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目录第一章电气系统控制设计…………………………………………………21.1选件………………………………………………………………21.2电源………………………………………………………………41.3数控装置与软驱单元的连接………………………………61.4数控装置与外部计算机的连接…………………………81.5数控装置开关量的输入/输出……………………………91.6数控装置与手持单元的连接………………………………131.7数控装置与主轴装置的连接………………………………171.8数控装置与进给驱动装置的连接……………………211.9电磁兼容设计…………………………………………………241.10数控机床系统总体设计……………………………………25第二章伺服电机的选择与计算……………………………………………342.1伺服电机的选择计算……………………………………………342.2惯量匹配计算……………………………………………………34第五章参考文献……………………………………………………………36前言随着社会生产和科学技术的发展与进步，PLC技术正在不断地深入到各个领域并迅速地向前推进，特别是近几年来在机械加工领域引起了许多深刻的改革。《双面钻孔组合机床在运用》就是运用了PLC技术与机床电气的过程及注意事项，实现了机电一体化的运用，这便使双面组合钻床操作更加方便，大大提高了工作效率。目前，在机械制造业中已不再是仅仅要求单机自动化，而是要求实现一条生产线，一个车间、一个工厂甚至更大规模的全盘自动化，这便体现PLC技术的重要性。在设计中，参考了机电一体化技术方面和PLC方面的教材和资料，在书后的参考文献中列出，这些宝贵的资料对我完成毕业设计起到了重要的作用，在设计中有许多不妥之处，敬请老师提出宝贵指正.第一章电气系统控制设计1.1选件：1.1.1数控装置（选件）：选择华中“世纪星”HNC-21系列数控装置（HNC-21THNC-21M）特点：“世纪星”HNC-21系列数控装置（HNC-21T、HNC-21M）采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机、高性能32位中央处理器，配置7.5彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口、远程I/O板接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能，主要适用于数控车、铣床和加工中心的控制。具有高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点；图1所示为NNC-21数控装置与其他装置、单元连接的总体框图。注：图中除电源接口外，其他接口都不是必须使用的。图1总体框图图2HNC-21数控装置接口图XS1：电源接口XS2：外接PC键盘接口XS3：以太网接口XS4：软驱接口XS5：RS232接口XS6：远程I/O板接口XS8：手持单元接口XS9：主轴控制接口XS10、XS11：输入开关量接口XS20、XS21：输出开关量接口XS30~XS33：模拟式、脉冲式（含步进式）进给轴控制接口XS40~XS43：串行式NSV-11型伺服轴控制接口若使用软驱单元则XS2、XS3、XS4、XS5为软驱单元的转接口。2.3.1.2软驱单元（选件）：软驱单元为系统的数据交换单元，该单元可为系统扩展软盘数据交换、外接键盘、RS232、DNC和以太网接口等功能。需要通过转接线与HNC-21数控装置连接使用。软驱单元接口如图3所示：图3软驱单元接口图前视图接口用于和外部计算机连接，后视图接口用于和HNC-21连接。2.3.1.3手持单元（选件）：手持单元提供急停按钮、使能按钮、工作指示灯、坐标选择（OFF、X、Y、Z、4）、倍率选择（X1、X10、X100）及手摇脉冲发生器。手持单元仅有一个DB25的接口。