畢業(yè)設(shè)計(jì)PL700A四軸立式加工中心電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 摘 要 本設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)加工中心的自動(dòng)化，應(yīng)用機(jī)床電氣控制原理，F(xiàn)ANUC 0i-MD數(shù)控系統(tǒng)控制原理，進(jìn)行PL700A立式加工中心的電氣設(shè)計(jì)。為了給系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試與維修、安裝與連接設(shè)計(jì)等提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，畫出了CNC控制系統(tǒng)的電氣原理圖。本設(shè)計(jì)結(jié)合數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件PMC設(shè)計(jì)、以及數(shù)控加工中心操作面板設(shè)計(jì)等，完成了加工中心的電氣設(shè)計(jì)，繪制了該部分的電氣原理圖。達(dá)到了使本加工中心性能更優(yōu)，性價(jià)比和自動(dòng)化更好的目的。本加工中心的電氣設(shè)計(jì)，主要為加工中心各個(gè)部分提供電能。主要控制的電機(jī)有冷卻電機(jī)、排屑電機(jī)和液壓站電機(jī)等。電路原理圖中使用

2、了許多常用的電氣元器件，如繼電器、接觸器和電磁閥等，以配合軟件共同實(shí)現(xiàn)電路的邏輯控制。 【關(guān)鍵詞】CNC；FANUC；電氣設(shè)計(jì)；加工中心；邏輯控制 Abstract In order to automate the design of machining centers, application machine electrical control principle, FANUC 0i-MD CNC system control principle, the electrical design PL70

3、0A vertical machining centers. In order to give the system software design, system debugging and maintenance, installation and connection design to provide the design basis, draw electrical schematics CNC control system. The design combines CNC machining center control system design, system design s

4、oftware PMC and CNC machining center operator panel design, complete electrical design and processing center, draw an electrical schematic diagram of the portion. Reached so that the machining center performance better, more cost-effective and automation purposes. Electrical this machining center is

5、 designed primarily to provide power to the various parts of the processing center. The main control motor cooling motor, Chip motors and hydraulic station motor. Circuit diagram used in many common electrical components, such as relays, contactors, and solenoid valves to cope with software common l

6、ogic control circuit. 【Key words】CNC；FANUC；Electrical Design；Logic control; machining center II 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………I Abstract ……………………………………………………………………………Ⅱ 1 緒論…………………………………………………………………………………1 1.1 數(shù)控與數(shù)控機(jī)床………………………………………………………………1 1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)……………………

7、……………………………………2 1.3 加工中心研發(fā)的意義…………………………………………………………6 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………………………6 2 PL700A立式加工中心概述…………………………………………………………7 2.1 PL700A立式加工中心簡(jiǎn)介……………………………………………………7 2.2 PL700A立式加工中心的整體構(gòu)成……………………………………………8 2.3 PL700A立式加工中心的工作原理……………………………………………9 2.4 PL700A相關(guān)技術(shù)參數(shù)………………………………………

8、…………………10 3 數(shù)控加工中心主要電氣元器件……………………………………………………12 3.1 數(shù)控機(jī)床常用電氣元件………………………………………………………12 3.2 主要元器件明細(xì)表……………………………………………………………19 3.3 電機(jī)的選型……………………………………………………………………20 4 數(shù)控加工中心的電氣設(shè)計(jì)…………………………………………………………23 4.1 380V強(qiáng)電控制回路……………………………………………………………23 4.2 供電電路………………………………………………………

9、………………25 4.3 部分I/O模塊…………………………………………………………………26 4.4 交流控制回路…………………………………………………………………27 4.5 電源模塊………………………………………………………………………28 結(jié)論……………………………………………………………………………………29 總結(jié)與體會(huì)……………………………………………………………………………30 致謝詞…………………………………………………………………………………31 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………32 附錄………………………………

10、……………………………………………………34 1 緒論 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路制造工藝的飛速發(fā)展，使高性能的微處理器（MPU）在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)得以大規(guī)模的應(yīng)用。然而加工中心正是集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、氣動(dòng)、切削工藝等技術(shù)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。機(jī)械制造技術(shù)和信息技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的機(jī)電一體化系統(tǒng)，是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械研究方向和發(fā)展趨勢(shì)[1]。微機(jī)控制的加工中心和數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多，柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統(tǒng)（FMS）不斷應(yīng)用在機(jī)械加工中，在根本上改變企業(yè)生產(chǎn)面貌。應(yīng)用數(shù)字控制技術(shù)（Numerical Control）的數(shù)控機(jī)床可以高精度、高效率、高速度

11、、高柔性化地加工各種復(fù)雜零部件，正好滿足當(dāng)今快速多變的市場(chǎng)、競(jìng)爭(zhēng)激烈的生產(chǎn)工藝發(fā)展的需要。所以，微機(jī)控制技術(shù)在加工中的應(yīng)用標(biāo)志著機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)代化，是國(guó)家生產(chǎn)能力的標(biāo)志。 1.1數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床 1.1.1 數(shù)控技術(shù) 數(shù)控即數(shù)字控制，它是相對(duì)于模擬控制而言的。數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字量對(duì)機(jī)械加工的走刀運(yùn)動(dòng)的一種智能控制方式。 數(shù)控技術(shù)（CNC，Computerized Numerical Control），它使用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制。運(yùn)用計(jì)算機(jī)按事先存貯編譯好的程序來(lái)對(duì)機(jī)械加工設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡的控制[4]。現(xiàn)在已經(jīng)是采用計(jì)算機(jī)控制，替代了原先的硬件邏輯電路，使輸入操作的各種控

12、制機(jī)能，比如存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等的實(shí)現(xiàn)，都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)處理后，將生成的微觀指令傳送給伺服驅(qū)動(dòng)模塊，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和液壓執(zhí)行元件等動(dòng)作，從而帶動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行。 為了發(fā)展新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和頂尖的工業(yè)，數(shù)控技術(shù)是使能技術(shù)也是最基本的設(shè)備。為了提高制造的水平和能力，全世界各國(guó)已經(jīng)在各行各業(yè)廣泛使用數(shù)控技術(shù)，如機(jī)械制造行業(yè)、汽車行業(yè)、電器行業(yè)、甚至在信息產(chǎn)業(yè)也有涉足。 1.1.2 數(shù)控機(jī)床 數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床，它是一種裝有軟件程序的控制系統(tǒng)。對(duì)機(jī)床的控制是數(shù)控技術(shù)運(yùn)用最廣泛的領(lǐng)域

13、，所以數(shù)控機(jī)床的發(fā)展水平標(biāo)志著目前數(shù)控技術(shù)的性能好壞、技術(shù)水平高低，也決定了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。 在一般的工業(yè)生產(chǎn)中，占絕大多數(shù)的是金屬切削類機(jī)床，如車削類、銑鏜鉆類機(jī)床。所以它也是數(shù)控技術(shù)最常用和使用最廣范的領(lǐng)域。車削加工時(shí)，主運(yùn)動(dòng)是機(jī)床主軸帶動(dòng)工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用于回轉(zhuǎn)體零件的加工切削，這樣的機(jī)床就至少需要兩個(gè)基本運(yùn)動(dòng)，即徑向和軸向運(yùn)動(dòng)。所以需要兩個(gè)基本的運(yùn)動(dòng)軸X/Z。同理，運(yùn)動(dòng)銑鏜鉆類機(jī)床因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)和零件的空間運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬加工的。所以這樣的機(jī)床就至少需要三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，即X/Y/Z軸。為此，數(shù)控生產(chǎn)廠家就將數(shù)控系統(tǒng)分為了兩大系列，即M系列的CNC 至少具有3軸，用于銑鏜鉆類

