ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含4張CAD圖紙帶開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】-jxsj80
ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
數(shù)控機(jī)床是來(lái)自于數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱(chēng)，這是一種裝有可編程程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該可編程程序控制系統(tǒng)能夠邏輯處理數(shù)字控制編碼或其他規(guī)定的指令程序，并將其譯碼成執(zhí)行元器件的動(dòng)作信號(hào)從而驅(qū)動(dòng)機(jī)床動(dòng)作以加工零件。數(shù)控機(jī)床的控制電路是由各種不同的控制電氣元器件組成，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制性能在一定程度上決定了數(shù)控機(jī)床的等級(jí)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是以ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為中心，全面、系統(tǒng)地介紹了低壓電器、電氣控制系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及接口、步進(jìn)與伺服驅(qū)動(dòng)器等內(nèi)容，利用數(shù)控機(jī)床以機(jī)械與電氣相結(jié)合的形勢(shì)，完成相關(guān)電氣控制線路排布以及各種保護(hù)控制線路的設(shè)計(jì)。
為使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制精度能達(dá)到所要求的步距角()精度，于是在該機(jī)床選配所用驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)要考慮到該電機(jī)的過(guò)載能力和機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)中絲杠與電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量是否匹配以及所提供轉(zhuǎn)矩是否足夠，在該設(shè)計(jì)中的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用混合式五相十拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。由于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，精度要求不高，可靠性和穩(wěn)定性相對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床好，故采用五相十拍的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也能因其相數(shù)大而達(dá)到明顯的振動(dòng)抑制效果。
隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉了各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)及作用，各種電氣線路的保護(hù)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的控制等。通過(guò)掌握電氣控制系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)的原理、電氣元器件在線路中的作用，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的精度控制。這次的電氣控制部分設(shè)計(jì)也滿(mǎn)足一些企業(yè)對(duì)機(jī)床電氣高可靠高穩(wěn)定性、電氣使用壽命長(zhǎng)等要求，具有進(jìn)一步研發(fā)的潛力。
關(guān)鍵詞：ZK5132；數(shù)控系統(tǒng)；機(jī)電結(jié)合；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
Abstract
CNC machine is referred to Digital control machine tool, is a machine equipped with the automated process control system. The control system can have a control logic to process the instruction codes or other symbols required, decoded and processed so that making machine action and machining parts. CNC machine control circuit is controlled by a variety of electrical components whose performance servo feed control system to some extent determines the level of CNC machine tools. The design task is designing ZK5132 CNC Vertical Drilling electrical control system, there is a comprehensive and systematic introduction to the low-voltage electrical appliances, electrical control systems, numerical control systems and interfaces, stepper and servo drives, etc. By combining CNC machine tools with electrical machinery, finish the completion of related electrical control circuit and various protection control design.
To control the stepping motor step to achieve the required angle ( α= 0.36 °) the control precision, the machine motor is optional to consider the motor overload, overload conditions, the machine screw and the motor drive system rotor inertia matching. This design’s feed servo drive system used Five-phase-ten-pat hybrid stepping motor control. Because the open-loop control system is simple, less precision, reliability and stability with respect to the good economic type CNC machine tools, so using Five-phase-ten-pat hybrid stepping motor drive, vibration suppression effect is obvious because of the large number of phases.
With the deepening of the design, we know more about the applicable conditions of various systems, selecting criteria and effects of various devices,various electrical circuit protection designing and feeding drive control system and so on . By mastering the principles of electrical control system circuit design，the role of the electrical components in the circuit and feeding drive system designing so we can well completed the motor accuracy control. My electrical control part of the design but also to meet the high reliability, high stability, long life and other electrical requirements for some company, thus it worth well potential for further development.
