畢業(yè)設(shè)計(jì)AD系列普通車床改數(shù)控電氣部分設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 論 文 ad系列普通車床改數(shù)控電氣部分設(shè)計(jì) 函授站點(diǎn)： 中化 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 指導(dǎo)教師： 2011年10月ad系列普通車床改數(shù)控電氣部分設(shè)計(jì)摘要 近年來，隨著國內(nèi)各種類型機(jī)床改造需求的擴(kuò)大，機(jī)床改造已經(jīng)逐漸形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)，其中絕大部分是數(shù)控機(jī)床的改造，我們畢業(yè)設(shè)計(jì)組選擇了ad系列數(shù)控車床設(shè)計(jì)作為我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。設(shè)計(jì)的目的：提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，提高機(jī)床生產(chǎn)率及加工成品的一致性，降低操作者勞動(dòng)5度，降低機(jī)床對(duì)操作者熟練程度的要求。以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個(gè)國家的機(jī)械與電子工業(yè)水平。它的推廣應(yīng)用對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改變我國制造技術(shù)落后的狀況起著

2、極為重要的作用。改造后機(jī)床達(dá)到的效果：易于操作，加工效率高，廢品率低，成品一致性好；能實(shí)現(xiàn)螺紋及形狀復(fù)雜的軸套類零件的加工，能夠進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)等加工，尤其適用于多品種，中小批量的輪番加工，工藝適應(yīng)性5。 關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 變頻器 cnc plc 目 錄1 ad系列數(shù)控機(jī)床的整體設(shè)計(jì)52 電氣原理圖的設(shè)計(jì)52.1課題的概述和設(shè)計(jì)要求52.2電氣控制線路圖的設(shè)計(jì)63 數(shù)控系統(tǒng)選用 73.1數(shù)控系統(tǒng)的類型 73.2 fanuc 0i-a系統(tǒng) 84 數(shù)控機(jī)床5電控制 94.1變頻器和變頻電機(jī)94.2控制設(shè)計(jì)115 數(shù)控機(jī)床的邏輯控制125.1主軸s功能和刀臺(tái)控制125.2方式選擇 md1 md2 m

3、d3165.3數(shù)控機(jī)床用pc165.4操作面板176 電器元件選擇186.1功能要求和參數(shù)計(jì)算186.2接觸器的選用和熔斷器選擇196.3保護(hù)電動(dòng)機(jī)斷路器選用206.4電動(dòng)機(jī)電子滅弧器選用206.5控制回路隔離變壓器選擇206.6導(dǎo)線的選擇和總空氣開關(guān)選擇20結(jié)論 22致謝 23參考文獻(xiàn)24引 言隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)有了深刻的變化。由于社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求更加5烈，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，采用傳統(tǒng)的普通加工設(shè)備已難于適應(yīng)高效率、高質(zhì)量、多樣化的加工要求。這就要求加工設(shè)備具有很高的效率和加工精度。而傳統(tǒng)的普通機(jī)床已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)

4、技術(shù)和自動(dòng)控制的飛速發(fā)展，信息處理功能不斷提高，而價(jià)格不斷降低。這使得計(jì)算機(jī)在機(jī)械制造行業(yè)得以廣泛的應(yīng)用。以數(shù)控技術(shù)為核心的現(xiàn)代制造技術(shù)，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成高度信息化、高柔性、高度自動(dòng)化的制造系統(tǒng)。微機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床以其高精度、高柔性及適合加工復(fù)雜零件的性能，正好滿足當(dāng)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱cnc，可根據(jù)不同的指令進(jìn)行不同方式的信息處理。由于計(jì)算機(jī)可完全由軟件來確定數(shù)字信息的處理過程，從而使機(jī)床具有真正的柔性，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使機(jī)床控制系統(tǒng)的性能和可靠性大大提高。以數(shù)

5、控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個(gè)國家的機(jī)械與電子水平。它的推廣應(yīng)用對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改變我國制造技術(shù)落后的狀況起著極為重要的作用。數(shù)控車床是數(shù)控加工中應(yīng)用得最多的數(shù)控機(jī)床之一。ad系列普及型數(shù)控車床是在普通車床的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種大功率高效率普及型數(shù)控機(jī)床，可實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)軸控制。能作直線和圓弧插補(bǔ)，在加工過程中可以自動(dòng)變速。由于是數(shù)字控制且?guī)в蟹答佈b置，具有很高的加工精度。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)大綱要求：本專業(yè)學(xué)生熟悉掌握機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用與維修，培養(yǎng)學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)專業(yè)課程知識(shí)，具有研究開發(fā)的綜合素質(zhì)與能力；這次畢業(yè)設(shè)計(jì)以ad系列數(shù)控機(jī)床