14、的控制。而T系列的CNC就至少具有2軸，用于車削類控制。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，人們對(duì)數(shù)控技術(shù)也提出了更高的要求，如復(fù)合車銑加工、FMC等先進(jìn)技術(shù)也得到普及。數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)和給生產(chǎn)帶來(lái)的方便將越來(lái)越突出。 1.1.3 數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的基本構(gòu)成和構(gòu)成原理如下圖。 工作臺(tái) 主軸箱 換刀裝置 刀庫(kù) 液壓系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng) 潤(rùn)滑系統(tǒng) 氣動(dòng)系統(tǒng) 其他 數(shù) 控 裝 置 伺服 電機(jī) 伺服裝置 主軸控制 主軸 電機(jī) 強(qiáng) 電 柜 和 P M C 操作盤 圖

15、1-1 數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的組成 1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 在社會(huì)在不斷發(fā)展中，人們?cè)跈C(jī)械加工中，發(fā)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床任然存在的一些問(wèn)題，所以對(duì)數(shù)控機(jī)床提出了更高的要求。以下是數(shù)控機(jī)床未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 1．更高精度、更高速度 數(shù)控機(jī)床的精度和速度是決定其加工能達(dá)到的精度和加工效率的兩個(gè)重要因素，所以許多的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)和研發(fā)企業(yè)都在精度和速度上下功夫。現(xiàn)在的一般數(shù)控機(jī)床的精度已經(jīng)可以達(dá)到5μm,在一些超精密加工中精度已經(jīng)可以達(dá)到納米級(jí)了。 為了提高加工速度，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始使用電主軸和直線電機(jī)了，這樣的電機(jī)，大大提高了其加工效率和加工速度。尤其是直線電機(jī)，可以直接將電

16、能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌等作直線運(yùn)動(dòng)，而克服了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，必須通過(guò)齒輪減速器，驅(qū)動(dòng)絲桿等作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在由絲桿螺母副帶動(dòng)導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的方式，在減速器和絲桿螺母副等處會(huì)產(chǎn)生機(jī)械能的損耗以及傳動(dòng)誤差。當(dāng)然速度也就達(dá)不到很高。而電主軸和直線電機(jī)可以更加直接地傳遞能量和速度，所以這樣的電機(jī)大大提高了數(shù)控機(jī)床的機(jī)械效率和加工速度。 圖1-2 高精度加工 2．實(shí)時(shí)智能化 今后的數(shù)控機(jī)床將具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一些參數(shù)的功能，并對(duì)這些參數(shù)的變化進(jìn)行最快速的監(jiān)測(cè)，從而作出及時(shí)反映，人工智能地分析引起這些參數(shù)變化的機(jī)床內(nèi)部原因和外界環(huán)境的變化。從而向CNC發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，及時(shí)調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)變化到能使加工

17、環(huán)境和加工工程處于最優(yōu)的狀態(tài)。而數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)智能化，是依托于智能控制理論的不斷發(fā)展，尤其是近幾年的快速發(fā)展。在神經(jīng)控制、模糊控制、前饋控制等控制領(lǐng)域的發(fā)展推進(jìn)了數(shù)控技術(shù)智能化的實(shí)現(xiàn)。 3．高柔性化和多主軸加工 數(shù)控機(jī)床柔性化的目的是提高加工工藝和機(jī)床使用效率。最終將達(dá)到在人為設(shè)置好程序后，可以長(zhǎng)時(shí)間無(wú)需人看管，而穩(wěn)定、安全、可靠地加工生產(chǎn)零件。它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝卸零件，自動(dòng)換刀，可以在一次裝夾過(guò)程中實(shí)現(xiàn)多個(gè)工序的加工。相比較傳統(tǒng)的加工方式，極大地減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備更大的自動(dòng)化。而且以往，在裝卸過(guò)程、人為換刀等過(guò)程中，機(jī)床要么空轉(zhuǎn)，要么停止，而現(xiàn)在的柔性加工可以節(jié)省這其

18、中的時(shí)間，加大了數(shù)控機(jī)床的使用效率，也提高了生產(chǎn)效率，更加經(jīng)濟(jì)高效。 多主軸加工，解決了傳統(tǒng)的單主軸的許多問(wèn)題。傳統(tǒng)的但主軸加工，只能在工件的一個(gè)方向上切削或者磨銑等。所以對(duì)于復(fù)雜零件，需要較多加工工序的就只有反復(fù)裝卸，在人工方面，需要多次地裝夾又拆卸。而如果這個(gè)零件的每個(gè)面的加工量很小，即工序很簡(jiǎn)單，那么工人就要不停地裝卸零件，使其加工面處于主軸刀具可以加工的地方。為了解決這樣的問(wèn)題，多主軸的數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生，它可以實(shí)現(xiàn)工件在一次裝夾后可以完成多道工序，還有個(gè)好處是，這幾個(gè)主軸在不相互干擾的情況下可以同時(shí)完成各自的加工工序，這樣就極大地提高了生產(chǎn)效率和減少了人的勞動(dòng)強(qiáng)度。這樣的機(jī)床還有個(gè)好

19、處是——因?yàn)槭且淮窝b夾實(shí)現(xiàn)多道工序，所以如果對(duì)刀和參考點(diǎn)選擇無(wú)誤的話，就可以提高加工精度，而傳統(tǒng)的多次裝夾必然會(huì)存在許多對(duì)刀和參考原點(diǎn)的誤差?？偠灾?，多主軸機(jī)床的誕生，為機(jī)械加工的速度、精度、加工效率和經(jīng)濟(jì)性等方面的提高都起到很大的促進(jìn)作用。 圖1-3 多主軸機(jī)床 4．多軸并聯(lián)驅(qū)動(dòng) 在機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)中，可以將機(jī)械結(jié)構(gòu)分為串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)。而傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備多是使用串聯(lián)機(jī)構(gòu)，因?yàn)榇?lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備比較好生產(chǎn)和控制，編程也較為方便，對(duì)那些機(jī)械關(guān)節(jié)也可以很好的控制。比如我們生活中常見(jiàn)的吊車、機(jī)械手臂、挖掘機(jī)以及一些日常使用的小刀等都是采用的串聯(lián)機(jī)構(gòu)。然而這樣的機(jī)構(gòu)卻存在它的一些弊端，

20、比如運(yùn)動(dòng)控制不夠精確，采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)的加工中心在加工零件時(shí)容易發(fā)生抖動(dòng)，即精度差。所以不得不將床身做得非常笨重，增加其材料等。而并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化了，顧名思義，并聯(lián)機(jī)構(gòu)就是有許多并聯(lián)的機(jī)械關(guān)節(jié)組成的機(jī)構(gòu)，它的機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是運(yùn)動(dòng)的控制卻非常復(fù)雜。它不像串聯(lián)機(jī)構(gòu)只需控制各個(gè)分離的結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)，就可以達(dá)到我們需要的運(yùn)動(dòng)軌跡。并聯(lián)機(jī)構(gòu)必須同時(shí)控制相并聯(lián)的多個(gè)機(jī)械關(guān)節(jié)，共同完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，刀具才能在走出我們需要的運(yùn)動(dòng)軌跡，才能加工零件，完成各種復(fù)雜形體零件的加工要求。所以并聯(lián)機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床必然依托于復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。相比較于串聯(lián)機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如精度提高了，剛度提高

