ck6140數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 劉宇航 學(xué)號(hào) 10 班 級(jí) 090206 專 業(yè) 機(jī)電一體化 分 院 工程技術(shù)分院 指導(dǎo)教師 裴杰

2、 2011 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(lái)越重要的作用，數(shù)控機(jī)床是數(shù)控制造業(yè)的核心，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)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(yīng)用和企業(yè)效益的明顯改善。目前機(jī)床行業(yè)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床。從國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求來(lái)看，以后數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)具有以下特征：一是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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(duì)數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程。 CK6140數(shù)控車床，對(duì)其電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)使尤為重要的，其內(nèi)容包括強(qiáng)電設(shè)計(jì)、弱點(diǎn)設(shè)計(jì)

3、、PLC輸入輸出及接口設(shè)計(jì)，繪制出整個(gè)機(jī)床的電氣系統(tǒng)原理圖等。 本設(shè)計(jì)給出了整個(gè)機(jī)床的原理圖繪制過(guò)程，重點(diǎn)部分模塊化，較詳細(xì)地介紹了各個(gè)部分的功能及用途。分為 380V強(qiáng)電回路，控制回路，PLC輸入輸出控制，主軸驅(qū)動(dòng)模塊和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)模塊，并介紹了相關(guān)的電氣知識(shí)。 通過(guò)本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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(shí)，使讀者無(wú)論是從整體上還是各個(gè)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(shí)。 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 IV 目 錄 第一章 緒 論 1 1.1 引言 1

4、 1.2 數(shù)控機(jī)床概述 1 1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 3 1.3.1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 3 1.3.2 五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 4 1.3.3 智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 4 1.3.4 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立 5 1.4 CK6140數(shù)控車床主簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)分析 10 2.4 CK6140數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)述 11 第三章 CK6140數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 14 3.1主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

5、概述 14 3.1.1主軸電動(dòng)機(jī) 14 3.1.2主軸電動(dòng)機(jī)選型的要求： 14 3.1.3主軸電動(dòng)機(jī)選型 15 3.2變頻器電動(dòng)機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)裝置 15 3.2.1 FANUC 0i Mate主軸驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)保護(hù)用自動(dòng)開(kāi)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

6、文 獻(xiàn) 36 2 37 第一章 緒 論 1.1 引言 隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來(lái)越多。在機(jī)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(lái)越復(fù)雜，精度要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的機(jī)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(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)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(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)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

7、領(lǐng)域： （1）機(jī)械制造技術(shù)； （2）信息處理、加工、傳輸技術(shù)； （3）自動(dòng)控制技術(shù)； （4）伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)； （5）傳感器技術(shù)； （6）軟件技術(shù)等。 1.2 數(shù)控機(jī)床概述 數(shù)字控制(Numerical Control縮寫(xiě)為NC)簡(jiǎn)稱為數(shù)控，是指用數(shù)字指令來(lái)控制一臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備的動(dòng)作。它所控制對(duì)象有以下幾種： 1、動(dòng)作順序的程序控制。 2、主軸、坐標(biāo)進(jìn)給速度、更換刀具、開(kāi)閉冷卻液等輔助功能控制。 3、有關(guān)部件位移量和相對(duì)位置關(guān)系的坐標(biāo)控制。 數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床的控制密切結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的，通常把采用數(shù)控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和高效率加工的機(jī)床統(tǒng)稱為數(shù)控機(jī)床。在實(shí)現(xiàn)加工合理化及高效率方面

8、，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比具有許多優(yōu)勢(shì)，它突出地表現(xiàn)為: 1、數(shù)控加工是用機(jī)械加工多品種，小批量生產(chǎn)的一種自動(dòng)化手段。自動(dòng)化程度高、加工速度快是數(shù)控機(jī)床的突出特點(diǎn)。 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(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速、刀具等)都己事先由指令規(guī)定，所以無(wú)論由誰(shuí)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(fù)雜零件的加工效率和加工精度。 4、通過(guò)數(shù)控加工的零件，由于提高了工件與基準(zhǔn)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(shí)間固定，有利于管理，更進(jìn)一步促使加工定量化，以達(dá)到生產(chǎn)管理的合理化、

9、標(biāo)準(zhǔn)化。這為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)乃至建立計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)都打下了堅(jiān)實(shí)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?？梢圆婚g斷地連續(xù)加工，從而縮短了加工周期.由于工夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，減少了工夾具的需用量。 正是由于數(shù)控機(jī)床的這些特點(diǎn)，從本世紀(jì)五十年代以來(lái)，隨著電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制以及精密機(jī)械與測(cè)試技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速發(fā)展和演變。世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是由美國(guó)在五十年代開(kāi)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(dǎo)體晶體管的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性提高、價(jià)格下降。 七十年代隨著中小規(guī)模集成電路的應(yīng)