6、設(shè)計(jì)作為課題，是我們綜合運(yùn)用所學(xué)的基本知識(shí)、基礎(chǔ)理論和基本技能，提高分析解決實(shí)際問題的能力,提高實(shí)際工作能力的檢驗(yàn)。是對(duì)四年學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)與回顧。設(shè)計(jì)要求：本機(jī)床采用fanuc0i數(shù)控系統(tǒng)，主傳動(dòng)采用變頻分段無級(jí)調(diào)速。主電機(jī)功率11kw，配置液壓尾座、自動(dòng)潤滑、冷卻、照明等。本篇主要論述了ad系列數(shù)控機(jī)床的電氣設(shè)計(jì)部分，其中包括系統(tǒng)選用、機(jī)床的電氣原理設(shè)計(jì)、機(jī)床邏輯控制設(shè)計(jì)、機(jī)床5電控制設(shè)計(jì)、機(jī)床電器元件選用等。1 ad系列數(shù)控機(jī)床的整體設(shè)計(jì)本機(jī)床包括床身、主軸箱、床鞍、z向進(jìn)給、尾座等幾大部分；底座為分體式結(jié)構(gòu)，剛性足工藝性好；機(jī)床縱向和橫向?qū)к壔瑒?dòng)副采用tsf貼塑對(duì)淬硬磨削導(dǎo)軌配合，摩擦系

7、數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差不大，使之具有良好的耐磨性及可靠的伺服性；滑動(dòng)面及滾珠絲杠副采用集中自動(dòng)潤滑系統(tǒng)，確保了各重要部件都能工作在良好的潤滑狀態(tài)之下；自動(dòng)刀架為立式四工位，免抬起，換刀快速方便；卡盤為手動(dòng)也可選用電動(dòng)卡盤或液壓卡盤；尾座為液壓尾座；采用半防護(hù)裝置，裝卸工件方便，操作面板可根據(jù)需要很方便地調(diào)整位置。機(jī)床整體布置如圖1所示。 圖1機(jī)床的總體設(shè)計(jì)2 電氣原理圖的設(shè)計(jì)2.1課題的概述和設(shè)計(jì)要求 ad系列數(shù)控機(jī)床是屬于半閉環(huán)控制系統(tǒng)的全功能數(shù)控車床，適宜加工各種形狀復(fù)雜的軸、套、盤類零件，如車削內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、切槽、倒角、車螺紋等的加工；ad系列數(shù)控機(jī)床是具有銑削功

8、能的高速、高效車削中心。除具有車削功能外，還增加了鉆、銑功能，能夠?qū)崿F(xiàn)x、z、c三軸聯(lián)動(dòng)，可用于加工各種軸類、盤類零件。能夠滿足黑色金屬及有色金屬高速切削的速度需求，在機(jī)床設(shè)計(jì)中對(duì)主軸、床身、床鞍的剛度進(jìn)行合理分配，大大提高了整機(jī)的剛性，確保了高速運(yùn)轉(zhuǎn)、重切時(shí)的穩(wěn)定性，本機(jī)床的加工精度為it5it6，表面粗糙度r0.4（有色金屬），r0.8（黑色金屬）。作為通用性極高的機(jī)床，特別適用于精密零件的加工。工藝適應(yīng)性5，效率高，精度高，質(zhì)量高?？蓮V泛適用于汽、摩、火車輪彀、活塞、軸套等配件、航天、家電、液壓氣動(dòng)、軸承、儀器儀表、五金閥門等制造業(yè)零件的批量加工，是理想的機(jī)械加工設(shè)備。該機(jī)床的最大車削直

