基于HNC_18iM的數(shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、 PAGE53 / NUMPAGES64 自動化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于HNC-18iM的數(shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)計專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術(shù)） Graduation Design (Thesis)Design of The Electrical Control System for The CNC Milling Machine Based On HNC-18iMBySupervised byProf. XIA xxxSenior Experimentalist. xxxSchool of AutomationxxxxJune, 2011畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性

2、聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或

3、其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳?。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的

4、全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評價：一、撰寫（設(shè)計）過程1、學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 與格 不與格4、研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 優(yōu) 良 中 與格 不與格5、完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計）

5、質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格建議成績：優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級前的畫“”）指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不

6、與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格建議成績：優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級前的畫“”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）與教學(xué)系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況

7、優(yōu) 良 中 與格 不與格3、學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 與格 不與格二、論文（設(shè)計）質(zhì)量1、論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、是否完成指定的論文（設(shè)計）任務(wù)（包括裝訂與附件）？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格三、論文（設(shè)計）水平1、論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 優(yōu) 良 中 與格 不與格2、論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 與格 不與格3、論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 與格 不與格評定成績：優(yōu) 良 中 與格 不與格（在所選等級前的畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見：系主

8、任： （簽名）年 月 日摘 要本論文完成基于HNC-18iM的數(shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計中主要使用電氣元件為華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-18iM銑削系統(tǒng)、HVS-16全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元、施耐德ATV31系列主軸變頻器、GK6系列交流永磁同步伺服電機等。主要接觸器與空氣開關(guān)選用施耐德與正泰電器的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，保證系統(tǒng)設(shè)計的安全性與系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性，減少產(chǎn)品故障率。在設(shè)計過程中，以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以電器元件實物為基礎(chǔ)，以公司資料為參考，獨立完成了數(shù)控銑床的電氣控制部分設(shè)計。擺脫了畢業(yè)設(shè)計不結(jié)合工程實際，缺少動手實踐的弊端。不但參與了機床電氣柜底板的制作和電氣元件的布局與接線，而且進行了機床的通電調(diào)試

9、。通過實際的通電調(diào)試與試加工，驗證了電氣原理圖設(shè)計的正確性和可行性。關(guān)鍵詞：華中數(shù)控；CNC；數(shù)控銑床；升降臺 ABSTRACTThis thesis complete the electrical control system design of the CNC milling machine based on HNC-18iM. The main use of electrical components in the design include Huazhong HNC-18i milling system, HVS-16 all-digital AC servo drive unit,

10、 Schneider ATV31 series of the spindle converter and GK6 series of permanent-magnet synchronous motors. The main contactor and air-switch select the quality products of Schneider and Chint, and ensure the safety and stability of the system to reduce the failure rate of the productThe thesis complete

11、 the electrical control system design of the CNC milling machine based on the product standards, electrical components and company information independent. With the problems in projects, that overcomes the lack of hands-practice abuses. Not only participated to product the electrical counter and dis

12、tribution of electrical components and wiring, but also participated in commissioning. Through the actual test and debug, its proved the correctness and feasibility of the electrical schematics.Keywords： Huazhong NC; CNC; milling machine; lifting table目 錄第一章 緒論11.1 概述11.1.1 國外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r11.1.2 研究與學(xué)習(xí)國產(chǎn)數(shù)

13、控系統(tǒng)的意義31.1.3 華中數(shù)控系統(tǒng)簡介 .4 1.2 畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)和要求51.2.1 畢業(yè)設(shè)計的容和要求51.2.2畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的技術(shù)文件5第二章 數(shù)控銑床電氣設(shè)計方案6 2.1 CNC-6KI精密升降臺數(shù)控銑床參數(shù)簡介6 2.2 數(shù)控銑床的組成7 2.3 數(shù)控系統(tǒng)功能簡介72.3.1 HNC-18i/19i系列數(shù)控裝置與功能概述72.3.2 數(shù)控裝置型號編號說明82.3.3 數(shù)控裝置接口功能描述82.3.4 HNC-18i數(shù)控系統(tǒng)綜合接線圖9 2.4 畢業(yè)設(shè)計基本思路10第三章 數(shù)控機床硬件詳細(xì)設(shè)計與分析13 3.1機床電源電路設(shè)計143.1.1 控制變壓器電路設(shè)計143.1.2 伺

14、服變壓器電路設(shè)計14 3.2 數(shù)控裝置與主軸裝置的連接153.2.1 主軸控制接口XS5定義163.2.2 施耐德變頻器接口定義17 3.3 數(shù)控裝置與進給驅(qū)動裝置的連接193.3.1數(shù)控裝置軸控制接口XS1-XS3接口定義193.3.2 HVS-16系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元產(chǎn)品簡介223.3.3 GK6系列交流永磁同步伺服電機簡介273.3.4 HNC-18i連接伺服驅(qū)動裝置原理圖28 3.4 數(shù)控裝置與手持單元的連接303.4.1 HNC-18i/19i手持接口定義303.4.2 手持單元連接原理圖31 3.5 數(shù)控裝置開關(guān)量輸入輸出323.5.1 開關(guān)量輸入接口特性與設(shè)計電路323.5