10、用并伴隨著紙帶傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大提高了機(jī)床的加工效率及使用的靈活性，也使數(shù)控機(jī)床日趨完善。八十年代以來(lái)，微處理器的發(fā)展與應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)也迎來(lái)了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(Computer Numerical Control縮寫(xiě)為CNC)時(shí)代，隨著微處理器的運(yùn)算速度的不斷提高，數(shù)控機(jī)床的功能和應(yīng)用范圍也在不斷的發(fā)展與擴(kuò)大。 從這些年數(shù)控機(jī)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(dāng)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)精度的要求越來(lái)越高，近十年來(lái)，普通數(shù)控機(jī)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(kāi)始進(jìn)入納米級(jí)（0.01μm）。超精密加

11、工機(jī)床在向更高精度（納米級(jí)）發(fā)展的同時(shí)，也向高效率、和大型化發(fā)展。與之相適應(yīng)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，各種加工精度補(bǔ)償技術(shù)得到了應(yīng)用和發(fā)展，機(jī)床結(jié)構(gòu)材料也開(kāi)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(jī)床的各項(xiàng)精度越來(lái)越高。 2、高速度化 提高生產(chǎn)效率是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的永恒主題，這也表現(xiàn)在提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速上。中等規(guī)格的機(jī)加中心的最高轉(zhuǎn)速為4000-6000rpm，到了九十年代，則達(dá)到8000-12000rpm;另一方面，坐標(biāo)軸的快速移動(dòng)速度的提高，換刀時(shí)間和托盤(pán)交換時(shí)間等非切削時(shí)間的縮短，也使機(jī)床的加工效率大幅提高。 3、高柔性化 當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和

12、個(gè)性化，對(duì)機(jī)床提出了更高的柔性加工要求。如銑削加工中心可以銑削、鉆孔、攻絲等。這種將各種加工功能在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行集成，均是為了在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)一次裝夾就能完成對(duì)零件的不同加工要求，這充分展示了機(jī)床加工的柔性，并有利于提高加工精度。 4、高自動(dòng)化 自動(dòng)化是指在全部加工過(guò)程中，減少“人”的介入，而能自動(dòng)地完成規(guī)定的任務(wù)。傳統(tǒng)的自動(dòng)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(jī)床。而目前可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床和機(jī)械加工中心，既可在大批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，也可在小批量、多品種產(chǎn)品生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。 5、造型宜人化 好的數(shù)控機(jī)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

13、合操作人體學(xué)的一件藝術(shù)品。 6、操作簡(jiǎn)單化 從LED顯示到TFT液晶顯示，操作從按大量按鈕到菜單選擇甚至對(duì)話框操作使操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，顯示信息越來(lái)越多、越來(lái)越明快。 7、高可靠性 大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得數(shù)控機(jī)床越來(lái)越可靠。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床的這些特點(diǎn)也使得機(jī)床的數(shù)控化不僅從傳統(tǒng)的銑、銼、車、鉆一類切削機(jī)床，日益廣泛地向磨床、壓力機(jī)等塑性加工機(jī)床、繪圖機(jī)、氣割機(jī)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(jī)床、專業(yè)機(jī)床發(fā)展。應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。但是，數(shù)控機(jī)床畢竟是一種高自動(dòng)化的設(shè)備，技術(shù)復(fù)雜、成本較高，從其使用的經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，在目前階段，特別是在我國(guó)，仍多用于精度高、形狀

14、復(fù)雜的批量零件的加工。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)控機(jī)床為核心的柔性制造系統(tǒng)、無(wú)人工廠必將逐步取代現(xiàn)有的生產(chǎn)模式，成為機(jī)加行業(yè)的主導(dǎo)力量。 1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)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(lái)越重要的作用，因?yàn)檫@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(shì)。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。 1.4 CK6140數(shù)控車床主簡(jiǎn)介 不同制造廠商制造的CKA6140數(shù)控車床選

15、用FANUC OTD，F(xiàn)ANUC 0i-MATE TC，F(xiàn)ANUC 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(jì)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(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等數(shù)控系統(tǒng)。 該機(jī)床為萬(wàn)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(pán)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(duì)工件可進(jìn)行多次重復(fù)循環(huán)加工。 基本配置：