9、徑大，工件最大長度長，其主軸運(yùn)動(dòng)的正反轉(zhuǎn)依靠?jī)山M機(jī)械式摩擦片離合器完成，主軸的制動(dòng)采用液壓制動(dòng)器，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的縱向左右運(yùn)動(dòng)、橫向前后運(yùn)動(dòng)以及快速移動(dòng)都集中有數(shù)控系統(tǒng)控制。對(duì)電氣控制的要求是：（1） 對(duì)于長度較長的工件，為了減少輔助工作時(shí)間，除了配備一臺(tái)主軸運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以外，還應(yīng)配備一臺(tái)刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。（2） 對(duì)于機(jī)床在加工時(shí)容易產(chǎn)生高溫，故需配備一臺(tái)普通冷卻泵電動(dòng)機(jī)。（3） 要有一套局部照明裝置以及一定工作狀態(tài)指示燈。2.2 電氣控制線路圖的設(shè)計(jì)2.2.1主電路設(shè)計(jì)（1）主電動(dòng)機(jī)m1的功率較大，超過10kw，但是由于機(jī)床加工是在機(jī)器啟動(dòng)后才進(jìn)行，并且要求主軸的正反轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到過載保護(hù)

10、，并采用電流表pa監(jiān)視車銷量，就可以得到控制m1的主電路圖如附圖所示。（2）對(duì)于在加工過程中產(chǎn)生的摩擦問題我在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)了一套液壓潤滑系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要兩個(gè)電動(dòng)機(jī)m2和m6，電路圖如附圖所示。（3）冷卻泵電動(dòng)機(jī)m3和刀臺(tái)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)m4的功率都較小，額定電流分別為0.43a和2.7a，為了節(jié)省成本和縮小體積，可以分別用交流中間繼電器ka3和ka4替代接觸器進(jìn)行控制。由于刀臺(tái)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)m3短時(shí)間的運(yùn)行，故不設(shè)過載保護(hù)，這樣可以得到控制m3和m4的主電路圖。電路圖如附圖所示。2.2.2控制電源的設(shè)計(jì)考慮到安全可靠和滿足照明及指示燈的要求，采用控制變壓器tc供電，其一次側(cè)為交流380v，二次側(cè)為

11、交流220v、110v和24v，其中220v提供給接觸器km和中間繼電器ka的線圈，24v交流安全電壓提供給局部照明電路和提供給指示燈電路，具體接線如附圖所示。2.2.3.局部照明與信號(hào)指示燈電路的設(shè)計(jì)在操作面板上設(shè)有交流電流表pa,它被串聯(lián)在主軸電動(dòng)機(jī)的主回路中，用以指示機(jī)床的工作電流。這樣可根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作情況調(diào)整切削用量使主電動(dòng)機(jī)盡量滿載運(yùn)行，以提高生產(chǎn)效率，并能提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。照明燈el、燈開關(guān)sa和照明回路熔斷器fu，具體電路見圖。3 數(shù)控系統(tǒng)選用3.1數(shù)控系統(tǒng)的類型市場(chǎng)上系統(tǒng)廠家很多，性能大同小異。按控制環(huán)路分有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。按功能分有高中低三類。主要生產(chǎn)廠商有：日本

12、fanuc公司、西門子公司、廣州數(shù)控、華中數(shù)控等。3.1.1開環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)此類數(shù)控系統(tǒng)以其價(jià)格低廉、維修相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)在市場(chǎng)上得到廣泛的應(yīng)用。由于其存在驅(qū)動(dòng)力矩小、無位置反饋、精度低等原因而退出數(shù)控系統(tǒng)的主流地位。在我國，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用此類系統(tǒng)。系統(tǒng)分辨率0.01。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下： 圖2開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)工作原理3.1.2閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)此類數(shù)控系統(tǒng)以其價(jià)格低廉、維修相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)在市場(chǎng)上得到廣泛的應(yīng)用。由于其存在驅(qū)動(dòng)力矩小、無位置反饋、精度低等原因而退出數(shù)控系統(tǒng)的主流地位。在我國，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用此類系統(tǒng)。系統(tǒng)分辨率0.01。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下： 圖3閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)工作原理3.1.3半閉環(huán)數(shù)控系