21、了，加工速度提高了，最重要的是它可以很靈活地加工零件。因此，在新的機(jī)械加工發(fā)展環(huán)境下，這樣的機(jī)床必將慢慢地取代傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)式數(shù)控機(jī)床。 圖1-4 多軸并聯(lián)驅(qū)動(dòng)機(jī)床 5．網(wǎng)絡(luò)化 21世紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入了信息化時(shí)代，運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制和操作機(jī)床也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。為了使數(shù)控機(jī)床更加自動(dòng)化的生產(chǎn)加工，數(shù)控機(jī)床正在向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)將標(biāo)志著，機(jī)床可以更加柔性化地生產(chǎn)，并可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程診斷和維修。使每一臺(tái)數(shù)控機(jī)床與PC機(jī)相聯(lián)，人們就可以更好地更加便捷地控制機(jī)床完成加工生產(chǎn)了。 圖1-5 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床 1.3 加工中心研發(fā)的意義

22、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展與人民的生產(chǎn)生活都息息相關(guān)，數(shù)控技術(shù)將會(huì)給機(jī)械加工領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變革。數(shù)控技術(shù)會(huì)涉及許多的知識(shí)，于是對(duì)它的研究將會(huì)展示人們現(xiàn)在的科學(xué)文化發(fā)展水平，更是與外國(guó)的比較。落后就要挨打，許多科技強(qiáng)國(guó)將許多高科技技術(shù)封鎖。所以我國(guó)必將研究好數(shù)控技術(shù)，也是為了一種國(guó)防安全。數(shù)控技術(shù)是一種高精尖技術(shù)，需要各個(gè)部門行業(yè)的相互配合，共同完成更高技術(shù)的研發(fā)。朝著性能更優(yōu)的方向發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床正真完全更好地服務(wù)人類。 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)來(lái)源于成都普瑞斯數(shù)控機(jī)床有限公司的實(shí)際開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。要求應(yīng)用機(jī)床電氣控制原理，數(shù)控系統(tǒng)控制原理，進(jìn)行PL700A立式加工中心的電氣設(shè)計(jì)。機(jī)床主要參數(shù)：

23、主軸最高轉(zhuǎn)速8000r/min，無(wú)級(jí)調(diào)速；主軸錐度：No.40；X/Y/Z行程：700/410/545（mm）；工作臺(tái)面積：4201000（mm），最大承重：600Kg；切削進(jìn)給速度：2-20000mm/min, X、Y軸快速移動(dòng)速度:32(m/min), Z軸：20(m/min)。 具體要求如下： 1）圍繞畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告； 2）收集與畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)有關(guān)的國(guó)外資料，完成外文資料翻譯，譯文不少于3000字； 3）熟悉PL700A四軸立式加工中心的主要功能及控制要求； 4）了解PL700A四軸立式加工中心的工作原理； 5）完成機(jī)床強(qiáng)電部分的電氣

24、設(shè)計(jì)，并繪制該部分的電氣原理圖； 6）完成相應(yīng)的保護(hù)電路設(shè)計(jì)； 7）撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 2 PL700A立式加工中心概述 加工中心是在數(shù)控機(jī)床上演化而來(lái)的，將數(shù)控機(jī)床配上自動(dòng)換刀裝置，和一些自動(dòng)化設(shè)備，就成為了加工中心。加工中心可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)械零件的一次裝夾中，進(jìn)行多道工序的加工處理。人們只需將加工過(guò)程用機(jī)床專用的程序表達(dá)出來(lái)，并在數(shù)控機(jī)床的操作面板上鍵入或者用移動(dòng)存儲(chǔ)器傳輸進(jìn)機(jī)床的CNC系統(tǒng)，機(jī)床就可以按照程序的要求進(jìn)行一些操作了。比如可以實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)，冷卻液的開(kāi)啟，自動(dòng)換刀具，X/Y/Z軸的動(dòng)作，并且這些軸的聯(lián)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工了。所以加工中心是一種高度自動(dòng)化的產(chǎn)品，在

25、許多行業(yè)都得到廣泛地應(yīng)用。相比較以前普通機(jī)床，無(wú)論在加工精度還是加工效率以及經(jīng)濟(jì)性都得到很大改善。極大地代替了人的勞動(dòng)。以前的零件加工完全靠工人的手工操作，其精度的保證也是憑人的眼睛和經(jīng)驗(yàn)及熟練程度，對(duì)工人的素質(zhì)要求比較高，不利于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的普及。現(xiàn)在的加工中心可以讓其連續(xù)進(jìn)行復(fù)雜反復(fù)的工作，適合大批量的生產(chǎn)，減輕了人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了加工精度等。 2.1 PL700A立式加工中心簡(jiǎn)介 PL700A立式加工中心是成都普瑞斯數(shù)控機(jī)床有限公司引進(jìn)歐美先進(jìn)技術(shù)，針對(duì)現(xiàn)代自動(dòng)加工工藝特點(diǎn)，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)，精心研發(fā)的機(jī)電一體化數(shù)控產(chǎn)品。它的優(yōu)勢(shì)在于將國(guó)際先進(jìn)的自動(dòng)加工技術(shù)成功地應(yīng)用于中

26、國(guó)的機(jī)械加工行業(yè)，對(duì)提高我國(guó)的機(jī)械加工工藝水平產(chǎn)生了明顯的促進(jìn)作用，在航天、航空、兵工、汽車摩托車、核工業(yè)、鐵道等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用之后，達(dá)到了用略高于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品價(jià)格的投入取得進(jìn)口國(guó)際先進(jìn)設(shè)備的效果，因此具有良好的性能價(jià)格比。 所謂加工中心，是指在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上加上刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置或多個(gè)工作臺(tái)，集合銑床、鏜床、鉆床于一體，并由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工的需要，自動(dòng)有選擇刀具和合適的主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給量，依次完成零件的所有加工過(guò)程。由此可看出加工中心的優(yōu)越性，它可以縮短零件加工的時(shí)間，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，適用于零件形狀比較復(fù)雜的，精度要求比較高的，加工工序比較多的小批量生產(chǎn)。 P

27、L700A立式加工中心是成都普瑞斯數(shù)控機(jī)床有限公司主要的產(chǎn)品，也是比較實(shí)用的機(jī)械零部件生產(chǎn)的產(chǎn)品。它的結(jié)構(gòu)緊湊，外觀美觀，功能強(qiáng)大，調(diào)試方便，所以得到許多客戶的青睞。其技術(shù)參數(shù)如表，可以根據(jù)表的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行主軸電機(jī)和伺服電機(jī)等的計(jì)算和選型?？蛻艨梢愿鶕?jù)其精度來(lái)選擇，PL700A的精度可以達(dá)到8μm級(jí)。 圖2-1為PL700A立式加工中心外觀圖。 圖2-1 PL700A立式加工中心外觀圖 2.2 PL700A立式加工中心的整體構(gòu)成 PL700A與一般的加工中心一樣，都由基礎(chǔ)部件、主軸部件、伺服系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)（CNC）、自動(dòng)換刀系統(tǒng)（ATC）、輔助裝置等組成?，F(xiàn)分別介紹介紹如下