如图4所示：图4手持单元接口图手持接口插头连接但HNC-21数控装置的手持控制接口XS8上。2.3.1.4I/O端子板（选件）：I/O端子板分输入端子板和输出端子板两种，通常作为HNC-21数控装置XS10、XS11、XS20、XS21接口的转接单元使用，以方便连接及提高可靠性。输入端子板与输出端子板均提供NPN和PNP两种端子。每块输入端子板含20位开关量输入端子；每块输出端子板含16位开关量输出端子及急停（两位）与超程（两位）端子。图5输入端子板接口图图6输出端子板接口图2.3.2电源：2.3.2.1供电要求电源容量：数控装置（外部电源1）：AC24V或DC24V100W。PLC电路（外部电源2）：DC24V不低于50W。电源线：采用屏蔽电缆或双绞线。外部电源1采用交流AC24V电源时（参见供电方式一），建议数控装置不与其他外部设备共用电源。外部电源2建议采用直流DC24V/50W开关电源。若开关量输出信号控制的直流24V继电器较多，可适当增加电源容量，或另外提供电源，但必须与外部电源2共地。若Z轴抱闸和电磁阀也虚DC24V供电，尽量不要与外部电源2共用，以减少电磁阀等器件对数控装置的干扰。外部电源1采用直流DC24V电源时，可以与外部电源2共用一个容量不低于150W的直流24V开关量（参见供电方式二）。外部电源1，2经过数控装置内部电路，由XS8向手持单元上的开关元件及手摇脉冲发生器提供电源，如图11所示。远程I/O端子板上的输入/输出开关量可在本地单独使用电源。2.3.2.2供电方式一：采用交流24V+直流24V供电：图9供电方式一2.3.2.3供电方式二：采用直流24V供电：图10供电方式二2.3.2.4接地：2.3.2.4.1接大地：XS1的6脚在内部已与数控装置的机壳接地端子接通。由于电源线电缆中的地线较细，因此，必须单独增加一根截面积不小于2.5平方毫米的黄绿铜导线作为地线与数控装置的机壳接地端子相连。2.3.2.4.1接信号地：XS1的4脚在数控装置内部已与XS10、XS11、XS20、XS21开关量接口的1、2、14、15脚连通。但为了提高开关量信号的抗干扰能力，XS10、XS11、XS20、XS21开关量接口的1，2，14，15脚应采用单独的电线连接到外部DC24V电源地上，以减少流过XS1的4脚（24V地）的电流，如图11所示。若某些输入/输出开关量控制或接收信号的电气元件（如继电器、按钮灯、接近开关、霍尔开关）的供电电源是单独的，则其供电电源必须与输入输出开关量的供电电源共地。否则，数控装置不能通过输出开关量可靠地控制这些元器件，或从这些元器件接收信号。2.3.3数控装置与软驱单元的连接软驱单元含3.5软驱驱动器及标准PC键盘接口（小圆口）、RS232接口、以太网接口。各接口的功能和引脚定义与HNC-21数控装置完全相同。图12为软驱单元与数控装置的连接图。图12与软驱单元的连接框图图中连接软驱单元的四根扩展线接线方式，均以相应引脚一一对应焊接，如图13所示。图13软驱单元的接线图软驱单元与HNC-21数控装置之间的距离主要是受软驱连接电缆的长度限制，所以二者之间的电缆长度不宜超过1米。2.3.4数控装置与外部计算机的连接：HNC-21数控装置可以通过RS232或以太网与外部计算机连接，并进行数据交换与共享。在硬件连接上，可以直接由HNC-21数控装置背面的XS3、XS5接口连接，也可以通过软驱单元上的串口接口进行转接。2.3.4.1通过RS232口与外部计算机连接：图15数控装置通过RS232口与PC计算机连接（有软驱单元的情况）2.3.4.2连接以太网：通过以太网与外部计算机连接是一种快捷、可靠的方式。可以是与某台外部计算机直接电缆连接（见图16和图17），也可以是先连接到HUB（集线器），再经HUB连入局域网，与局域网上的其他任何计算机连接（见图18和图19）。在硬件上，可以直接使用HNC-21背面的以太网连接，也可以通过软驱单元转接后，用软驱单元上的以太网口连接。连接电缆请使用网络专用电缆。以太网接口插头型号均为RJ45。