數(shù)控機(jī)床的電氣設(shè)計.doc
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數(shù)控機(jī)床的電氣設(shè)計 目錄 摘要 3 1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 4 1.1數(shù)控階段 4 1.2計算機(jī)數(shù)控階段 4 1.3數(shù)控機(jī)床的工作原理 4 2系統(tǒng)連接 5 2.1驅(qū)動系統(tǒng) 5 2.1伺服電機(jī) 6 2.3電氣設(shè)計的重要事項 8 2.3.1供電 8 2.3.2電氣柜的設(shè)計的基本要求 9 2.3.3接地 9 2.4驅(qū)動器的連接 10 2.4.1 Sinamic S120 書本型驅(qū)動器的連接 10 2.5系統(tǒng)通電 11 2.5.1通電前檢查 11 2.5.2第一次通電 11 3.PLC的調(diào)試 12 3.1PLC應(yīng)用程序的設(shè)計 12 3.2PLC用戶的調(diào)試 13 3.3PLC用戶報警 14 3.3.1報警的屬性 14 3.3.2 激活用戶報警 14 4 自動換刀控制程序 15 5變頻器 16 致謝 17 參考文獻(xiàn) 18 數(shù)控機(jī)床的電氣設(shè)計 摘要 隨著科技的高速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床是改造傳統(tǒng)機(jī)械加工裝備產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展一直被人們關(guān)注著。它有效的解決了復(fù)雜，精密等零件加工所存在的問題，能適應(yīng)新時代所產(chǎn)生的各種難題。 該設(shè)計首先對國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況及趨勢做出描述，然后在對數(shù)控機(jī)床的工作原理，伺服系統(tǒng)進(jìn)行分析總結(jié)。 關(guān)鍵字：數(shù)控銑床 伺服系統(tǒng) Electrical design of numerical control machine tool Abstract 隨著科技的高速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床是改造傳統(tǒng)機(jī)械加工裝備產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展一直被人們關(guān)注著。它有效的解決了復(fù)雜，精密等零件加工所存在的問題，能適應(yīng)新時代所產(chǎn)生的各種難題。 With the rapid development of technology, numerical control technology has been widely used in the field of machinery. Numerical control machine tool is the basis of transforming traditional machining equipment industry, and it has been concerned with the development of digital enterprise. It can effectively solve the problems in the complicated and precision machining, and can adapt to the problems of the new era. 該設(shè)計首先對國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況及趨勢做出描述，然后在對數(shù)控機(jī)床的工作原理，伺服系統(tǒng)進(jìn)行分析總結(jié)。 This design first describes the development situation and trend of numerical control technology at home and abroad, and then analyzes and summarizes the working principle and servo system of CNC machine tools. 關(guān)鍵字：數(shù)控銑床 伺服系統(tǒng) Key words: CNC milling machine servo system 1數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這項成果表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具。六年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)被應(yīng)用到了機(jī)床上。從此世界上便誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。傳統(tǒng)機(jī)床便開始發(fā)生了巨大的改變。近50年以來，數(shù)控機(jī)床主要經(jīng)歷了以下兩個大階段。 1.1數(shù)控階段 .數(shù)控階段 由于前期的計算機(jī)運(yùn)算速度低，對數(shù)據(jù)處理和計算所造成的影響并不大，但機(jī)床實(shí)時控制的卻不能適應(yīng)它的要求。因此人們便采用數(shù)字邏輯電路的方法來“搭”成一臺機(jī)床計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，它被稱為硬件連接數(shù)控。為了叫法方便，簡稱數(shù)控。 1.2計算機(jī)數(shù)控階段 1970年，出現(xiàn)涌現(xiàn)出大批小型計算機(jī)。其運(yùn)算速度相對于五，六十年代有了大幅度的提升，這與專門“搭”成的專用計算機(jī)相比，不僅節(jié)約了成本，還提高了可靠性。于是它被移植過來成為了數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此便開始進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控階段。到1972年美國的一家公司在世界上首次把計算機(jī)的控制器和運(yùn)算器，運(yùn)用大規(guī)模集成電路的方法把它集成在了一塊小芯片上，并稱之為微處理，亦稱之為中央處理單元(簡稱CPU)。 1974年CPU被用在了數(shù)控系統(tǒng)上。