28、： 1．基礎(chǔ)部件 基礎(chǔ)部件由床身、立柱和工作臺(tái)組成，是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，主要承受加工中心的靜載荷和切削負(fù)載，因此對(duì)它的剛度要求比較大，所以P7800A的基礎(chǔ)部分用鑄鐵制造?；A(chǔ)部件的合理的布局才能夠使數(shù)控機(jī)床的整個(gè)結(jié)構(gòu)更加緊湊和實(shí)用，同時(shí)也使數(shù)控機(jī)床整體看起來(lái)更加美觀。 2．伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)指的是機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，主要是把數(shù)控系統(tǒng)的信號(hào)傳到伺服電機(jī)，控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到所需要的運(yùn)動(dòng)。它對(duì)機(jī)床來(lái)說(shuō)是一個(gè)很關(guān)鍵的指標(biāo)，直接影響到零件的加工精度。伺服系統(tǒng)又分為開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。加工中心普遍對(duì)精度要求比較高，多為半閉環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)。PL700A是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

29、 3．?dāng)?shù)控系統(tǒng)（CNC） PL700A的數(shù)控系統(tǒng)采用的是FANUC數(shù)控系統(tǒng)，由CNC裝置、電源模塊、主軸模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊以及MDI等組成。它相當(dāng)于人的大腦，是一個(gè)控制中心。數(shù)控機(jī)床的所有動(dòng)作全部由它來(lái)進(jìn)行控制。 4．主軸部件 主軸部件由主軸、主軸箱、主軸軸承和主軸電動(dòng)機(jī)等組成。所有動(dòng)作由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸電機(jī)動(dòng)作。通過(guò)主軸的上下移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)加工。主軸部件的好壞對(duì)零件最后的形成有重要的影響。 5．自動(dòng)換刀系統(tǒng)（ATC） 換刀系統(tǒng)由刀庫(kù)和機(jī)械手等組成。需要換刀時(shí)，在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到刀具附近，取下刀具，然后運(yùn)動(dòng)到刀庫(kù)附近，將刀

30、具裝入到相應(yīng)的刀庫(kù)中，機(jī)械手在從刀庫(kù)中取出所需要的刀具，然后裝入主軸孔中，就完成了整個(gè)換刀的過(guò)程。 6．輔助裝置 輔助部分有冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。這些都對(duì)機(jī)床起保護(hù)作用，對(duì)機(jī)床能否長(zhǎng)久健康的工作，起到了很大的作用，是任何一個(gè)機(jī)床不可或缺的一部分。 2.3 PL700A立式加工中心的工作原理 機(jī)械加工是由切屑的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一起完成的。控制主運(yùn)動(dòng)以得到合適的切屑速度，控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以得到各種不同的加工表面。數(shù)控機(jī)床加工，就是把刀具與工件的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)分割成最小位移量，根據(jù)加工程序的要求，數(shù)控系統(tǒng)使一個(gè)個(gè)最小量疊加起來(lái)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制，從而完成零件的加

31、工。 圖2-2 機(jī)床加工運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)用二維空間的曲線來(lái)說(shuō)明數(shù)控機(jī)床的加工方法。如圖所示如圖2-2，要加工曲線L的零件，要求刀具加工出曲線L。將L分割成一段一段的距離很小直線中L0、L1、L2所示。，當(dāng)直線與曲線弧的誤差δ很小時(shí)，在誤差允許的情況下，可認(rèn)為此時(shí)加工的直線就接近了曲線。由數(shù)控系統(tǒng)控制，計(jì)算和分配，通過(guò)△X和△Y的合成，不斷控制刀具連續(xù)運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需要的曲線。 插補(bǔ)技術(shù)真是實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)

32、的核心技術(shù)。根據(jù)零件輪廓的已知點(diǎn)，在按照系統(tǒng)的各個(gè)速度要求及相關(guān)參數(shù)，從而計(jì)算出中間點(diǎn)位置坐標(biāo)的位置，這就是插補(bǔ)，插補(bǔ)就是分割，把直線分割成一段一段的最小位移量，也叫脈沖當(dāng)量。插補(bǔ)運(yùn)算具有實(shí)時(shí)性，它的運(yùn)算速度和精度直接影響到加工精度。 2.4 PL700A相關(guān)技術(shù)參數(shù) 通過(guò)在普銳斯數(shù)控機(jī)床有限公司的參觀學(xué)習(xí)，以及查閱相關(guān)技術(shù)手冊(cè)，現(xiàn)將PL700A的主要技術(shù)參數(shù)如下列出： 1 工作臺(tái)相關(guān)參數(shù) 1） 工作臺(tái)面積 4201000 mm 2） T型槽 5-18100 3） 工作臺(tái)最大承重 600kg 2 行程相關(guān)參數(shù) 1） X坐標(biāo)（縱向）行程 700mm 2）

33、Y坐標(biāo)（橫向）行程 410 mm 3） Z坐標(biāo)（垂向）行程 550 mm 4） 主軸端面到工作臺(tái)表面距離 125-675 mm 5） 主軸中心線到立柱導(dǎo)軌表面距離 468mm 3 主軸相關(guān)參數(shù) 1） 主軸轉(zhuǎn)速范圍 40-8000 rpm 2） 主軸孔錐度 BT40 3） 主軸電機(jī)功率 7.5/11 kW 4 進(jìn)給相關(guān)參數(shù) 1） 進(jìn)給伺服電機(jī)扭矩 X、Y：32m/min Z：20m/min 2） X、Y軸快速移動(dòng) 32 m/min 3） Z軸快速移動(dòng) 20 m/min 4） 切削進(jìn)給速度（X、Y、Z） 2-20000 mm/min

34、5 刀庫(kù) 1） 刀庫(kù)形式 斗笠 2） 刀庫(kù)容量 22把 3） 最大刀具直徑 Φ75（80） mm 4） 最大刀具長(zhǎng)度 250（300） mm 5） 最大刀具重量 6（8） kg 6） 換刀時(shí)間 約5.5（2.8） sec(T-T) 7） 選刀方式 最短路徑（預(yù)選） 6 動(dòng)力源相關(guān)參數(shù) 1） 機(jī)床電氣總?cè)萘?214kVA 2） 氣壓要求 5.5 bar 3） 冷卻泵流量 66 L/min 7 機(jī)床尺寸相關(guān)從參數(shù) 1） 機(jī)床外型尺寸 210022652560 2） 機(jī)床重量（約） 4200 kg 3） 機(jī)床防護(hù)罩 全封閉 8

35、精度相關(guān)參數(shù) 1） X、Y、Z定位精度（ISO230-2全長(zhǎng)） 0.008 mm 2） X、Y、Z重復(fù)定位精度（ISO230-2） 0.004 mm 3 數(shù)控加工中心主要元器件 3.1 數(shù)控機(jī)床常用電氣元件 1．低壓斷路器 低壓斷路器一被稱為空氣開(kāi)關(guān)或者空氣開(kāi)關(guān)，是非常普遍使用的保護(hù)電器。它的操作簡(jiǎn)便，并且工作性能可靠，在電機(jī)等用電設(shè)備出現(xiàn)故障或電路出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)有效的斷開(kāi)電路，起到很好的保護(hù)作用?？諝忾_(kāi)關(guān)有許多型號(hào)和品種，這里僅說(shuō)明幾種常用的。 （1）塑料外殼的空氣開(kāi)關(guān) 圖3-1 塑料