13、統(tǒng)半閉環(huán)控制方式其閉環(huán)環(huán)路短，位置反饋元件安裝在伺服電機(jī)軸端或絲杠端部，用于精確控制電機(jī)的角度和速度，然后通過精密滾珠絲杠等機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線位移。因此可獲得穩(wěn)定的控制特性，達(dá)到較高的位置增益而不產(chǎn)生振蕩。傳動(dòng)鏈上有規(guī)律的誤差可以達(dá)到補(bǔ)償，如螺距及間隙誤差等。因此半閉環(huán)控制得到廣泛的應(yīng)用。系ss統(tǒng)分辨率0.001?？刂平Y(jié)構(gòu)示意圖如下： 圖3半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的工作原理市場(chǎng)上數(shù)控系統(tǒng)的類型較多，主要有fanuc 0i系列、西門子802系列、三菱50l系列等。根據(jù)價(jià)格合理、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高的原則來選擇數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)綜合考慮選用高品質(zhì)、高可靠、高性能價(jià)格比的fanuc 0i數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)分辨率0.00

14、1，控制軸數(shù)2軸，可控制兩臺(tái)伺服電機(jī)（6、12）實(shí)現(xiàn)xz向插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，可車削端面、外園、錐度、圓弧面；主軸接口2軸，可控制變頻器實(shí)現(xiàn)主軸調(diào)速；內(nèi)置plc簡(jiǎn)化了外部接線，提高整機(jī)的可靠性；圖形功能，實(shí)現(xiàn)加工時(shí)刀具軌跡預(yù)覽和模擬，顯示運(yùn)行時(shí)的故障、伺服波形使維修更方便；通過rs232與pc機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)加工程序的上傳與下載；配置主軸編碼器能加工多種型式螺紋工件。3.2 fanuc 0i-a系統(tǒng)3.2.1伺服電源容量1.cnc控制單元的電源控制單元 24vdc10% 3.5acrt/mdi單元 0.8a2.伺服單元的電源額定電壓 三相ac220v 15%10% 2hzx向伺服電機(jī)選擇為 6/2000 1

15、.0kw 電源容量 1.5kvaz向伺服電機(jī)選擇為 12/2000 2.1kw 電源容量 3.3kva3.伺服用電源變壓器在一般動(dòng)作條件下系數(shù)取0.6，變壓器容量為：（1.53.3）0.62.88 kva3.2.2外圍設(shè)備 1.顯示器功能：用來顯示程序、參數(shù)、圖形、診斷并支持機(jī)床的操作控制單元通過視頻電纜、電源電纜與其相連2. mdi單元功能：用來輸入加工程序、設(shè)置參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入控制單元通過mdi電纜與其相連3. 手搖脈沖發(fā)生器（mpg）：它廣泛應(yīng)用于機(jī)床的手動(dòng)軸操作。mpg每轉(zhuǎn)輸出100個(gè)脈沖電信號(hào)，信號(hào)分a、b兩路，均為方波信號(hào)，其相位差為90度。mpg與cnc通過四根信號(hào)線(+5v 0v

16、 a b)相聯(lián)。cnc通過判斷其a、b信號(hào)相位超前或滯后關(guān)系來判斷mpg正反轉(zhuǎn)，通過檢測(cè)mpg所發(fā)脈沖個(gè)數(shù)來控制坐標(biāo)軸移動(dòng)的距離。4.模擬量輸出接口（主軸控制接口、進(jìn)給軸控制接口）數(shù)控系統(tǒng)可輸出0-10v的高分辨率模擬量電壓信號(hào)，用于控制主軸的轉(zhuǎn)速。控制單元與變頻器間模擬量的傳輸使用雙絞屏蔽電纜，且屏蔽層接地。5。主軸編碼器主軸編碼器與主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)以獲得與主軸同步的位置信號(hào)。其主要用于螺紋切削、主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控及主軸準(zhǔn)停等。4 數(shù)控機(jī)床5電控制4.1變頻器、變頻電機(jī)技術(shù)要求：主傳動(dòng)采用變頻分段無級(jí)調(diào)速，變頻調(diào)速范圍 1：3。根據(jù)技術(shù)要求，主電機(jī)可采用變頻器或主軸伺服單元進(jìn)行調(diào)速控制。主軸伺服控制：

