数控车床电气控制系统设计

学习工业安全职业学院毕业论文（设计）题目:数控车床电气控制系统设计姓名系别机电工程系专业数控技术年级2010级指导教师2013年5月10日毕业论文（设计）成绩评定表学生姓名学号班级名称数控技术10-2班毕业论文（设计）课题名称数控车床电气控制系统设计指导教师评语：成绩：指导教师签名：年月日系学术委员会意见系主任签名：年月日目录摘要...................................................................1第一章概述..........................................................21.1什么是数控机床..................................................21.2数控机床的组成..................................................21.3数控机床工作原理和结构简介......................................41.4CK6140数控车床主简介............................................5第二章CK6140数控车床主轴驱动系统......................................62.1CK6140数控车床运动分析..........................................62.2CK6140数控车床电气系统简述......................................62.3主轴驱动系统概述................................................72.3.1主轴电动机....................................................72.3.2主轴电动机选型的要求..........................................82.3.3主轴电动机选型................................................82.4变频器电动机主轴驱动装置........................................92.4.1FANUC0IMATE主轴驱动装置......................................92.4.2设备的选型方法...............................................102.4.3变频器主轴伺服驱动电路.......................................11第三章CK6140数控车床进给伺服系统设计................................133.1机床进给伺服系统概述............................................133.2CK6140数控车床对伺服驱动进给系统的要求.........................133.3进给伺服系统的选型与控制原理....................................143.4伺服电机的选型..................................................14第四章CK6140数控车床辅助系统设计.....................................154.1CK6140数控车床辅助系统概述.....................................154.2刀架传动系统设计...............................................154.2.1CK6140数控车床电动刀架的选型................................154.2.2电动刀架连接电路.............................................164.3冷却系统的设计.................................................174.4液压系统设计...................................................18第五章常用电器元件的选型.............................................205.1低压电器选型的一般原则.........................................205.2断路器的选型...................................................205.3电动机保护用自动开关的选型.....................................215.4熔断器的选型...................................................215.5接触器的选型...................................................215.6热继电器的选型.................................................225.7中间继电器.....................................................22第六章可编程式控制制器（PLC）........................................236.1可编程式控制制器概述...........................................236.2可编程式控制制器（PLC）的特点..................................236.3程控制器的组成及工作方式.......................................246.4PLC选型及I/O接线图............................................256.5输入/输出点....................................................256.6基本功能面板设计...............................................276.7通讯界面.......................................................27参考文献..............................................................28致谢..................................................................291摘要数控机床是典型的机电一体化产品，它综合了电子计算机、自动控制、自动检测、液压与气动以及精密机床等方面的技术。数控机床的高精度、高效率决定了发展数控机床是当前中国机械制造业技术改造的必由之路。是未来工厂自动化的基础。CK6140数控车床，对其电气系统设计使尤为重要的，其内容包括强电设计、弱点设计、PLC输入输出及接口设计，绘制出整个机床的电气系统原理图等。本设计给出了整个机床的原理图绘制过程，重点部分模块化，较详细地介绍了各个部分的功能及用途。分为380V强电回路，控制回路，PLC输入输出控制，主轴驱动模块和进给伺服驱动模块，并介绍了相关的电气知识。通过本设计说明书可以基本上掌握数控车床的电气原理，以及基本的电气常识，使读者无论是从整体上还是各个模块中都能够了解到数控车床相关的一系列电气知识。关键字：数控车床主电路控制电路PLC控制2第一章概述1.1什么是数控机床数控技术是20世纪中期发展起来的机床控制技术。数字控制（NumericalControl，简称NC）是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控机床（NCMachine）就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。它是一种综合应用计算机技术、自动控制技术、精密测量技术、通信技术和精密机械技术等先进技术的典型的机电一体化产品。国家信息处理联盟（InternationalFederationofInformationProcessing，简称IFIP）第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程控系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码和其他符号编码指令规定的程序。1.2数控机床的组成数控机床的种类很多，但任何一种数控机床都是由控制介质、数控系统、伺服系统、辅助控制系统和机床本体等若干基本部分组成。（1）控制介质数控系统工作时，不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。在控制介质上存储着加工零件所需要的全部操作信息和刀具相对工件位移信息，因此，控制介质就是将零件加工信息传送到数控装置去的信息载体。控制介质有多种形式，它随着数控装置类型的不同而不同，常用的有穿孔纸带、穿孔卡、磁带、磁盘和USB界面介质等。控制介质上记载的加工信息要经过输入装置传送给数控装置，常用的输入装置有光电纸带输入机、磁带录音机、磁盘驱动器和USB界面等。除了上述几种控制介质外，还有一部分数控机床采用数码拨盘、数码插销或利用键盘直接输入程序和数据。另外，随着CAD/CAM技术的发展，有些数控设备利用CAD/CAM软件在其他计算机上编程，然后通过计算机与数控系统通信（如局域网），将程序和数据直接传送给数控装置。（2）数控系统数控装置是一种控制系统，是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床进给并加工零件。数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置4部分组成，数控装置结构输入装置接受由穿孔带阅读3机输出的代码，经识别与译码之后分别输入到各个相应的寄存器，这些指令与数据将作为控制与运算的原始数据。控制器接受输入装置的指令，根据指令控制运算器与输入装置，以实现对机床的各种操作（如控制工作台沿某一坐标轴的运动、主轴变速和冷却液的开关等）以及控制整机的工作循环（如控制阅读机的启动或停止、控制运算器的运算和控制输出信号等）。运算器接受控制器的指令，将输入装置送来的数据进行某种运算，并不断向输出装置送出运算结果，使伺服系统执行所要求的运动。对于加工复杂零件的轮廓控制系统，运算器的重要功能是进行插补运算。所谓插补运算就是将每个程序段输入的工件轮廓上的某起始点和终点的坐标数据送入运算器，经过运算之后在起点和终点之间进行“数据密化”，并按控制器的指令向输出装置送出计算结果。输出装置根据控制器的指令将运算器送来的计算结果输送到伺服系统，经过功率放大驱动相应的坐标轴，使机床完成刀具相对工件的运动。目前均采用微型计算机作为数控装置。微型计算机的中央处理单元（CPU）又称微处理器，是一种大规模集成电路。它将运算器、控制器集成在一块集成电路芯片中。在微型计算机中，输入与输出电路采用大规模集成电路，即所谓的I/O界面。微型计算机拥有较大容量的寄存器，并采用高密度的存储介质，如半导体存储器和磁盘存储器等。存储器可分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两种类型，前者用于存放系统的控制程序，后者存放系统运行时的工作参数或用户的零件加工程序。微型计算机数控装置的工作原理与上述硬件数控装置的工作原理相同，只是前者采用通用的硬件，不同的功能通过改变软件来实现，因此更为灵活与经济。（3）伺服系统伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。伺服系统接受数控系