Keywords: ZK5132 ; CNC system ; Electrical components ; Stepping motor
目 錄
引言 1
1. 數(shù)控機(jī)床常用電氣控制元件 3
1.1 低壓斷路器 3
1.2 接觸器 3
1.3 繼電器、變壓器及其他電器 4
2. 數(shù)控系統(tǒng) 5
2.1 數(shù)控鉆床系統(tǒng)的組成 5
2.1.1 操作面板 6
2.1.2 輸入/輸出裝置 6
2.1.3 CNC裝置 6
2.1.4 伺服單元 7
2.1.5 驅(qū)動(dòng)裝置 7
2.1.6 機(jī)床本體 7
2.2 數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)控制的分類(lèi)以及選擇 7
2.2.1 開(kāi)環(huán)控制 8
2.2.2 閉環(huán)與半閉環(huán)控制 8
2.2.3 數(shù)控系統(tǒng)類(lèi)型 8
2.3 數(shù)控鉆床用途及特點(diǎn) 9
2.4 數(shù)控鉆床的相關(guān)技術(shù)參數(shù) 9
2.5 數(shù)控機(jī)床對(duì)于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)要求 10
3. 傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算 10
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)要求 11
3.1.1 X、Y水平直線運(yùn)動(dòng)軸 11
3.1.2 Z垂直直線運(yùn)動(dòng)軸 12
3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度的控制 13
4. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng) 13
4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用原則以及性能指標(biāo) 13
4.1.1 選用原則 13
4.1.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo) 14
4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 14
4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 15
4.4 主軸步進(jìn)電機(jī)的控制 16
4.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置控制 18
4.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 19
4.7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制 19
5. 機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20
5.1 主電路電氣控制設(shè)計(jì) 20
5.1.1 主軸正轉(zhuǎn) 20
5.1.2 主軸反轉(zhuǎn) 21
5.1.3 主軸停轉(zhuǎn) 21
5.1.4 冷卻泵 21
5.2 電路電源分析 21
5.3控制電路設(shè)計(jì) 22
5.3.1 電機(jī)制動(dòng)方式 22
5.3.2 零壓保護(hù)啟動(dòng) 22
5.4 數(shù)控系統(tǒng)中的啟動(dòng)與停止 23
5.5 輸入/輸出及各軸限位 23
5.6 光軸輸出接口 23
5.7 M功能輸出 23
5.8 X、Y、Z軸的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)接口 24
6. ZK5132數(shù)控立鉆機(jī)床電氣控制原理設(shè)計(jì) 25
7. ZK5132數(shù)控立鉆機(jī)床電氣外觀設(shè)計(jì) 28
結(jié)論 29
謝辭 30
參考文獻(xiàn) 31
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CAXA圖紙副本
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ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc
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電氣主控制原理圖.dwg
電氣伺服控制原理圖.dwg
電氣控制原理圖.dwg
裝配圖.dwg
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等 數(shù)控技術(shù)是 20 世紀(jì)機(jī)械工程領(lǐng)域的重大成就之一，是一個(gè)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)的交叉和綜合技術(shù)領(lǐng)域。本課題 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要研究 內(nèi)容如下： 1、 參觀調(diào)研 ,查閱資料。到生產(chǎn)、制造企業(yè)調(diào)研 ,了解生產(chǎn)、制造、加工情況。結(jié)合本設(shè)計(jì)課題 ,查閱相關(guān)資料。 2、 完成機(jī)床電器控制電路的設(shè)計(jì)（電器原理圖），包括各種保護(hù)。 3、 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)：完成對(duì)電機(jī)的精度控制（α =)。 4、 完成數(shù)控機(jī)床總體的電氣控制設(shè)計(jì)。 控立鉆機(jī)床 電氣外觀圖（附見(jiàn)圖紙） 本 課 題畢業(yè)設(shè)計(jì) 研究的重點(diǎn) 是 數(shù)控 立鉆 機(jī)床 的電氣控制部分 ， 以其 氣控制原理圖的設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，以電氣控制部分原理知識(shí)為理論基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析電氣控制過(guò)程的工作原理和電氣控制電路圖的設(shè)計(jì)。了解常用機(jī)床電器元件電路控制中的應(yīng)用，如熔斷器、接觸器、繼電器等在控制線路中的作用，熟悉電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 本 課 題 的 難點(diǎn)是交流電機(jī)的各元器件線路連接和電路圖的識(shí)別 。 