36、外殼式的外形圖、電氣圖形及文字符號(hào)說(shuō)明 這種斷路器一般用在不太頻繁啟停的場(chǎng)合，它可以承載比較大的電流，分?jǐn)嗄芰头謹(jǐn)囔`敏度較高。 （2）小型的空氣開(kāi)關(guān) 圖3-2 小型空氣開(kāi)關(guān)的外形圖、電氣圖形及文字符號(hào) 這種空氣開(kāi)關(guān)是在機(jī)床上最常用的。它用在電機(jī)的控制中，在電機(jī)或者其它原因引起的故障時(shí)能很好地保護(hù)電機(jī)不受到損傷。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也使用這種斷路器，用來(lái)控制電路的通斷?？諝忾_(kāi)關(guān)的選擇有如下要求和公式。電路圖中對(duì)空氣開(kāi)關(guān)的選擇即遵循下面的要求和計(jì)算。 斷路器的選擇： 斷路器所能承受的電壓和電流應(yīng)該大于或等于它所控制的線路所有電器和設(shè)備同時(shí)工作時(shí)的總電壓和總電流。

37、 在選用斷路器時(shí)，其脫扣器額定電流應(yīng)按下列公式計(jì)算： 第一個(gè)公式適用于一臺(tái)電機(jī)的計(jì)算。k是安全系數(shù)，一般可取1.5~1.7。是電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)的電流。 第二個(gè)公式適用于多個(gè)電機(jī)的情況。是功率最大的電機(jī)的起動(dòng)電流，為其他電機(jī)的額定電流。 2. 接觸器[39] 接觸器常與繼電器聯(lián)合使用，以控制電路的分?jǐn)嗪烷]合。由于接觸器可以帶很大的負(fù)載，所以可以直接控制電機(jī)等負(fù)載。它的分?jǐn)嗄芰^強(qiáng)，具有常開(kāi)和常閉兩種觸點(diǎn)，可以很好的實(shí)現(xiàn)電路的邏輯控制。接觸器的種類很多，但其工作原理相似。

38、本次設(shè)計(jì)選用的接觸器為交流接觸器，其基本原理是電磁感應(yīng)原理。當(dāng)接觸器的鐵芯通電后，會(huì)將其常開(kāi)觸點(diǎn)吸合，將常閉觸點(diǎn)釋放，就可以控制電路了。 選擇接觸器時(shí)需要知道其控制的電機(jī)的額定功率，從而推算出接觸器需要的額定電流。對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員，有許多小技巧可以很快地選出所需接觸器。 以下是所選交流式接觸器的外觀和圖形符號(hào)： 圖3-3(a) 交流接觸器的外觀圖 吸引線圈 常開(kāi)觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn) 圖3-3(b) 交流接觸器的電氣符號(hào)及文字符號(hào) 3．繼電器 繼電器和接

39、觸器相似，只不過(guò)它是控制小電流回路，而且由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它的基本工作原理也不僅僅局限于電磁感應(yīng)。繼電器的輸入信號(hào)也不僅僅是電流或電壓，還可以是溫度、壓力、速度和液位信號(hào)等。當(dāng)然其工作原理也就不相同了。比如溫度繼電器就是利用的有些受熱金屬會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生變形。 在本次設(shè)計(jì)中，繼電器的輸入信號(hào)是直流電壓，所以屬于電磁式的。使用PCB板上嵌入的小繼電器的動(dòng)和或者動(dòng)斷觸點(diǎn)來(lái)控制接觸器線圈和電磁閥的得電和失電，即是應(yīng)用了弱電控制強(qiáng)電的思想，這樣既可以保護(hù)電路又能防止觸電危險(xiǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)軟件控制邏輯的通斷電。下面是幾種繼電器的介紹： （1） 電磁式的繼電器，如圖3-4(a)、3-4(b

40、)所示 電磁式的繼電器的工作原理與接觸器相似，只不過(guò)繼電器不能直接控制強(qiáng)電電路，所以往往繼電器和接觸器聯(lián)合使用，用繼電器的觸點(diǎn)來(lái)控制接觸器線圈，再由接觸器線圈去控制接觸器的觸點(diǎn)，這個(gè)觸點(diǎn)采取接通或者斷開(kāi)強(qiáng)電部分的電路。 圖3-4（a） 電磁原理繼電器外形圖 吸引線圈 常開(kāi)觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn) 圖3-4（b） 電磁原理繼電器電氣符號(hào)和文字符號(hào) （2）時(shí)間繼電器 如圖3-5所示 時(shí)間繼電器多用于一些需要定時(shí)的場(chǎng)合。比如本設(shè)計(jì)的潤(rùn)滑泵，需要啟動(dòng)一定時(shí)間后，又暫停一段時(shí)間，之后再啟動(dòng)，如此反

41、復(fù)。而如果要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就必須設(shè)置兩個(gè)時(shí)間繼電器來(lái)控制啟動(dòng)時(shí)間和暫停時(shí)間。現(xiàn)在多數(shù)采用的是電子控制時(shí)間，使用的是撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)所需要的時(shí)間。還有一種是數(shù)字式的，這種時(shí)間繼電器會(huì)更加精確的延時(shí)，具有許多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)為廣大用戶所使用。 時(shí)間繼電器的外觀圖和電氣圖形符號(hào)如圖： 圖3-5（a） 電子式時(shí)間繼電器 圖3-5(b) 時(shí)間繼電器電氣圖形及文字符號(hào) （3）熱繼電器 如圖3-6(a)、3-6(b)所示 熱繼電器是利用某些金屬元件在受熱過(guò)程中會(huì)變形的原理而工作的，它串聯(lián)在電機(jī)等回路中，可以長(zhǎng)期起過(guò)載保護(hù)。 而有些電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)運(yùn)

42、行和經(jīng)常啟動(dòng)和停止，這是就不宜使用熱繼電器來(lái)保護(hù)電路過(guò)載。因?yàn)殡姍C(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電流，可能會(huì)使熱繼電器斷開(kāi)。 圖3-6(a) 熱繼電器外形圖 圖3-6(b) 熱繼電器電氣圖形及文字符號(hào) 4. 變壓器 變壓器指可以將交流的壓的電壓值改變，而其頻率仍然相同。 PL700A加工中心有一個(gè)獨(dú)立的較大的變壓器是將三相380V的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿?00V的交流電壓，以供一些電機(jī)和電路使用。機(jī)床上常用以下的變壓器。 （1）控制機(jī)床的變壓器 如圖3-7(a)、3-7(b)所示 它用于輸入端的電壓不超過(guò)660V，頻率為50Hz～60Hz?？梢詫⑦@樣的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)床需要的一些

43、電壓值，比如用于電柜的燈和機(jī)床上其它照明燈的供電，還可以用于一些控制回路的供電，比如為電磁閥和接觸器線圈供電等。 圖3-7(a) 機(jī)床控制變壓器外形圖 圖3-7(b) 雙繞組變壓器電氣圖形及文字符號(hào) （2）三相變壓器 如圖3-8(a)、3-8(b)所示 三相變壓器主要用于三相交流電的變壓，主要為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等供電。常常將它獨(dú)立出來(lái)，做成一個(gè)單獨(dú)的模塊，安裝在數(shù)控機(jī)床的床身上，輸入和輸出都有相應(yīng)的接線電路。 圖3-8(a) 三相變壓器外形圖 圖3-8(b) 三相變壓器電氣圖形及文字符號(hào) 5．直流穩(wěn)壓電源 如圖3-9(a)、3-9(b)所示 本設(shè)