16、 （1）機(jī)床采用臥式平床身結(jié)構(gòu)，床身及床腿采用樹(shù)脂砂鑄造，時(shí)效處理，導(dǎo)軌采用高頻淬火，整體剛性強(qiáng)。 （2）主傳動(dòng)采用變頻電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)三檔，檔內(nèi)無(wú)級(jí)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(dòng)效率高。 （4）配置立式四工位刀架。 （5）配有獨(dú)立的集中潤(rùn)滑器對(duì)床鞍及機(jī)床滑板進(jìn)行自動(dòng)潤(rùn)滑。主軸箱配有獨(dú)立潤(rùn)滑系統(tǒng)。 （6）機(jī)床配有獨(dú)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(guò)較大直徑的棒料。主軸扭矩大，剛性強(qiáng)，可強(qiáng)力切削。 （9）獨(dú)立放置的操縱箱可縱向滑移

17、，便于操作者就近對(duì)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(dòng)部件可實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)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(dòng)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(cè)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(dòng)裝置 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置

18、 測(cè)量反饋裝置 進(jìn)給伺服單元 輸入/輸出 設(shè) 備 計(jì)算機(jī) 數(shù) 控 裝 置 機(jī) 床 本 體 ⑴、機(jī)床本體 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(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)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(dòng)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(diǎn)。 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(gè)部分組成。CNC單元接受數(shù)字化信息，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的控制軟件和

19、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(dòng)執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 ⑶輸入/輸出設(shè)備 輸入裝置將各種加工信息傳遞于計(jì)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(pán)、磁盤(pán)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(shí)間后，再將輸出與原始資料作比較、對(duì)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(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成

20、，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)脈沖信號(hào)使電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)一個(gè)微小距離。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都有相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。 ⑸驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置把經(jīng)放大的指令信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械連接部件驅(qū)動(dòng)機(jī)床，使工作臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對(duì)應(yīng)，驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置可合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動(dòng)力裝置，CNC

21、裝置的指令要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸實(shí)施，所以，伺服驅(qū)動(dòng)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，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。當(dāng)PLC用于控制機(jī)床順序動(dòng)作時(shí)，也可稱之為編程機(jī)床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的控制裝置。

22、CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制。 ⑺測(cè)量反饋裝置 測(cè)量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光測(cè)距儀、磁柵等。通常安裝在機(jī)床的工作臺(tái)或絲杠上，它把機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位移轉(zhuǎn)變成電信號(hào)反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，以控制機(jī)床向消除該誤差的方向移動(dòng)。 2.2 數(shù)控車床工作原理 使用數(shù)控機(jī)床時(shí)，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(xiě)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(guò)數(shù)控系統(tǒng)信息處理、 分配，使各坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工。 CK6140數(shù)控車床的技術(shù)參

23、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(zhǎng)度: 1000mm。 最大車削長(zhǎng)度: 850mm。 主軸轉(zhuǎn)速范圍(變頻): 40～1800r/min 可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)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(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

24、精度: X向 0.007mm，Z向 0.01mm 尾架套筒內(nèi)孔錐度: 莫氏5號(hào) 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(dòng)刀架 刀桿截面尺寸：25mm25mm 主軸電動(dòng)機(jī)M1：7.5KW 1000r/min 刀臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2：0.18KW 1500r/min 潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)M3：0.09KW 1400r/min 冷卻電動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)分析 數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)主軸的控制，進(jìn)

25、給系統(tǒng)，各個(gè)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(kù)（對(duì)于數(shù)控車床指電動(dòng)刀架）、潤(rùn)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(yùn)動(dòng)傳動(dòng) 數(shù)控車床的主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端部件是主電動(dòng)機(jī)與主軸，它的功能是把動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳遞給主軸，使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并滿足數(shù)控車床主軸變速和換向的要求。 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)由交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速調(diào)速。 2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是指機(jī)床上驅(qū)動(dòng)刀架實(shí)現(xiàn)縱向（Z向）和橫向（X向）運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給傳動(dòng)，在CK6140車床上，各軸都由交流流伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。 3、刀架傳動(dòng) 刀架運(yùn)動(dòng)是指實(shí)現(xiàn)刀架上刀架

26、的轉(zhuǎn)動(dòng)和刀架的開(kāi)定位、定位與夾緊的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。刀架運(yùn)動(dòng)是由換刀交流電動(dòng)機(jī)實(shí)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(guò)程中的冷卻刀具和工件，同時(shí)也起沖屑作用，由冷卻泵實(shí)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(rùn)滑系統(tǒng) CK6140數(shù)控車床中的潤(rùn)滑系統(tǒng)為對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠等的潤(rùn)滑。潤(rùn)滑形式有電動(dòng)間歇潤(rùn)滑泵和定量式集中潤(rùn)滑泵。 7、尾座 數(shù)控車床尾座一般是在加工時(shí)對(duì)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(dòng)和固定。尾座套筒前安裝頂針，套筒可以自動(dòng)伸出和縮回，