直接电缆连接：图16数控装置通过以太网口与外部计算机直接电缆连接（没有软驱单元的情况）2.3.5数控装置开关量的输入/输出2.3.5.1开关量输入输出接口世纪星HNC-21数控开关量输入/输出接口，有本机输入/输出（可通过输入/输出端子板转接）和远程输入输出两种，其中本机输入有40位，本机输出32位，远程输入/输出各128位（选件）。2.3.5.1.1开关量输入接口特性1．等效电路NPN开关量输入：图20输入开关量接口等效电路—NPN型PNP开关量输入：图21输入开关量接口等效电路—PNP型注：1．HNC-21本机输入为NPN开关量输入；2．输入端子板可提供NPN和PNP两种开关量输入端子；3．远程输入板可提供NPN和PNP两种开关量输入端子。2．技术参数：（1）.采用光电耦合技术，最大隔离电压2500VRMS（一分钟）（2）.电源电压24V（3）.导通电流IF=5~9mA（4）.最大漏电流≤0.1mA（5）.滤波时间约2毫秒注：用有源开关器件（如无触点开关、霍尔开关等）时，必须采用DC24V规格。1．输入端子板接口：图23输入端子板接口图图242．远程输入端子板接口：图25远程输入端子板接口图J1：与数控装置或上级远程I/O端子板连接接口；J2：与下级远程I/O端子板连接接口；J3：输入开关量（NPN和PNP）和直流24V电源端子。对于同一位，N型和P型不能同时使用。图262.3.5.1.3开关量输出接口特性1．等效电路NPN开关量输出接口：图27输出开关量接口等效电路—NPN型PNP型开关量输出接口：图28输出开关量接口等效电路—PNP型注：1.HNC-21本机输出为NPN型输出；2.输出端子板可同时提供PNP和NPN型输出；3.远程输出端子板分为两种，可分别提供NPN型和PNP型两种端子。2．技术参数（1）.采用光电耦合技术，最大隔离电压2500VRMS（一分钟）（2）.电源电压24V（3）.最大输出电流100mA2.3.5.1.4开关量输出接口引脚定义1．HNC-21本机开关量输出接口：图29HNC-21本机开关量输出接口图2．输出端子板接口：图30输出端子板接口图图31注：对应于同一位，N型和P型不可同时使用。3．远程输出端子板接口：图32远程输出端子板接口图J1：与数控装置或上级远程I/O端子板连接接口；J2：与下级远程I/O端子板连接接口；J3：输出开关量（NPN型）和直流24V电源端子。图33注：对于端子为PNP型的远程输出端子板，J3端子3~34脚的信号为P0~P31。3.5.2直接连接到数控装置：可将外部的输入/输出信号，直接连接到世纪星HNC-21装置上的X10、X11插座。这种连接方式一般用于所需I/O点较少，数控装置与电气柜一体的情况。具有成本低，连接简单的特点，缺点是不方便电缆拆装，没有PNP型输入、输出端子。图34开关量输入接线图图35开关量输出接线图2.3.5.4通过远程I/O端子板连接采用通讯方式工作，通过HNC-21数控装置的XS6接口连接到各远程I/O端子板。通讯电缆将HNC-21数控装置的XS6与远程I/O端子板的J1相连，再通过J2与下一块远程I/O端子板相连。如图38所示。该连接方式适用于需用的I/O点很多，需要扩展I/O点数的状况。其优点是所有远程I/O端子板与HNC-21数控装置只需要一根通讯电缆串联连接，简化了系统结构，有效距离可以达到50米，且板上每位开关量都有发光二级管指示灯，便于系统的调试和故障检测。最多可分别连接4块远程I/O输入端子板和4块远程I/O输出端子板。图38通过远程端子板连接输入/输出开关量远程I/O端子板上的输入/输出开关量，按板卡的连接顺序排列。远程输入端子板的开关量从第六组即I48开始（HNC-21占用五组：I0~I39，I40~I47保留）。远程输出端子板的开关量，从第四组即032开始（HNC-21占用四组：00~031）。最后一块远程I/O端子板J2接口必须接入一个终端插头（DB9头孔）。接线图见图39。图39远程I/O端子板与HNC-21数控装置互联线缆图如图39所示，数控装置的XS6接口与远程I/O端