44、計(jì)的加工中心使用了兩個(gè)直流穩(wěn)壓電源，它是將變壓器轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)的220V交流電，轉(zhuǎn)變?yōu)?4V的直流電，主要為電源模塊、主軸驅(qū)動(dòng)模塊、X/Y軸驅(qū)動(dòng)模塊、四軸驅(qū)動(dòng)模塊、I/O模塊等模塊供電，也為一些指示燈和直流繼電器供電。 圖3-9(a) 開(kāi)關(guān)電源外形圖 圖3-9(b) 直流穩(wěn)壓電源電氣圖形及文字符號(hào) 6． 開(kāi)關(guān)電器 （1）行程開(kāi)關(guān) 如圖3-10(a)、3-10(b)所示 行程開(kāi)關(guān)是為了控制X/Y/Z軸等的移動(dòng)范圍，當(dāng)這些軸的位置以達(dá)到極限位置時(shí)就必須停止軸的運(yùn)動(dòng)，否則將會(huì)撞上機(jī)身而損壞機(jī)床甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。所以一般的機(jī)床常采用三種方式同時(shí)進(jìn)行行程控制和保護(hù)。第一軟件限位，機(jī)床上安

45、裝有檢測(cè)軸位置的元件，如光柵編碼器，當(dāng)軸達(dá)到極限位置時(shí)，通過(guò)軟件控制的方式控制軸停止動(dòng)作。第二限位開(kāi)關(guān)，在機(jī)床軸的極限位置安裝有限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)軸達(dá)到那個(gè)位置時(shí)，將會(huì)觸及限位開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)，限位電路將接通而使軸停止運(yùn)動(dòng)。第三死擋板，這是為了防止軟限位和行程開(kāi)關(guān)都失效的時(shí)候，最后一道防線，防止軸上的螺母與機(jī)床床身相撞，也是防止工作臺(tái)與床身相撞。 圖3-10(a) 行程開(kāi)關(guān)外形圖 圖3-10(b) 行程開(kāi)關(guān)電氣圖形及文字符號(hào) （2）接近開(kāi)關(guān) 如圖3-11(a)、3-11(b)所示 這是用于檢測(cè)物體移動(dòng)位置的開(kāi)關(guān)，而不需要直接接觸物體。它的原理有霍爾效應(yīng)、光電、超聲波等。這次

46、為了檢測(cè)四軸的夾緊與松開(kāi)等用到了將近開(kāi)關(guān)。在其它不便于接觸的場(chǎng)合經(jīng)常使用接近開(kāi)關(guān)。但由于它是非接觸式的，所以相比較限位開(kāi)關(guān)其靈敏度和準(zhǔn)確度較低。 圖3-11(a) 接近開(kāi)關(guān)外形圖 圖3-11(b) 接近開(kāi)關(guān)電氣圖形及文字符號(hào) 3.2 主要元器件明細(xì)表 本設(shè)計(jì)還是用了壓力開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)等。由3.2所介紹的低壓元器件和實(shí)際的加工中心，對(duì)一些主要元器件選型如表3-1。 表3-1 主要元器件明細(xì)表 代號(hào) 名稱 型號(hào) 規(guī)格 件數(shù) QF1 斷路器 DZ47-60 3P 60A 1 QF2 斷路器 DZ47-60 3P 3A 1 QF3 斷

47、路器 DZ47-60 3P 3A 1 QF4 斷路器 DZ47-60 3P 5A 1 QF5 斷路器 DZ47-60 2P 10A 1 QF6 斷路器 DZ47-60 3P 5A 1 QF7 斷路器 DZ47-60 3P 5A 1 QF8 斷路器 DZ47-60 2P 1A 1 QF9 斷路器 DZ47-60 3P 32A 1 續(xù)表3-1 代號(hào) 名稱 型號(hào) 規(guī)格 件數(shù) QF10 斷路器 DZ47-60

48、2P 1A 1 QF11 斷路器 DZ47-60 1P 1A 1 QF12 斷路器 DZ47-60 1P 3A 1 QF13 斷路器 DZ47-60 1P 5A 1 QF14 斷路器 DZ47-60 1P 5A 1 QF15 斷路器 DZ47-60 2P 10A 1 KM1 接觸器 3TF46 380V 1 KM2 接觸器 3TF46 220V 1 KM3 接觸器 3TF46 220V 1 KA1-KA16 繼電器 HJR-21FF-S-2 24VDC 16 TC1 變壓器 SG-400KVA

49、 380V-200V 1 TC2 變壓器 SG-100KVA 380V-220/110V 1 TC3 變壓器 BK-50 380V-220V 1 PSU1-PSU2 24V直流電源 ADD-2460D 24VDC 2 EL1 電柜燈 RH025 220V 1 EL2 機(jī)床工作燈 DEJY37-4 36W 1 EL3 松刀燈 DEJY37E-3 24W 1 YV0-YV3 電磁閥 SY5120 110V 4 SQ 接近開(kāi)關(guān) LW18BF05DLOY 24VDC 6 SL 液位開(kāi)關(guān) YH300 24VDC

50、2 SP 壓力開(kāi)關(guān) MC2010-D 24VDC 3 SQ 行程開(kāi)關(guān) LZ7312 220V 1 3.3 電機(jī)的選型 3.3.1伺服電機(jī) 本加工中心選用αi系列伺服電動(dòng)機(jī)，αi系列電機(jī)是FANUC高性能的伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。它具有可靠性很高和加減速性能優(yōu)異的特點(diǎn)，其最高轉(zhuǎn)速在6000r/min左右，最大輸出轉(zhuǎn)矩在500N*m,常用在高速、高精度的加工中心伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中。[4] αi系列外觀圖片如圖3-12所示。 圖3-12 αi系列伺服電機(jī)外觀圖 αi系列電機(jī)按電樞電壓等級(jí)可分為標(biāo)準(zhǔn)型200V和高壓型400V兩大類。在結(jié)構(gòu)特性上，可分為αiS和

51、αif兩大類。αiS電機(jī)是最常用的電機(jī)產(chǎn)品，它的規(guī)格很多，在工業(yè)機(jī)器人、印刷、紡織等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。αiF系列是日本FANUC公司最近推出的中等慣量伺服電機(jī)，它主要用在大中型加工中心和數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)以及冶金和工程機(jī)械等行業(yè)負(fù)載具有中大慣量的驅(qū)動(dòng)中。 在實(shí)際應(yīng)用中，αi系列電機(jī)配套使用了編碼器，以實(shí)現(xiàn)高精度的位置檢測(cè)。還可以在電機(jī)內(nèi)部置制動(dòng)器。 本次設(shè)計(jì)的加工中心采用αiF系列電機(jī)，它一般與αi系列驅(qū)動(dòng)器聯(lián)合使用。從機(jī)械設(shè)備的實(shí)際使用條件出發(fā)，合理、經(jīng)濟(jì)、安全地考慮電動(dòng)機(jī)能可靠而安全的工作，現(xiàn)對(duì)各伺服電機(jī)選型如下： X軸電機(jī)：αiF8/3000 Y軸電機(jī)：αiF8/

52、3000 Z軸電機(jī)：αiF12/2000 4軸電機(jī)：αiF4/4000 3.3.2主軸電機(jī)[4] 在金屬切削中起運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)叫主軸電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在使用的大多數(shù)交流主軸電機(jī)都是感應(yīng)電機(jī)，所以，它一般與主軸驅(qū)動(dòng)模塊聯(lián)合使用。和一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)使用變頻器調(diào)速相比較，專用的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅擁有很好的加減速性能、調(diào)速范圍更大、調(diào)速精度更高、并且可以在較低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出較大的轉(zhuǎn)矩。所以，交流的 主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以像伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一樣實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的位置控制，從而滿足了數(shù)控機(jī)床的主軸定位、螺紋加工、剛性攻絲、Cs控制等的功能技術(shù)要求 。根據(jù)實(shí)際主軸的性能要求，選用主軸電機(jī)型號(hào)為：α8/8000i，α系列的