27、實(shí)現(xiàn)頂尖對(duì)工件的支撐作用。 2.4 CK6140數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)裝置，采用日本FANUC公司的產(chǎn)品，使機(jī)床性能價(jià)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(jī)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(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(jí)：IP54 (2)機(jī)床電氣主要技

28、術(shù)要求 機(jī)床供電電源要求采用三相四線制，380V 50Hz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(pán)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(kāi)，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）

29、工作環(huán)境溫度：5～40度 相對(duì)濕度：25時(shí)80% （3）機(jī)床電氣的構(gòu)成 1）數(shù)控系統(tǒng)CNC 日本FANUC公司：FANUC Oi MATE 2）伺服驅(qū)動(dòng)裝置及伺服電動(dòng)機(jī) X軸：β-SVM1-20伺服驅(qū)動(dòng)裝置 aC12/2000 伺服電動(dòng)機(jī) Z軸：β-SVM1-20伺服驅(qū)動(dòng)裝置 aC12/2000 伺服電動(dòng)機(jī) 本伺服電動(dòng)機(jī)配有絕對(duì)值編碼器，在加工過(guò)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(dòng)機(jī)M1：7.5KW 1000r/min 變頻電動(dòng)機(jī) 刀臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2：0.1

30、8KW 1500r/min 潤(rùn)滑電動(dòng)機(jī)M3：0.09KW 1400r/min 冷卻電動(dòng)機(jī)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(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/220V 2200VA。主要為穩(wěn)壓電源GS2、伺服驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)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(dòng)裝置

31、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(kāi)關(guān)、防護(hù)開(kāi)關(guān)、腳踏開(kāi)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(dòng)系統(tǒng) 3.1主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動(dòng)裝置和主軸電動(dòng)機(jī)。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器或

32、主軸伺服驅(qū)動(dòng)控制的方式。 本課題數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器控制的方式。 3.1.1主軸電動(dòng)機(jī) 主軸驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的最高與最低轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速范圍、傳遞功率和動(dòng)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。 3.1.2主軸電動(dòng)機(jī)選型的要求： 一般要求 1.調(diào)速為了適應(yīng)不同工件材料及刀具等各種切削工

33、藝要求，主軸必須具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)選用合理的切削用量，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(biāo)，主要由各種加工工藝對(duì)主軸最低速與最高速的要求來(lái)確定。 2.功率要求主軸有足夠的驅(qū)動(dòng)功率或輸出扭矩，能在整個(gè)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(jī)床強(qiáng)力切削時(shí)的要求。并且有一定的過(guò)載能力和較硬的調(diào)速機(jī)械特性，即在負(fù)載變化的情況下（如斷續(xù)切削時(shí)），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較小。即要求在大力矩、強(qiáng)過(guò)載能力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)級(jí)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(dòng)態(tài)響應(yīng)性要求

34、主軸升降速時(shí)間短，調(diào)速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。對(duì)有的機(jī)床需同時(shí)能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切削，則要求換向時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，即要求有四象限驅(qū)動(dòng)能力。 3.1.3主軸電動(dòng)機(jī)選型 查機(jī)電一體化手冊(cè)車削功率在5-8kw之間根據(jù)切削功率PC與主傳動(dòng)鏈的總效率η估算,即P=。主傳動(dòng)鏈的功率效率η=0.7—0.85， 數(shù)控車床多采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和較短的機(jī)械傳動(dòng)鏈，效率較大，因此取=0.78,則估計(jì)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(cè)知，以硬質(zhì)

35、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(yùn)轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動(dòng)件在空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的摩損功耗，傳動(dòng)件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動(dòng)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(guó)內(nèi)外同類機(jī)床的電動(dòng)機(jī)功率，此機(jī)床可以選取7.5kw的電動(dòng)機(jī)，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范圍比較大，選用交流變頻電動(dòng)機(jī)TLD12-YVP112，標(biāo)稱功率7.5kw，額定轉(zhuǎn)矩60N?m 。 3.2變頻器電動(dòng)機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)裝置 3.