17、調(diào)速范圍廣全速段機(jī)械特性好，具有速度反饋功能速度穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停、分度。圖表 1 伺服主軸電機(jī)特性 變頻調(diào)速控制：變頻器調(diào)頻范圍一般在1-400hz，低速段機(jī)械特性較差，在低頻5hz以下電機(jī)輸出扭矩較小。由于無速度反饋功能速度脈動(dòng)較高。在低速切削時(shí)易產(chǎn)生主軸輸出扭矩不夠和主軸速度下降。從圖表2變頻電機(jī)特性曲線可以看出，變頻電機(jī)在150轉(zhuǎn)（5hz）以下運(yùn)行時(shí)特性較軟，在150-1500轉(zhuǎn)范圍內(nèi)運(yùn)行扭矩輸出平穩(wěn)。合理選擇電機(jī)的運(yùn)行區(qū)間完全可以滿足技術(shù)要求。根據(jù)要求調(diào)速范圍為1：3，我們選擇電機(jī)的范圍為5003500轉(zhuǎn)，其運(yùn)行區(qū)間被恒扭矩區(qū)完全覆蓋，可以滿足設(shè)計(jì)要求. 變頻器具有多種保護(hù)功能和故

18、障顯示功能，如過電壓、欠電壓、過電流、過熱等保護(hù)。能方便與cnc系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速控制。圖表 2變頻電機(jī)特性曲線 由以上分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知：變頻電機(jī)選擇為dp160m4，變頻器選擇為frn 11 g11s-4，它們的主要技術(shù)參數(shù)如下：dp160m4電機(jī)主要數(shù)據(jù):額定電壓三相380v 額定頻率50hz 功率 11kw 額定轉(zhuǎn)矩 71.90nm 額定電流 22.60a 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)頻范圍550hz 恒功率調(diào)頻范圍 50-200 hzfrn 11 g11s-4變頻器主要數(shù)據(jù)：額定容量 11kva 額定輸出電流 24a 額定輸出頻率50hz 額定電壓三相380v 電源容量 15kva參數(shù)設(shè)定參看變

19、頻器說明手冊(cè)過電流、過載保護(hù)開關(guān)qf1選擇變頻器額定輸出電流 24a4.2控制設(shè)計(jì)4.2.1變頻器信號(hào)連接富士變頻器為交流變頻調(diào)速裝置，其控制參數(shù)可通過鍵盤、液晶顯示屏進(jìn)行設(shè)定。其外部接線圖如下： 圖4變頻器的接線圖r s t 三相380-480v 50hz交流電源11 12頻率設(shè)定模擬量輸入few rev cm正反轉(zhuǎn)控制x1x9可選擇功能輸入信號(hào)u v w變頻器輸出端子接電機(jī)30a 30b 30c總報(bào)警輸出p（+） p() thr cm外接制動(dòng)單元，制動(dòng)電阻y1y4選擇功能輸出信號(hào)4.2.2變頻器控制變頻器的電源為三相交流380v 50hz，其輸入經(jīng)斷路器qf2接觸器km1接入變頻器rst電

20、源輸入端子，經(jīng)變頻器u v w端子輸出到變頻電機(jī)。qf2對(duì)變頻器進(jìn)行短路過載保護(hù)，km1在機(jī)床出現(xiàn)緊急停止時(shí)對(duì)變頻器進(jìn)行斷電處理。qf2、km1的輔助觸點(diǎn)引入plc對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。從數(shù)控系統(tǒng)的接口輸出0-10v頻率設(shè)定模擬量，經(jīng)變頻器11 12端子引入，對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行控制，進(jìn)而對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。few rev端子對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，plc輸出的正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)經(jīng)中間繼電器接入。few 接通電機(jī)正轉(zhuǎn)，rev接通電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)斷電機(jī)停。x1x9 y1y4端子可選擇功能輸入出信號(hào)。5 數(shù)控機(jī)床的邏輯控制5.1主軸s功能和刀臺(tái)控制5.1.1主軸s功能本機(jī)床采用四檔無級(jí)變速，利用m接口實(shí)現(xiàn)主

21、軸機(jī)械分段換檔，利用s接口實(shí)現(xiàn)速度控制。根據(jù)iso m功能代碼的表述，則其控制流程如下：圖6主軸的s功能控制流程1主軸變速過程如下：主軸在變頻電機(jī)的帶動(dòng)下低速正反擺動(dòng),此時(shí)對(duì)應(yīng)的換檔油缸得電推動(dòng)變速齒輪進(jìn)行換檔。當(dāng)變速油缸上方的接近開關(guān)給出齒輪到位信號(hào)后，換檔結(jié)束。輸入m03、s100主軸即以100r/min的速度正轉(zhuǎn)，輸入m04、s150主軸即以150r/min的速度反轉(zhuǎn)，輸入m05主軸停。2主軸速度控制s功能通過數(shù)控系統(tǒng)的模擬量接口來完成。其輸出與主軸速度相對(duì)應(yīng)的10v 到10v或10v連續(xù)可調(diào)模擬量，與變頻器結(jié)合實(shí)現(xiàn)主軸速度的控制。3主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止功能使用m功能的m03、m04、m