53、主軸電機(jī)的外觀如圖3-13。 圖3-13 主軸電機(jī)的外觀圖 3.3.3 外圍電機(jī) 機(jī)床本身的性能要求決定了外圍電機(jī)的選擇，根據(jù)加工的要求可作出如下的電機(jī)選擇。電機(jī)明細(xì)如表3-2。 表3-2 外圍電機(jī)明細(xì)表 代號(hào) 元件名稱 型號(hào) 規(guī)格 件數(shù) M1 冷卻電機(jī) PMY-75A-4 0.370KW 2800r/min 1 M2 排屑電機(jī) YS400W-4P 0.4KW 1 M3 液壓站電機(jī) WRY-H 100m/h 1 M4 主軸油冷電機(jī) LY-3582X(G) 3.5KW 1 M5 貫穿刀具冷卻電機(jī) TFO 3.7KW

54、 1 M6 液壓站風(fēng)扇 AH-0607-CA 110V 1 M7 潤(rùn)滑泵 MMXL 220V 1 4 數(shù)控加工中心的電氣設(shè)計(jì) 4.1 380V強(qiáng)電控制回路 圖4-1（a） 部分強(qiáng)電回路 圖為380V強(qiáng)電控制的一部分電路，從電網(wǎng)輸入的380V/50HZ的電壓作為輸入電壓。EL1為電柜燈，斷路器QF10控制電柜點(diǎn)電路，變壓器TC2可以將380V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?20V的交流電，給電柜燈供電，使用空氣開(kāi)關(guān)QF11控制電柜燈電路的通斷，當(dāng)打開(kāi)電柜時(shí)，EL1應(yīng)該點(diǎn)亮，所以使用了一個(gè)行程開(kāi)關(guān)SQ1。 斷路器QF1控制總電路的通斷，其額定電流經(jīng)過(guò)計(jì)算選用60A。接觸器KM1的常開(kāi)

55、觸點(diǎn)控制冷卻電機(jī)回路?？諝忾_(kāi)關(guān)QF2、QF3、QF4分別用來(lái)控制冷卻電機(jī)、排屑電機(jī)和液壓站電機(jī)，并且可以保護(hù)其電路的欠壓、過(guò)載和短路等。根據(jù)電機(jī)的額定功率，計(jì)算出空氣開(kāi)關(guān)的額定電流，空氣開(kāi)關(guān)QF2、QF3、QF4的額定電流分別為1.6A、1.3A、3.5A。 圖4-1（b） 部分強(qiáng)電回路 圖為加工中心強(qiáng)電控制的另一部分電氣圖，QF5是控制兩相380V電壓回路的斷路器，成為后面變壓的電路。三相變壓器TC1將電網(wǎng)380V三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?00V三相交流電為一些電機(jī)和照明燈以及電源伺服模塊供電。接觸器KM2的動(dòng)和觸點(diǎn)控制貫穿刀具冷卻電機(jī)的通斷。接觸器KM3的線圈的得失電受電源模塊的控

56、制，當(dāng)伺服模塊出現(xiàn)故障時(shí)，KM3將不會(huì)閉合，電源模塊就不會(huì)得電，保護(hù)了伺服模塊?？諝忾_(kāi)關(guān)QF6、QF7、QF8分別控制主軸油冷電機(jī)、貫穿刀具冷卻電機(jī)和機(jī)床工作燈，并可以保護(hù)其電路的欠壓、過(guò)載和短路等?？諝忾_(kāi)關(guān)QF9控制和保護(hù)為伺服模塊供電的200V三相電壓電路。機(jī)床燈EL2是機(jī)床工作時(shí)的照明設(shè)備。 4.2 供電電路 圖4-2 供電電路 圖為原理圖的供電部分，變壓器原邊接兩相380V交流電壓，副邊分別接兩相110V和220V交流電壓。110V交流電壓為交流控制電路提供電源，即給接觸器線圈和電磁閥供電。液壓站風(fēng)扇電機(jī)也用110V交流電壓。斷路器QF12用來(lái)保護(hù)110V電路的欠壓、

57、過(guò)載和短路等。220V交流電路給潤(rùn)滑泵供電，潤(rùn)滑泵一般是靠小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以選用220V交流電供電。由于液壓泵的功率不大，所以電路電流也較小，所以可以直接用繼電器觸點(diǎn)控制其通斷，滅弧器RC7用來(lái)保護(hù)交流繼電器的主觸點(diǎn)，可以防止其主觸點(diǎn)在關(guān)斷時(shí)，在動(dòng)、靜的觸點(diǎn)之間產(chǎn)生較為高的電弧，燒壞了其觸點(diǎn)。 24V直流穩(wěn)壓電源的輸入端接在220V交流電路中，加工中心中使用了兩個(gè)24V直流穩(wěn)壓電源。第一個(gè)直流穩(wěn)壓電源主要為I/O模塊供電，提供24V的直流電壓。斷路器QF14保護(hù)電路的欠壓、過(guò)載和短路等。第二個(gè)直流穩(wěn)壓電源主要為松刀燈和三色報(bào)警燈提供24V的直流電壓。第二個(gè)直流電路中有一個(gè)繼電器KA

58、17。當(dāng)按下打開(kāi)電源的開(kāi)關(guān)ON時(shí)，回路中繼電器KA17線圈得電，它的一個(gè)與開(kāi)關(guān)按鈕ON并聯(lián)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，形成自鎖，可以使KA17線圈一直得電，直到按下了關(guān)斷按鈕OFF,回路才斷電。繼電器的另一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)控制24V電壓的通斷。繼電器的第三個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)控制第一個(gè)直流電路的24V電路的通斷。邏輯上是當(dāng)ON按了一下，則兩個(gè)直流回路就可以供電。當(dāng)OFF按下時(shí)，則兩個(gè)直流回路就斷電了。斷路器QF13用來(lái)保護(hù)整個(gè)220V交流電壓電路的欠壓、過(guò)載和短路等。 4.3 部分I/O模塊 圖4-3 部分I/O模塊接線圖 本設(shè)計(jì)選用FANUC系統(tǒng)的I/O模塊，I/O模塊由直流電源供電。輸入信號(hào)包括液位

59、、壓力、過(guò)載、限位等，輸入地址從X0.0編排，具體對(duì)應(yīng)含義如圖所示。由于I/O模塊可以直接輸出低壓電壓，可以直接驅(qū)動(dòng)小功率繼電器。這些繼電器的觸點(diǎn)將會(huì)去控制接觸器線圈或者電磁閥的得失電，運(yùn)用的是弱電控制強(qiáng)電的思想。 4.4 交流控制回路 圖4-4 交流控制回路 圖為部分交流控制回路，由電磁繼電器控制的觸點(diǎn)來(lái)接通電磁閥或者接觸器的線圈。圖中的電磁閥YV0、YV1 、YV2、YV3分別是控制松刀、主軸松刀吹氣、4軸制動(dòng)松開(kāi)、風(fēng)冷刀具等閥。繼電器KA5 、KA8的動(dòng)和觸點(diǎn)分別控制接觸器KM1、KM2線圈。需要自鎖的接觸器，控制它的繼電器在編程時(shí)已在程序中設(shè)置好了。即控制相應(yīng)繼電器線圈的I/