36、2.1 設(shè)備的選型方法 1、 根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。如負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載可選擇西門(mén)子MMV/MDV變頻器，F(xiàn)ANUC變頻器，ABB 公司ACS400 系列變頻器等；如負(fù)載為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載可選擇西門(mén)子ECO 、MM430 變頻器，ABB 公司ACS800 系列變頻器等。 2、選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加10％而溫升會(huì)增加20％左右。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防

37、止溫升過(guò)高，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。 3、變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)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(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺(tái)電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過(guò)規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來(lái)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(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、過(guò)載保護(hù)，此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)側(cè)加熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。 5、對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高環(huán)境溫度、高開(kāi)關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇

38、。 6、使用變頻器控制高速電機(jī)時(shí)，由于高速電動(dòng)機(jī)的電抗小，會(huì)產(chǎn)生較多的高次諧波。而這些高次諧波會(huì)使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。 7、 變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)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(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作，否則會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會(huì)造成變頻器損壞。 8、驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器沒(méi)有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所之外。 9、使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤(rùn)滑方式的制約。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，在低速范圍內(nèi)沒(méi)有限制；在超過(guò)額定轉(zhuǎn)速

39、以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤(rùn)滑油用光的危險(xiǎn)。因此，不要超過(guò)最高轉(zhuǎn)速容許值。 10、 變頻器驅(qū)動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)機(jī)繞組的阻抗小，因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過(guò)電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。 11、 變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，與工頻電源相比，會(huì)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(dòng)機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。 12、變頻器驅(qū)動(dòng)潛水泵電動(dòng)機(jī)時(shí)，因?yàn)闈撍秒妱?dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流大， 所以選擇變頻器時(shí)，其額定電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流。 13、當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)

40、或特種風(fēng)機(jī)時(shí)，由于其起動(dòng)電流很大，所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大。 14、選擇變頻器時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級(jí)是否與現(xiàn)場(chǎng)的情況相匹配。否則現(xiàn)場(chǎng)的灰塵、水汽會(huì)影響變頻器的長(zhǎng)久運(yùn)行。 15、單相電動(dòng)機(jī)不適用變頻器驅(qū)動(dòng)。 3.2.2 變頻器主軸伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停止以及旋轉(zhuǎn)方向由繼電器KA1、KA2控制，當(dāng)KA1閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)KA2閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，若KA1、KA2同時(shí)都斷開(kāi)或閉合則電動(dòng)機(jī)停止，也可以定義

41、為KA1控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，KA2控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。變頻器根據(jù)輸入的速度指令和運(yùn)行狀態(tài)指令輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電壓，控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。 圖3-2變頻器主軸伺服驅(qū)動(dòng)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(yīng)不小于回路的工作電壓，即Ue≥Ug 2、低壓電器的額定電流應(yīng)不小于回路的計(jì)算工作電流，即Ie≥Ig 3、設(shè)備的遮斷電流應(yīng)不小于短路電流，即Izh≥Ich 4、熱穩(wěn)定保證值應(yīng)不小于計(jì)算值 5、按回路起動(dòng)情況選擇低壓電器。如，熔斷器和自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)就需按起動(dòng)情況進(jìn)行選擇。 4.2 斷路器的選型 斷路器其保護(hù)裝

42、置由三部部分組成，即過(guò)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(kāi)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(dòng)開(kāi)關(guān)作用又能進(jìn)行短路、過(guò)載、失壓（欠壓）保護(hù)的電器。選用斷路器時(shí)，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(guò)流脫扣器和熱脫扣器的額定電流。其中過(guò)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(guò)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(shí)的尖峰電流，對(duì)于電機(jī)負(fù)載，其斷路器的電流脫扣器的瞬時(shí)脫扣整定電流應(yīng)取電機(jī)允許啟動(dòng)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.

43、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(guò)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(jì)算負(fù)荷電流； 3、斷路器脫扣器額定電流≥線路計(jì)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(duì)地短路電流不小于1.25 倍的自動(dòng)開(kāi)關(guān)瞬時(shí)（或短延時(shí)）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(dòng)機(jī)保護(hù)用自動(dòng)開(kāi)關(guān)的選型 1、長(zhǎng)延時(shí)電流整定值＝電動(dòng)機(jī)額定電流； 2、6 倍長(zhǎng)延時(shí)電流整定值的可返回時(shí)間≥電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間；

44、 3、鼠籠形瞬時(shí)整定電流為8～15 倍脫扣器額定電流；繞線形瞬時(shí)整定電流為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(kāi)大電流電路，其可頻繁接通或斷開(kāi)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(jì)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(yàn)系數(shù)，取1～1.4 4.5 熱繼電器的選型 1、長(zhǎng)期工作或間斷長(zhǎng)期工作電動(dòng)機(jī)熱繼電器的選型 （1）按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)