22、05代碼來實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行m03、m04、m05指令時(shí)，cnc通知plc來完成m代碼的譯碼工作，相應(yīng)的輸出口動(dòng)作通知變頻器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。m03指令 plc譯碼 正轉(zhuǎn)繼電器吸合 變頻器正轉(zhuǎn)功能接通 返回m03指令結(jié)束信號(hào)。5.1.2刀臺(tái)控制圖7刀臺(tái)的控制流程本機(jī)床采用電動(dòng)四工位刀架控制流程如下:首先系統(tǒng)給出換刀指令如t10、t20、t30、t40，x11.2由于不在刀位其信號(hào)狀態(tài)為高電平，梯形圖顯示為導(dǎo)通狀態(tài)，nc輸出f26.0、f26.1、f26.2.經(jīng)譯碼后，y1002.3導(dǎo)通,外部繼電器ka3吸合km4動(dòng)作刀架電機(jī)通電正轉(zhuǎn)，刀架松開并開始轉(zhuǎn)位，1工位霍爾開關(guān)信號(hào)由低電平“0”變?yōu)?/p>

23、高電平“1”。到達(dá)2工位霍爾開關(guān)信號(hào)由高電平“1”變?yōu)榈碗娖健?”。刀架繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，2工位霍爾開關(guān)信號(hào)由低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”。到達(dá)3工位霍爾開關(guān)信號(hào)x11.2由高電平“1”變?yōu)榈碗娖健?”。電機(jī)反轉(zhuǎn)，刀架開始鎖緊，電機(jī)反轉(zhuǎn)1.8秒后電機(jī)停轉(zhuǎn)。圖8霍爾元件接線圖：圖9刀臺(tái)控制梯形圖f7.3刀具t代碼選通信號(hào)；f1.1系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)；f26.0、f26.1、f26.2 nc刀具指令t代碼輸出;x1008.4急停信號(hào);x11.0、x11.1、x11.2、x11.3刀具四個(gè)工位到達(dá)信號(hào)；y1002.3刀架正轉(zhuǎn)；y1002.2刀架反轉(zhuǎn)；r中間繼電器;sub3時(shí)間繼電器.4. 2方式選擇 md1 md

24、2 md3方式信號(hào)狀態(tài)md4md2md11編輯 edit0112存儲(chǔ)器運(yùn)行 mem0013手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入 mdi0004手輪1005手動(dòng)連續(xù)1016手動(dòng)回原點(diǎn)101方式選擇信號(hào)為格雷碼，在進(jìn)行機(jī)床操作時(shí)應(yīng)首先選擇機(jī)床的工作方式。數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)輸入信號(hào)來通知當(dāng)前所選定的操作方式5.3數(shù)控機(jī)床用pcfanuc 0i-ta作為基本的功能提供給用戶.其軟件和硬件被作為cnc系統(tǒng)的基本功能而與cnc其它功能一起設(shè)計(jì)制造.因此具有較5的針對(duì)性.5.3.1 pc輸入輸出信號(hào)pc的輸入輸出信號(hào)有兩類，一類直流輸入輸出信號(hào),一類交流輸入輸出信號(hào)。直流輸入信號(hào)是指機(jī)床側(cè)的開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)、傳感器等采集到的通斷信

25、號(hào)。如:限位開關(guān)、操作面板上的按鈕開關(guān)、pc的輸入輸出接點(diǎn)。 圖10直流輸入信號(hào)原理直流輸出信號(hào)來自pc,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送至機(jī)床側(cè)，驅(qū)動(dòng)繼電器線圈、指示燈信號(hào)。圖11直流輸出信號(hào)原理5.3.2信號(hào)要求di觸點(diǎn)容量:30v dc16mado最大負(fù)載電流 ：200ma 耐壓 24v20%當(dāng)輸出控制對(duì)象是電磁閥、電磁離合器等負(fù)載時(shí)，其工作電壓或電流超過最大允許值必須使用中間繼電器。中間繼電器線圈兩端要并聯(lián)續(xù)流二極管。5.3.3 pc指令在設(shè)計(jì)控制程序時(shí),基本指令用的較多,由于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的邏輯較為復(fù)雜,因此必須借助功能指令來簡(jiǎn)化編程,如二進(jìn)制運(yùn)算、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制、一致比較等.就fanuc的pmc-l來說