2．準(zhǔn)備情況（查閱過(guò)的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等） 調(diào)研情況 : 數(shù)控機(jī)床的電氣控制主要由數(shù)控系統(tǒng)（ 伺服系統(tǒng)及機(jī)床強(qiáng)電控制等幾大部分組成， 控鉆床的電氣控制設(shè)計(jì)也就是圍繞這幾大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)床電氣系統(tǒng)是控制機(jī)床各部分的工作，協(xié)調(diào)完成機(jī)床加工任務(wù)的核心部分，它由繼電器、接觸器等構(gòu)成復(fù)雜的邏輯控制電路，通過(guò)接受由操作面板及機(jī)床各部分位置開(kāi)關(guān)傳來(lái)的信號(hào)經(jīng)硬件邏輯運(yùn)算，確定并控制機(jī)床的狀態(tài)。從功能上可分為：對(duì)主軸的控制，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(chē)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。 伺服電機(jī)是數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件 。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。因此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也是數(shù)控機(jī)床性能的保證。伺服電機(jī)不僅具有恒定輸出轉(zhuǎn)矩的特性，既在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，而且電機(jī)還具有非常強(qiáng)的過(guò)載能力。目前數(shù)控機(jī)床制造商使用的伺服電機(jī)有：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交 流伺服電機(jī)、直線電機(jī)等 。 在機(jī)床選配伺服電機(jī)時(shí)，要根據(jù)機(jī)床的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，比如進(jìn)給軸的最高速度、加速度、主軸的功率和調(diào)速范圍，以及機(jī)床實(shí)際應(yīng)用條件，比如切削的材料、加工工藝參數(shù)、使用的刀具等條件 。本題設(shè)計(jì)使用步進(jìn)電機(jī)， 可用控制脈沖數(shù)量、頻率及 電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電 順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 文獻(xiàn)參閱資料： [1] 蔣大明 ,戴勝華 M]北京交通大學(xué)出版社 . [2] 劉元揚(yáng)主編 M]冶金工業(yè)出版社 . [3] 李曉輝 ,薛欣 M]清華大學(xué)出版社 . [4] 陳遠(yuǎn)齡主編 M]重慶大學(xué)出版社 . [5] 彭榮濟(jì) M]北京出版社 . [6] 董杰主編 M]上海交道大學(xué)出版社 . [7] 宋寶玉主編 M]哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 . [8] 邱公偉 M]清華大學(xué)出版社 . 9] 高兆安譯 M]機(jī)械工業(yè)出版社 . [10] 王德發(fā) M]?？茖W(xué)技術(shù)出版社 . [11] 張寧 數(shù)控機(jī)床電氣控制 [M]利水電出版社 . [12] 丁景江 M]國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 . [13] 馮清秀，鄧星鐘 M]中科技大學(xué)出版社 . [14] 陳子銀 M]京理工大學(xué)出版社 . [15] 王愛(ài)玲 M]防工業(yè)出版社 . [16] of o M]. 2007. [17] M]儀器設(shè)備 : 1、 計(jì)算機(jī)一臺(tái)； 2、 電氣 件 。 3． 實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料 總體內(nèi)容安排 ： 1、 參觀調(diào)研 ,查閱資料；到生產(chǎn)、制造企業(yè)調(diào)研 ,了解情況； 2、 結(jié)合本設(shè)計(jì)課題 ,查閱相關(guān)資料，熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)所需的知識(shí)，編寫(xiě)控制軟件； 3、 用電氣 件繪制電氣原理圖； 4、 完成電氣控制電路的設(shè)計(jì)（電氣原理圖），包括各種保護(hù)； 5、 繪圖工作量折合 紙 1張 以上； 6、 完成二萬(wàn)字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (論文 ),并包括 300詞的英文摘要； 7、 完成主要零件制造工藝文件和技術(shù)要求； 8、 完成四萬(wàn)字符的英文翻譯資料 (附英文原文 )； 9、 完成開(kāi)題報(bào)告一份； 10、 進(jìn)一步完善軟、硬件設(shè)計(jì)，完成整張電氣控制線路設(shè)計(jì)。 進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃： 2014 年 1 月 7日 3 日 理解課題 ,根據(jù)課題內(nèi)容完成開(kāi)題報(bào)告； 2014 年 1 月 14 日 17 日 開(kāi)展調(diào)研 ,完成譯文翻譯； 2014 年 3 月 18 日 5 日 查閱資料 ,熟悉各電器設(shè)計(jì)所需計(jì)算及原理 ； 2014 年 4 月 6日 0 日 完成設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及各電器原理圖草圖設(shè)計(jì)任務(wù)； 2014 年 5 月 1日 日完成設(shè)計(jì)、圖紙繪制任務(wù)、工藝規(guī)程文件書(shū)寫(xiě)任務(wù)； 2014 年 5 月 4 日 8 日 整理打印畢業(yè)論文及相關(guān)資料，交指導(dǎo)老師評(píng)閱，準(zhǔn)備答辯。 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師（簽字）： 2013 年 12 月 日 開(kāi)題小組意見(jiàn) 開(kāi) 題小組組長(zhǎng)（簽字）： 2014 年 1 月 日 院（系、部）意見(jiàn) 主管院長(zhǎng)（系、部主任）簽字： 2014 年 1 月 日