45、間選擇： tf：熱繼電器在6Ie 下的可返回時(shí)間 td：熱繼電器在6Ie 下的動(dòng)作時(shí)間 （2）按電動(dòng)機(jī)額定電流選擇：Iz＝（0.95～1.05）Ied Iz：熱繼電器整定電流 Ied：電動(dòng)機(jī)額定電流 （3）按斷相保護(hù)要求選擇： 對(duì)于星形接法的電動(dòng)機(jī)，采用三極熱繼電器即可；對(duì)于三角形接法的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采用帶斷相運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)裝置的熱繼電器。 2、反復(fù)短時(shí)工作電動(dòng)機(jī)保護(hù)用熱繼電器的選用 對(duì)于星形接法的電動(dòng)機(jī)，采用三極熱繼電器即可；對(duì)于三角形接法的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采用帶斷相運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)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(kāi)和常閉觸點(diǎn)，其根據(jù)外界輸入的一定電信號(hào)，使

46、其線圈導(dǎo)通，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kāi)關(guān)電器型號(hào)、規(guī)格如表6-1 表6-1主要開(kāi)關(guān)電器型號(hào)、規(guī)格 第五章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 CK6140數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)選型 數(shù)控機(jī)床在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，自動(dòng)地按給定的程序進(jìn)行機(jī)械零件的加工。數(shù)控系統(tǒng)是由程序輸入/輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程序控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成的一個(gè)系統(tǒng)，習(xí)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(bǔ)償、進(jìn)給速度處理、插補(bǔ)、位置控制、I/O

47、處理、顯示機(jī)床狀態(tài)和診斷?，F(xiàn)代CNC裝置采用了高速微處理器、高效CNC體統(tǒng)專用PLC、大容量存儲(chǔ)器、接口芯片、串行總線等，通過(guò)CNC內(nèi)嵌軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)去難以實(shí)現(xiàn)的許多功能，更加便于適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜控制要求，適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)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(gè)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(kuò)大在珠三角與長(zhǎng)三角我國(guó)兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)為數(shù)眾多的民營(yíng)、私營(yíng)中小型加工制造業(yè)企業(yè)所開(kāi)發(fā)的數(shù)控車床，電氣設(shè)計(jì)的目標(biāo)是滿足這類企業(yè)對(duì)機(jī)床電氣高可靠性，高穩(wěn)定型，電氣使用壽命長(zhǎng)等要求。

48、因此，CK6140選用的數(shù)控系統(tǒng)首要應(yīng)具有的優(yōu)點(diǎn)是高經(jīng)濟(jì)性也就是高性能價(jià)格比，其次此數(shù)控系統(tǒng)也應(yīng)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(jiǎn)單方便、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊高集成度、操作方便易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)。 國(guó)外典型的數(shù)控系統(tǒng)有日本的FANUC數(shù)控系統(tǒng)，德國(guó)的SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)等；國(guó)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(gè)系列，而FANUC 0系列應(yīng)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(jī)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FAN

49、UC 0i mate則基本沒(méi)有。所以如果要求不高時(shí)，可使用0i-mate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(chǎng)定位，本項(xiàng)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(jì) 6.1可編程控制器概述 可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化控制裝置，目前已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備。 可編程控制器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種通用工業(yè)控制器。 在此之前，機(jī)床的順序控制是以機(jī)床當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，使機(jī)床按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作依次地工作，這種控制方式的實(shí)現(xiàn)，是由傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路RL

50、C完成的。RLC是將繼電器、接觸器、按鈕、開(kāi)關(guān)等機(jī)電式控制器件用導(dǎo)線、端子等連接起來(lái)的電路，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能。 1969年，美國(guó)DEC 公司研制出世界上第一臺(tái)型號(hào)為“PDP-14”的可編程控制器，在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上使用，獲得了成功。因?yàn)檫@種裝置當(dāng)時(shí)稱為“可編程邏輯控制器”（Programmable Logic Controller），故簡(jiǎn)稱PLC。 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等特定功能的用戶指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？?/p>

51、編程控制器及其輔助設(shè)備都應(yīng)按易于構(gòu)成一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，且它們所具有的全部功能易于應(yīng)用的原則設(shè)計(jì)。 數(shù)控機(jī)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(yùn)算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等； 可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)上的具體要求。 6.1．1可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)： （1）PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機(jī)系統(tǒng)。為了適應(yīng)順序控制的要求，PLC省去了微機(jī)的一些數(shù)字運(yùn)算功能，而強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算控制功能，是一種介于繼電器控制和微機(jī)控制之間的自動(dòng)控制裝置； （2）PLC是專