26、,基本指令有12種，功能指令有35種.pmc-l的輸入輸出信號(hào)f*.* 為cnc送pmc 信號(hào)g*.* 為pmc送cnc 信號(hào)x*.* 為機(jī)床送pmc信號(hào)y*.* 為pmc送機(jī)床信號(hào)r*.* 為內(nèi)部繼電器d*.* 為保持型存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)5.4操作面板機(jī)床操作面板主要用于手動(dòng)方式或自動(dòng)方式下對(duì)運(yùn)動(dòng)的操作。5.4.1方式選擇1.自動(dòng)運(yùn)行方式（auto） 2.程序編輯方式（edit） 3.手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式（mdi）4.手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給（jog）5.手輪進(jìn)給方式 6.回原點(diǎn)方式 5.4.2其它功能1.單程序段 2.機(jī)床鎖緊3.空運(yùn)行4.程序跳選5.主軸正反停6.冷卻啟停7.循環(huán)啟動(dòng)8.進(jìn)給暫停9.急停10.

27、xz手動(dòng)進(jìn)給按鈕等。6 電器元件選擇6.1功能要求和參數(shù)計(jì)算6.1.1功能要求1 電源選用380v 50hz，三相四線制。2 數(shù)控系采用fanuc 0i-ta半閉環(huán)控制系統(tǒng)。3 主電機(jī)選用dp160m44 x軸選用6nm電機(jī) ， z軸選用12nm電機(jī)。5 主軸配有編碼器用于車削螺紋和顯示主軸轉(zhuǎn)速。6 冷卻電機(jī)選用 aob-25 90w 2極。7 刀架電機(jī)選用 120w 2極。8 液壓電機(jī)選用 ao2-7124-b39 交流控制回路選用交流110v 50hz。10.工作照明電路選用220v 50hz。11.給伺服控制器提供380v電源。12.為防止交流接觸器和電機(jī)啟動(dòng)或停止干擾系統(tǒng)工作電機(jī)進(jìn)線和

28、交流接觸器線圈兩端需加電子滅弧器13.保護(hù)斷路器有以下功能：瞬時(shí)短路跳開、電機(jī)過載跳開?？刂苹芈放c動(dòng)力回路必須用隔離變壓器隔離。6.1.2功能參數(shù)計(jì)算從機(jī)床電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)查出：1 dp160m4電機(jī)主要數(shù)據(jù):額定電壓三相380v 額定頻率50hz 功率 11kw 額定轉(zhuǎn)矩 71.90nm 額定電流 22.60a 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)頻范圍550hz 恒功率調(diào)頻范圍 50-200 hz2 冷卻電機(jī)aob-25 90w 2極 2800 r/min 額定電流0.32a。3 刀架電機(jī)120w 2極 1440r/min 額定電流0.6a。4 液壓電機(jī)型號(hào): ao2-7124-b3 功率：370w 額定電流 0.956

29、a6.2接觸器的選用和熔斷器選擇6.2.1接觸器的選用1. 控制冷卻電機(jī)的交流接觸器選用a線圈電壓110v 50hz 。b主觸頭電壓380v。c主觸頭額定電流根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：icn=pnx1000/kunicn=0.09x1000/1x380=0.24a根據(jù)以上參數(shù)查沈陽二一三電器產(chǎn)品樣本第24頁選用型號(hào)為bc98-0911 內(nèi)置電子滅弧器 額定電流9a ， 1個(gè)常開輔助觸頭 1個(gè)常閉輔助觸頭，輔助觸頭額工作電流6a 額定絕緣電壓690uiv 機(jī)械壽命1500次 線圈電壓 110v 50hz 線圈功耗起動(dòng)95va 。2 .控制刀架電機(jī)的交流接觸器選用a.線圈電壓110v 50hz 。b.主觸頭電

