運行特點、編程規(guī)則的基礎(chǔ)上，一方面依據(jù)電路設(shè)計時完成的加工接口分配狀況；另一方面依據(jù)用戶的操作習(xí)慣完成PLC程序設(shè)計并進(jìn)行程序調(diào)試。5.1PLC的基本結(jié)構(gòu)及工作原理PLC采用的是典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括CPU、RAM、ROM和輸入、輸出接口電路等。其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如果把PLC看作一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量——PLC——輸出變量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算、處理后送到輸出端子，他們是PLC的輸出變量。由這些輸出變量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。這里可將PLC看作一個中間處理器或變換器，以將輸入變量變換為輸出變量。PLC控制系統(tǒng)組成：(1)輸入部分：如按鈕開關(guān)、限位開關(guān)等，直接與PLC輸入端子相連接，用以產(chǎn)生輸入控制信號，這些信號來自操作臺上的人工指令。(2)控制部分：反復(fù)執(zhí)行根據(jù)被控對象的實際控制要求所編制的用戶程序，并產(chǎn)生各種輸出控制信號。(3)輸出部分：如接觸器、電磁閥等，它們直接與PLC輸出端子相連接，用以控制被控對象的動作。PLC工作過程分三段進(jìn)行：(1)輸入處理：PLC以重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶程序，在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)(輸入信號)讀入輸入映象寄存器中，然后開始執(zhí)行用戶程序，在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。(2)程序控制：在程序執(zhí)行階段，PLC順序掃描用戶程序。每執(zhí)行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他內(nèi)部寄存器中讀出并參與計算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)輸出映象寄存器中。(3)輸出處理：當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成PLC的實際輸出并有輸出端子送出。5.2PLC與CNC機(jī)床的聯(lián)接方式CNC數(shù)控系統(tǒng)的控制信號有兩類。一類是高速信號，主要用于各個坐標(biāo)軸的插補(bǔ)運動；另一類是低速信號，主要用于控制主軸電機(jī)的正、反運轉(zhuǎn)、接觸器、電磁閥的通斷等開關(guān)量。低速信號的控制對象主要是一些高電壓或大電流的強(qiáng)電設(shè)備，其控制采用可編程序控制器具有可靠性高，柔性好等特點，而且隨著可編程控制器本身性能價格比不斷提高，在現(xiàn)代CNC、FMS系統(tǒng)中的應(yīng)用有不斷上升的趨勢。目前，數(shù)控機(jī)床PLC的形式有兩種：一種是采用單獨的CPU完成PLC功能，即配有專門的PLC，PLC在CPU外部，稱為外裝PLC；第一種是采用數(shù)控系統(tǒng)與PLC合用一個CPU的方法，PLC在CPU內(nèi)部，稱內(nèi)裝型PLC?？删幊炭刂破髋cCNC機(jī)床的聯(lián)接方式本質(zhì)上是外電路聯(lián)接方法，通過CNC數(shù)控系統(tǒng)I／O口發(fā)出控制指令，使可編程控制器輸入端無觸點開關(guān)通斷，完成可編程控制器對機(jī)床強(qiáng)電的邏輯控制。CNC機(jī)床的被控對象有帶動主軸旋轉(zhuǎn)的主電機(jī)、大量開關(guān)量、伺服電機(jī)等，可編程控制器與CNC機(jī)床的強(qiáng)電、CNC數(shù)控裝置I／O口的聯(lián)接可歸納為下列三部分：(1)PLC輸入輸出端與機(jī)床面板信號聯(lián)接面板與系統(tǒng)采用光纖連接，結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點要求，在機(jī)床面板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。CNC數(shù)控機(jī)床操作面板上有按鈕、旋鈕開關(guān)、波段開關(guān)和指示燈等，按鈕、旋鈕開關(guān)和波段開關(guān)直接與可編程控制器的輸入端接線柱相連，指示燈接線直接與PLC輸出端接線柱相連，指示燈的亮暗取決于相應(yīng)的PLC輸入端的開關(guān)狀態(tài)及固化在PLCROM卡中的梯形圖程序。