由于CPU仍然是通用計算機(jī)的核心部件所以還是被稱為計算機(jī)數(shù)控。 1.3數(shù)控機(jī)床的工作原理 (1) 把編好的加工程序通過操作面板上的鍵盤或者輸入機(jī)將數(shù)字信息運(yùn)送給數(shù)控裝置。 (2)數(shù)控裝置把所接收的信號進(jìn)行處理后，再將處理結(jié)果用脈沖信號的形式進(jìn)行分配：一種是向進(jìn)給伺服系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)給等執(zhí)行命令，另一種是向可編程序控制器發(fā)出S，M，T等指令信號。 (3)可編程序控制器接到S，M，T等指令信號后，控制機(jī)床主體則立即執(zhí)行這些指令，并將機(jī)床主體執(zhí)行的情況實(shí)時反饋給數(shù)控裝置。 (4)伺服系統(tǒng)在接到進(jìn)給執(zhí)行命令后，則立即驅(qū)動機(jī)床主體的各坐標(biāo)軸(進(jìn)給機(jī)構(gòu))嚴(yán)格按照指令要求進(jìn)行準(zhǔn)確的位移，自動完成工件的加工。 (5)在各坐標(biāo)軸位移過程中，檢測反饋裝置將位移的實(shí)測值迅速反饋給數(shù)控裝置，以便與指令值進(jìn)行比較，然后再以極快的速度向伺服系統(tǒng)發(fā)出補(bǔ)償執(zhí)行指令，直到實(shí)測值與指令值吻合為止。 (6)在各坐標(biāo)軸位移的過程中，如果發(fā)生“超程”現(xiàn)象，則限位裝置就可以向可編程序控制器或直接向數(shù)控裝置發(fā)出某些坐標(biāo)軸超程的信號，數(shù)控系統(tǒng)就一方面通過顯示器發(fā)出報警信號，另一方面則向進(jìn)給伺服系統(tǒng)發(fā)出停止執(zhí)行命令，以實(shí)施超程保護(hù)。 2系統(tǒng)連接 2.1驅(qū)動系統(tǒng) SINAMICS S120 系統(tǒng)是西門子最新的一代驅(qū)動應(yīng)用系統(tǒng)。S120 驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)用了世界上最先進(jìn)的硬件、軟件以及通訊技術(shù)等。運(yùn)用高速驅(qū)動的接口，與之配套的1FK8永磁同步伺服電機(jī)并具有獨(dú)立的電子銘牌，系統(tǒng)不僅可以自主識別所配置的驅(qū)動系統(tǒng)，更具有超高的動態(tài)控制特性和控制精度以及可靠性。和802D sl配套使用的驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品包括：書本型驅(qū)動器和用于單軸的 AC/AC 模塊式驅(qū)動器。 ?書本型驅(qū)動器，其電源模塊和電機(jī)模塊的非開構(gòu)成了它的結(jié)構(gòu)形式，而且直流母線上被電機(jī)模塊所連接（一個或多個），同時3相交流電源還會被一個電源模塊整流成540V或600V的直流電。 ?單軸 AC/AC 模塊式驅(qū)動器，其結(jié)構(gòu)形式為電源模塊和電機(jī)模塊集成在一起。（802D sl value 采用該類型驅(qū)動器） SINAMICS S120 書本型驅(qū)動器由獨(dú)立的電源模塊和電機(jī)模塊共同組成。電源模塊全部采用饋能制動方式，其配置分為調(diào)節(jié)型電源模塊（Active Line Module 縮寫為 ALM） 和非調(diào)節(jié)型電源模塊（Smart Line Module 縮 寫為 SLM）。無論選用 ALM 或 SLM，均需要配置電抗器。電機(jī)模塊（Motor Module 縮寫為 MM）。 2.2伺服電機(jī) SINAMICS S120 書本型驅(qū)動器的電源模塊、電機(jī)模塊均需要外部 24V 直流供電。 Sinamics S120 AC/AC 模塊式驅(qū)動器由兩部分組成：控制單元適配器 CUA31 和功率模塊 PM340。 控制單元適配器 CUA31 上指示燈的含義： 圖5 Sinamics S120 AC/AC 模塊式驅(qū)動器不需要獨(dú)立的 24V 直流供電。 2.1.3802D各單元間的連接 SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)是基于PROFIBUS總線的數(shù)控系統(tǒng)。信號都是通過PROFIBUS傳送的。 2.3電氣設(shè)計的重要事項 2.3.1供電 1. 24VDC 電源的容量確定 802D sl 的 PCU210.3 和輸入輸出模塊 PP72/48，以及各驅(qū)動部件均需要 24V 直流供電。 PP72/48 的輸出信號也需要 24VDC 供電，所需的電流要根據(jù)輸出點(diǎn)的個數(shù)以及輸出信號的同時系數(shù)來確定：輸出信號所需的電流 = 輸出點(diǎn)數(shù) * 0.25 * 同時系數(shù)（A）。 在確定系統(tǒng)的配置，以及輸入輸出的負(fù)載情況后，確定 24V 直流電源的輸出能力。 使用倆個獨(dú)立的24V直流電源，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中一個電源用在 802D sl 的 PCU210.3、PP72/48 和輸入信號的公共端，另一電源則為驅(qū)動部件和 PP72/48 的輸出信號供電（X111、X222、X333 端子 47/48/49/50）。兩個 24VDC 電源的"0"V 應(yīng)連通。 2. 24VDC 電源的選擇 使用24V直流電源。 3.驅(qū)動器供電 交流電源由電抗器、濾波器、電源開關(guān)等部件接到進(jìn)線電源模塊上，電抗器是必須存在的配件。 2.3.2電氣柜的設(shè)計的基本要求 ? 電氣柜應(yīng)具有 IP54 防護(hù)等級； ? 各部件應(yīng)安裝在沒有涂漆的鍍鋅板上； ? 變頻器，驅(qū)動器以及其他強(qiáng)電電氣不能和弱電部件（如 PCU、PP72/48）等在一起安裝；200mm 的間距是其在安裝上的最小間距； ? 用于 PCU 和 PP72/48 的 24VDC 電源的共地與浮地連接； ? 系統(tǒng)可以采用浮地連接，但推薦采用共地連接。共地可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，但前提條件是具有良好的"地"。 2.3.3接地 接地標(biāo)準(zhǔn)及辦法需遵守國標(biāo) GB/T 5226.1-2002（等效 IEC 204-1:2000） "工業(yè)機(jī)械電氣設(shè)備 第一部分: 通用技術(shù)條件 "； 中性線不能作為保護(hù)地使用！ PE 接地只能集中在一點(diǎn)接地，接地線截面積必須