30、壓380v。c.主觸頭額定電流根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：icn=pnx1000/kunicn=0.12x1000/1x380=0.32a選用型號(hào)為bc98-0911。 3. 控制變頻器的交流接觸器選用a.線圈電壓110v 50hz 。b.主觸頭電壓380v。c.主觸頭額定電流 icn=24a選用型號(hào)為bc98-3211。6.3保護(hù)電動(dòng)機(jī)斷路器選用根據(jù)斷路器過載保護(hù)選用原則，斷路器選用應(yīng)是被保護(hù)電動(dòng)機(jī)額定電流的1.11.25倍，斷路器整定電流調(diào)節(jié)范圍是60%-100%。a.冷卻電機(jī)保護(hù)斷路器選用型號(hào): m611 0.2-0.63a可整定到0.32a。b.刀架電機(jī)保護(hù)斷路器選用型號(hào): m611 0.63-1a

31、可整定到0.7a，因?yàn)榈都芏ㄎ粫r(shí)是利用刀架電機(jī)的反轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)后壓緊，整定值應(yīng)略高一些。c.液壓電機(jī)保護(hù)斷路器選用型號(hào): m611 1-1.6a可整定到1.2a。d. 變頻器保護(hù)斷路器選用型號(hào): m611 24-32a可整定到24a。 e.伺服變壓器保護(hù)斷路器選用型號(hào): m611 10-16a可整定到10a。6.4電動(dòng)機(jī)電子滅弧器選用a 刀架電機(jī)選用蘇州四通電器廠產(chǎn)型 號(hào)為:sm-1b 冷卻電機(jī)選用蘇州四通電器廠產(chǎn)型 號(hào)為:sm-1c液壓電機(jī)選用蘇州四通電器廠產(chǎn)型 號(hào)為:sm-16.5控制回路隔離變壓器選擇和熔斷器選擇6.5.1控制回路隔離變壓器選擇jbk3500.初級(jí)線圈電壓為380v;次級(jí)線圈為

32、110v/110va 24v/50va 220v/250va6.5.2熔斷器選擇1.控制變壓器初級(jí)熔斷器選擇：控制變壓器初級(jí)電流imax=500va/380v=1.3airn=(1.52.5)imax (1.52.5)取2.5irn=2.5imax=2.5x1.3=3.3 采用rt14 4a。2.控制變壓器次級(jí)110va 110v熔斷器選擇：控制變壓器次級(jí)電流imax=110va/110v=1airn=(1.52.5)imax (1.52.5)取2irn=2imax=2x1a=2a 采用rt14 2a?？刂谱儔浩鞔渭?jí)50va 24v熔斷器選擇：其主要為40w照明燈提供電源采用rt14 2a。6

33、.6導(dǎo)線的選擇和總空氣開關(guān)選擇6.6.1導(dǎo)線的選擇依據(jù)主電動(dòng)機(jī)功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流，主電機(jī)動(dòng)力回路選用截面積4平方毫米bvr；根據(jù)gb5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黑色。依據(jù)冷卻電動(dòng)機(jī)功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流，主電機(jī)動(dòng)力回路選用截面積0.75平方毫米bvr；根據(jù)gb5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黑色。依據(jù)電動(dòng)刀架電動(dòng)機(jī)功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流，電機(jī)動(dòng)力回路選用截面積1平方毫米bvr；根據(jù)gb5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黑色。依據(jù)液壓電動(dòng)機(jī)功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流，電機(jī)動(dòng)力回路選用截面積1平方毫米bvr；根據(jù)gb5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黑色。依

34、據(jù)控制回功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流，控制回路選用截面積0.75平方毫米bvr；根據(jù)gb5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用紅色。 接地保護(hù)回路依據(jù)負(fù)載選用截面積0.75平方毫米bvr；gb5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黃綠雙色6.6.2總空氣開關(guān)選擇依據(jù)各控制回路所需電流總和：i =主電機(jī)22.6a+冷卻電機(jī)0.32a+電動(dòng)刀架0.s6a+液壓0.97a+其它2a+侗服控制10a=36.69a.自動(dòng)空氣開關(guān)選用型號(hào)為jcm163s/330 50a參看有關(guān)手冊(cè)導(dǎo)線直徑選4mm2 電線載流量為25a結(jié) 論經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次ad系列普車數(shù)控化改造電氣部分的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)系統(tǒng)工程，是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素