(2)PLC輸出端與機(jī)床強(qiáng)電信號聯(lián)接PLC在CNC機(jī)床中的主要作用是控制強(qiáng)電部分，如：主控電源、伺服電源、刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)、主軸風(fēng)扇、潤滑電機(jī)等。由于流過強(qiáng)電電路的電流很大，在PLC輸出端都接有保護(hù)用繼電器。在每一個交流線圈兩側(cè)并聯(lián)阻容電路以吸收由于線圈通斷時產(chǎn)生的浪涌電流。為了提高電機(jī)運行的可靠性，在接觸器線圈電路中加有互鎖保護(hù)觸點。同理，每個電機(jī)的運行程序控制邏輯都固化在卡中，受機(jī)床操作面板開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)軟件的控制。(3)PLC輸入端與CNC機(jī)床數(shù)控裝置I／O口的聯(lián)接可編程控制器輸出端的通斷是由其輸入端通斷狀態(tài)及梯形圖程序決定的，CNC機(jī)床數(shù)控裝置與可編程控制器的聯(lián)接是通過軟開關(guān)直接控制PLC輸入端的通斷，以決定PLC輸出端的狀態(tài)。CNC機(jī)床數(shù)控裝置I／O口與PLC輸入端的聯(lián)接，從數(shù)控裝置I／O口的信息流向分析，可以分為兩種情況：一是數(shù)控裝置從I／O口輸出指令，控制PLC完成相應(yīng)的動作：另一種是檢測PLC輸入口的開關(guān)狀態(tài)，數(shù)控裝置的I／O口是輸入信號，數(shù)控裝置根據(jù)輸入信號的性質(zhì)做出相應(yīng)的控制。5.3CNC加工代碼在PLC上的實現(xiàn)方法目前，數(shù)控機(jī)床程序中，有關(guān)機(jī)床坐標(biāo)系約定、準(zhǔn)備功能、輔助功能、刀具功能及程序格式等方面己趨于統(tǒng)一，形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即所謂的CNC機(jī)床ISO代碼。在一個加工程序中包含許多程序段，每個段又由若干字組成，每1個字表示一種功能，歸納起來有4種：一種是準(zhǔn)備功能，即所謂的G代碼；第二種是輔助功能，即所謂的M代碼：第三種是刀具功能，即所謂的T代碼；第四種是轉(zhuǎn)速功能即所謂的S代碼。根據(jù)數(shù)控機(jī)床性能的不同執(zhí)行這4種功能多少的程度也不同。在數(shù)控機(jī)床內(nèi)部4種功能中，G功能主要與聯(lián)動坐標(biāo)軸驅(qū)動有關(guān)，是通過CPU控制數(shù)控裝置的I／O接口實現(xiàn)：M功能主要控制機(jī)床強(qiáng)電部分，包括主軸換向、冷卻液開關(guān)等功能；T功能與刀具的選擇和補(bǔ)償有關(guān)。5.3.1T功能代碼的實現(xiàn)方法T功能代碼包含兩部分：一是刀具選擇：二是刀具位置補(bǔ)償。在PLC上實現(xiàn)的是第1部分功能；刀具選擇。換刀過程如下；運行數(shù)控程序，發(fā)出某個刀具號的換刀指令，對應(yīng)的數(shù)控裝置I／O口變?yōu)楦唠娖?，使PLC輸入端的軟開關(guān)接通，換刀電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)在刀架上的干簧管觸點開關(guān)接通后，換刀電機(jī)反轉(zhuǎn)，使刀架下落壓緊，當(dāng)壓緊力足夠大時，微動開關(guān)接通，換刀電機(jī)停止運轉(zhuǎn)。5.3.2M功能代碼實現(xiàn)方法ISO數(shù)控加工代碼標(biāo)準(zhǔn)中輔助功能很多。對于不同的數(shù)控機(jī)床，所能實現(xiàn)的輔助功能也不盡相同，但是各種數(shù)控機(jī)床都具有一些基本的輔助功能，如M00(程序停止)，M03(主軸正轉(zhuǎn))，M05(主軸停止)等，M功能的一部分是由數(shù)控系統(tǒng)本身的硬件和軟件實現(xiàn)，還有一部分需要數(shù)控裝置與PLC相結(jié)合來完成，如主軸的正轉(zhuǎn)與停止功能，M功能的實現(xiàn)與T功能的實現(xiàn)方法類似，同樣是數(shù)控裝置I／0接口發(fā)出指令，由PLC輸入端狀態(tài)和PLC內(nèi)部ROM中的梯形圖程序決定PLC輸出端的狀態(tài)，進(jìn)而完成M功能。，5.4PLC程序的模塊化設(shè)計一個應(yīng)用程序包括一套在PLCTOOL編程工具下產(chǎn)生的模塊，把它裝入NC去控制相應(yīng)的系統(tǒng)。本次設(shè)計中，我們利用PLCTOOL軟件，綜合車床的特點，開發(fā)了該機(jī)床的PLC控制程序。將PLC程序劃分為4個模塊，即公共信號模塊、基本控制模塊、刀架模塊、主軸模塊。公共信號模塊：主要處理PIE與NC之間的接口信號。基本控制模塊：主要用來處理緊急停止、潤滑、冷卻、方式選擇、手動進(jìn)給