52、為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的，所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力。除輸入/輸出部分采用光電隔離的措施外，對(duì)電源、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器等也設(shè)置了多種保護(hù)和屏蔽。PLC沒(méi)有繼電器那種機(jī)械觸點(diǎn)，因此，不存在觸點(diǎn)的接觸不良、熔焊、磨損和線圈損壞等故障； （3）相對(duì)于RLC，PLC采用軟件實(shí)現(xiàn)用戶控制邏輯，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)作復(fù)雜的控制邏輯和數(shù)控機(jī)床的機(jī)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(hào)形象直觀、工作原理易于理解和掌握、編程簡(jiǎn)單、操作方便、改變程序靈活； （5）PLC可與編程器、個(gè)人計(jì)算機(jī)等

53、聯(lián)接，可以很方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲(chǔ)和傳送等操作。 6.1.2可編程控制器的組成及工作方式： PLC實(shí)質(zhì)是一種專用計(jì)算機(jī)，它的組成形式基本上與微機(jī)相同，主要包括： 微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、用戶輸入/輸出部分、輸入/輸出擴(kuò)展接口、外圍設(shè)備以及電源等。對(duì)于內(nèi)裝型PLC，CPU、存儲(chǔ)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(shí)刻執(zhí)行一條指令，由于相對(duì)于外部電氣信號(hào)有足夠的執(zhí)行速度，從宏觀上看是實(shí)時(shí)響應(yīng)的。對(duì)用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時(shí)掃描兩種，掃描過(guò)程分為三個(gè)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

54、數(shù)控車床中的PLC系統(tǒng)。 圖9-1 數(shù)控車床中的PLC 6.2 PLC選型及I/O接線圖 FANUC數(shù)控機(jī)床PMC有多種型號(hào)有PLC-A、PLC-B、PLC-C、PLC-D、PLC-G和 PLC-L等多種型號(hào)。根據(jù)控制要求、PLC控制系統(tǒng)選用FANUC的FANUC-PLC-D型號(hào)，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(diǎn) 表9-1 PLC輸入/輸出點(diǎn) 序號(hào) 輸入點(diǎn) 信號(hào)名稱 輸出點(diǎn)及其功能 1、 X8.4 急停信號(hào) G8.4 安

55、全保護(hù) 2、 X5.0 （硬件） 超程信號(hào) G114.0 +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(jī)床鎖住 G44.1 該信號(hào)為1時(shí)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(dòng)作直到再按啟動(dòng)按扭 10、 X4.7 跳步 G44.0 該信號(hào)為1時(shí)開(kāi)始的程序到程 序的結(jié)束為止的信息無(wú)效 12、 X7.4 MEM

56、 G43.0 G43.2 G43.7 G43.1 F3.5 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(dòng)進(jìn)給倍率 F1.1 復(fù)位 R1.0 18、 R10.1 19、 R10.2 20、 R10.3 21、 X8.6 +X G100.0 進(jìn)給軸 +X 方向的選擇 22、 X8.7 -X G10

57、2.0 進(jìn)給軸-X 方向的選擇 25、 X8.1 +Z G100.2 進(jìn)給軸+Z 方向的選擇 26、 X8.2 -Z G102.2 進(jìn)給軸-Z 方向的選擇 27、 X5.5 快速進(jìn)給擇 G19.7 手動(dòng)快速進(jìn)給的選 28、 X5.7 復(fù)位 G8.7 外部復(fù)位 29、 X8.3 刀具補(bǔ)償 G46.3 存儲(chǔ)器保護(hù) 保護(hù)用戶宏變量 G46.4 保護(hù)加工程序 G46.5 保護(hù)PMC 參數(shù) G46.6 30、 X5.4 循環(huán)啟動(dòng) G7.2 F0.5 Y1.0 自保 32、 X7.0 R13.0 R11.2

58、 33、 X7.1 R13.1 34、 X7.2 主軸進(jìn)給倍率 R13.2 35、 X7.3 R13.3 36、 X5.6 手動(dòng)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(dòng)運(yùn)行 R12.5 R12.3 Y0.1 40、 X9.5 主軸停止 G29.6 該信號(hào)為 1 時(shí)以使CNC 執(zhí)行主軸速度控制 6.4 PLC程序設(shè)計(jì)