60、O模塊的輸出端一直輸出高電平，使繼電器線圈一直得電，而其動(dòng)和觸點(diǎn)則一直閉合，使其控制的接觸器線圈一直得電，從而實(shí)現(xiàn)了自鎖。并聯(lián)在電磁閥和接觸器旁的滅弧器RC，用來(lái)保護(hù)電磁閥和接觸器線圈，可以防止其在斷電時(shí)，產(chǎn)生較高的電弧，起滅弧的作用。 4.5 電源模塊 圖4-5 電源模塊接線圖 電源模塊的作用是為伺服模塊提供直流電。它后面連接有主軸伺服模塊、X/Y軸伺服模塊、Z軸伺服模塊和4軸伺服模塊。電源模塊是通過(guò)電抗器RA連接200V三相交流電，還需要通過(guò)斷路器QF15連接兩相200V的交流電壓。CX3處連接有接觸器KM3，為了故障保護(hù)。 結(jié)論

61、 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我主要圍繞設(shè)計(jì)的具體要求，完成了機(jī)床強(qiáng)電部分的電氣設(shè)計(jì)，基本能運(yùn)用于相關(guān)的機(jī)床上。在工作過(guò)程中，我通過(guò)查閱相關(guān)的資料，學(xué)到了許多關(guān)于數(shù)控機(jī)床的知識(shí)，鞏固和提高了以前學(xué)習(xí)的數(shù)控技術(shù)相關(guān)的知識(shí)。熟悉了加工中心的基本工作原理和工作過(guò)程，以及它的一些功能要求。因?yàn)橐獙?duì)整個(gè)機(jī)床的電氣進(jìn)行控制，所以我也了解了機(jī)床的常用電氣元件、各種電機(jī)的選型、電氣原理圖的畫法規(guī)則等。但在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)過(guò)許多錯(cuò)誤的地方，在老師的指導(dǎo)下，得以改正。PL700A立式加工中心是高尖技術(shù)，控制較為復(fù)雜，需要受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的人員操作。國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控技術(shù)和國(guó)外還存在差距，數(shù)控機(jī)床的性能還有待改進(jìn)。

62、 總結(jié)與體會(huì) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們是被安排到成都普瑞斯數(shù)控機(jī)床有限公司，根據(jù)實(shí)際的加工中心進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)。我們?cè)诠臼紫葘?shí)習(xí)了兩周，在這段時(shí)間中，我們分組先后了解了普瑞斯公司的三個(gè)主要部門：電氣控制、加工中心裝配和毛坯加工部門。我初步了解了加工中心的電器柜內(nèi)的電氣元器件的連接；整個(gè)加工中心整體的裝配和調(diào)試，以及毛坯零件、機(jī)座和電機(jī)箱殼等的加工。 第三周我們就得到指導(dǎo)老師的具體任務(wù)分配，和給我們了一些參考資料。我就開(kāi)始查找資料和認(rèn)真閱讀。在網(wǎng)上文庫(kù)中看一些相關(guān)的論文，在圖書館我先后借了十多本書。通過(guò)閱讀這些資料。我了解了數(shù)控技術(shù)的原理，數(shù)控

63、機(jī)床的相關(guān)知識(shí)，以及加工中心的工作原理。雖然我負(fù)責(zé)的是電氣設(shè)計(jì)，但我也看了PMC編程技術(shù)和一些邏輯程序。在查閱資料的同時(shí)，我們每周會(huì)定時(shí)去公司結(jié)合實(shí)際的機(jī)床觀看，并請(qǐng)教實(shí)習(xí)公司的技術(shù)人員，這樣喔就解決許多在看資料時(shí)遇到的問(wèn)題。這樣就充分運(yùn)用實(shí)際的資源解決了問(wèn)題。前幾周我都會(huì)去圖書館閱讀數(shù)控機(jī)床相關(guān)的書籍，為后續(xù)的工作做好準(zhǔn)備。開(kāi)始一段時(shí)間，由于我們是合作分工，共同完成整個(gè)加工中心的設(shè)計(jì)，所以我們對(duì)自己的具體任務(wù)不是很清楚。后來(lái)在指導(dǎo)教師的講解下，我們清楚了目標(biāo)和任務(wù)。帶著我的任務(wù)，我就能很有目的性的查找數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)的資料。于是我就圍繞參考資料，開(kāi)始對(duì)加工中心的電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)了。加工中心的電機(jī)

64、和伺服驅(qū)動(dòng)模塊需要交流供電，它們需要的電壓值不相同，所以需要一些變壓器，進(jìn)行電壓的變壓。主要使用的交流電壓有三相380V，兩相380V,三相200V，兩相200V等。還有一部分電路需要24V的直流電壓，所以使用了兩個(gè)直流穩(wěn)壓電源，為信號(hào)燈等提供電能。 在多次請(qǐng)教老師和反復(fù)修改下，我所做的電氣原理圖完成了。通過(guò)這次對(duì)加工中心的電氣的設(shè)計(jì)，我已經(jīng)較為詳細(xì)的了解了數(shù)控機(jī)床電氣部分，對(duì)以后這方面的設(shè)計(jì)將會(huì)為我提供基礎(chǔ)知識(shí)。在查閱資料的過(guò)程中，我也收獲了許多以前沒(méi)接觸的知識(shí)。比如主軸電機(jī)、直線電機(jī)的原理，一些機(jī)床上用到的位置和速度檢測(cè)器件及其工作原理?？偠灾?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)后，我學(xué)到了許多有用的知識(shí)，

65、提高了自己解決實(shí)際問(wèn)題的能力，充分綜合、運(yùn)用、鞏固了大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)，為以后工作打好了一次良好的基礎(chǔ)。 致謝詞 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我遇到了許多困難和問(wèn)題，感謝我的指導(dǎo)老師張恕遠(yuǎn)耐心地指導(dǎo)和提示。他為我提供了許多參考資料，為我指明查資料和學(xué)習(xí)的方向。并在每次檢查時(shí)，張老師都會(huì)仔細(xì)而耐心地看我畫的原理圖，指出問(wèn)題和不足，并為我提供參考的改進(jìn)方案。另一位公司的王海巖老師，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，為我講解實(shí)際而詳盡的數(shù)控機(jī)床電氣控制的例子。她多次給我講解機(jī)床工作原理，讓我更加明白了機(jī)床的整體構(gòu)成。我在自己閱讀中遇到的問(wèn)題，也可以在她那里找到答案。在工廠實(shí)習(xí)和完成畢業(yè)設(shè)計(jì)中，同學(xué)們也給予我很大

66、的幫助。 在此，深切地感謝老師們的無(wú)私奉獻(xiàn)和同學(xué)們的熱情幫助！ 【參考文獻(xiàn)】 [1] 吳曉蘇. 數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與裝調(diào)工藝. 北京：清華大學(xué)出版社，2010. [2] 張維津. 數(shù)控原理. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012. [3] 張永飛. 數(shù)控機(jī)床電氣控制. 大連：大連理工大學(xué)出版社，2006. [4] 龔仲華. FANUC-0iD 選型與設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013. [5] 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [6] 楊克沖. 數(shù)控機(jī)床電氣控制. 湖北：華中科技大學(xué)出版社，2005. [7] 王貴成. 數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005. [8] 王貴明. 數(shù)控實(shí)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. [9] 李宏勝. 機(jī)床數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用. 北京：高等教育出版社，2001. [10] 丁數(shù)模. 機(jī)械工程學(xué). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [11] 李思橋. 數(shù)控機(jī)床與應(yīng)用. 北京：大學(xué)出版