59、 程序的解釋： 0001： 急停信號(hào) 0002-0003： 機(jī)床停止信號(hào) 0004-0007： 超程信號(hào) 0008： 第一級(jí)程序結(jié)束 0009-0018： 手輪進(jìn)給相關(guān)信號(hào) 0019-0039： 操作方式選擇相關(guān)信號(hào) 0040-0044： 進(jìn)給方向選擇 0045-0050： 手輪進(jìn)給軸選擇 0051： 存儲(chǔ)器的保護(hù) 0052-0054： 循環(huán)啟動(dòng)

60、0055-0057： 進(jìn)給暫停 0058-0062： 跳步 0063-0064： 單步 0065-0069： 自動(dòng)運(yùn)行倍率輸入信號(hào) 0070-0072： 手動(dòng)運(yùn)行倍率輸入信號(hào) 0073-0088： 自動(dòng)運(yùn)行倍率輸出信號(hào) 0089-0101： 手動(dòng)運(yùn)行倍率輸出信號(hào) 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-

61、0109： 復(fù)位信號(hào) 0101-0119： 主軸正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信號(hào) 0120-0127： 刀架正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)信號(hào) 0128-0134： 選擇停止信號(hào) 0135： 變頻器報(bào)警信號(hào) 0136-0140： 故障報(bào)警信號(hào) 0141： 第二 級(jí)程序結(jié)束 第五章 結(jié) 論 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我在對(duì)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(jìn)行了CK6140數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它具有高速、精密、可靠、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

62、是整個(gè)車床的核心部分，主要分為強(qiáng)電回路設(shè)計(jì)、控制回路設(shè)計(jì)、PLC輸入輸出設(shè)計(jì)、伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給設(shè)計(jì)和主軸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)五個(gè)方面，要求繪制出整個(gè)車床的電器原理圖。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，也使我受益非淺，不僅是我了解了一臺(tái)數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)工作原理，更是我學(xué)會(huì)了很多電氣設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，不僅豐富了我自己，而且也彌補(bǔ)了以前學(xué)習(xí)過(guò)程中的漏洞，雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但是收獲頗豐，但是由于時(shí)間的關(guān)系，以及本人的能力有限，此次設(shè)計(jì)中也存在著需要改進(jìn)的地方和不足之處，希望各位老師給與點(diǎn)撥和指教。 致 謝 本設(shè)計(jì)數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作是在裴杰老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的學(xué)業(yè)和畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中無(wú)

63、不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、和老師的熱情關(guān)心和幫助。 在日常學(xué)習(xí)和生活中，我的舍友和班級(jí)同學(xué)都給予了我很大幫助。 我也要感謝我的父母和親人，他們?cè)谖业膶W(xué)業(yè)中給了我莫大的鼓勵(lì)、關(guān)愛(ài)和支持。 最后，向所有關(guān)心和幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！ 衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱我的設(shè)計(jì)數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)和參加答辯的各位老師！ 劉

64、宇航 二?一一年十月 參 考 文 獻(xiàn) [1] 林其駿主編.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng).中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1991 [2] 王永章等編著.機(jī)床的數(shù)字控制技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995 [3] 張寶林主編.數(shù)控技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997 [4] 張柱銀等.數(shù)控原理與數(shù)控機(jī)床.北京：北京化學(xué)工業(yè)出版社，2003 [5] 王愛(ài)玲等.現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng)[M].北京:北京國(guó)防工業(yè)出版社,2001 [6] 李清新主編.伺服系統(tǒng)與機(jī)床電氣控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.9 [7] 王潤(rùn)孝主編. 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向.西安：西北工業(yè)大學(xué)，20

65、07 [8] 楊克沖.數(shù)控機(jī)床電氣控制.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2005 [9] 王德發(fā).數(shù)控機(jī)床電氣控制.上海：上海科技出版社 ，2009 [10] 薛玉霞.數(shù)控機(jī)床可用性關(guān)鍵技術(shù)研究. 吉林：吉林大學(xué)，2009 [11] 田效伍.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [12] 李方園 李亞峰.數(shù)控機(jī)床電氣控制.北京：清華大學(xué)出版社，2004 [13] 楊世成，陳蕊妍；數(shù)控機(jī)床分級(jí)變速機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的確定[M]，中文期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)，廣西輕工業(yè)，2007(6). [14] 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社2003 [15] 李慶余、孟廣耀主編，機(jī)械制造裝備技術(shù)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2008.7 [16] 陳嬋娟參主編，數(shù)控車床設(shè)計(jì)[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2006，12-45p. [17] 許曉暢編著，專用機(jī)床設(shè)計(jì)[M]，重慶大學(xué)出版社，2003.7