15、.2 開關(guān)量輸出接口提醒與設(shè)計電路34 3.6 升降臺升降控制電路設(shè)計363.6.1 升降臺電機控制主電路圖363.6.2 升降臺電機控制部分電路圖37 3.7 冷泵和潤滑控制電路383.7.1 冷泵控制電路383.7.2 潤滑控制電路38第四章 參數(shù)設(shè)置39 4.1 數(shù)控裝置參數(shù)設(shè)置394.1.1 機床參數(shù)設(shè)置394.1.2 坐標(biāo)軸參數(shù)設(shè)置39 4.2 HVS-16伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置42 4.3 施耐德變頻器參數(shù)設(shè)置45第五章 總結(jié)49致50參考文獻51第一章 緒 論1.1概述1.1.1 國外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀世紀(jì)人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應(yīng)用，計算機與控制技術(shù)在機械制造設(shè)備中的

16、應(yīng)用是世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進步。自從年美國第臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了個年頭。數(shù)控設(shè)備的發(fā)展包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以與各類專機，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族。而數(shù)控系統(tǒng)則是數(shù)控機床和數(shù)控裝備的“大腦”，如同之于產(chǎn)業(yè)。數(shù)控系統(tǒng)是決定數(shù)控機床和數(shù)控裝備的性能、功能和可靠性的關(guān)鍵因素。多年來，由于我國數(shù)控軟硬件研究開發(fā)的基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)積累少，研發(fā)隊伍的實力較弱，研發(fā)的投入力度不夠，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在性能與功能上與國外的差距較大。加上國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展早期由于質(zhì)量性能問題曾給用戶留下的疑慮，導(dǎo)致我國每年生產(chǎn)的高檔數(shù)控系統(tǒng)只占年購買量的1.5%，大量的高性能數(shù)控系統(tǒng)仍然依賴進口。截

17、至2005年底，日本發(fā)那科公司和德國西門子公司兩大數(shù)控業(yè)巨頭在中國的數(shù)控系統(tǒng)銷售量分別為12000臺和7000臺，基本上壟斷了中國中高檔數(shù)控系統(tǒng)市場近年來，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和可靠性已大幅提高，與國外的差距也不斷縮小。從技術(shù)層面看，國產(chǎn)中檔數(shù)控系統(tǒng)已基本滿足國生產(chǎn)的數(shù)控機床的技術(shù)要求，國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)也實現(xiàn)了零的突破。然而技術(shù)上的突破并不等于市場上的突破。特別是在數(shù)控系統(tǒng)正朝著智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的今天，日本發(fā)那科和德國西門子等國際數(shù)控系統(tǒng)廠商生產(chǎn)的能夠?qū)崿F(xiàn)多軸、多通道、高速和高精度切削、復(fù)合化加工的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)在市場上暢銷，而我國數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化卻依然無法消除國用戶對國產(chǎn)數(shù)控

18、系統(tǒng)可靠性的疑慮。面對經(jīng)歷了幾十年發(fā)展的FANUC、SIEMENS、Mitsubishi、NUM、FAGO等國外廠商的壟斷、圍堵，我國國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)面臨著巨大的危機與壓力，如何讓國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能夠能快的占領(lǐng)市場，獲得用戶的認(rèn)可成為當(dāng)代中國數(shù)控人面臨的重大任務(wù)。美、德、日三國是當(dāng)今世上在數(shù)控機床科研、設(shè)計、制造和使用上，技術(shù)最先進、經(jīng)驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。 1）美國的數(shù)控發(fā)展史美國政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務(wù),并且提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。因而在機床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如1952

19、年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機床的主機設(shè)計、制造與數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。但是偏重于基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì)80代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進的日本超過，并大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(chǎn)量又逐漸上升。 2）德國的數(shù)控發(fā)展史德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位

20、，在多方面大力扶植。，于1956年研制出第一臺數(shù)控機床。德國特別注重科學(xué)試驗，理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機床質(zhì)量與性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍與世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機與配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司的數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。 3）日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引

21、導(dǎo)發(fā)展。在重視人才與機床元部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì)量管理與數(shù)控機床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀(jì)80年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。銷售額在世界市場上占50%，在國約占70%，對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大促進作用。 另外，日本三菱公司的數(shù)控系統(tǒng)也在

22、中國占有大量的市場。三菱與發(fā)那科公司的數(shù)控系統(tǒng)在中國市場中超過了半壁江山。4）我國數(shù)控技術(shù)現(xiàn)狀 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，19982004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加

23、明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力與數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之問的差距。1.1.2 研究與學(xué)習(xí)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的意義對比世界數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展格局，我們認(rèn)識到國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)與國外著名系統(tǒng)之間還存在巨大的差距，尤其在系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性方面，我國數(shù)控系統(tǒng)急待提高，延長系統(tǒng)的連續(xù)加工時間。由于在可靠性方面的差距，國產(chǎn)數(shù)控

24、系統(tǒng)的故障率較高，廣大用戶心存疑慮，所以市場占有率較低，國推廣較困難。目前，國大的機床生產(chǎn)廠家80%的數(shù)控系統(tǒng)依然使用外國品牌。近年來，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上有了很大進步，國家也培養(yǎng)壯大了部分?jǐn)?shù)控生產(chǎn)廠家，比如華中數(shù)控、凱恩帝數(shù)控、數(shù)控、航天數(shù)控等，在還有華興數(shù)控、新方達數(shù)控等。數(shù)控化是制造業(yè)的一場革命。21世紀(jì)機械制造業(yè)的競爭，實質(zhì)上是數(shù)控技術(shù)的競爭。黨和國家從戰(zhàn)略高度給以關(guān)注和部署。“十一五”規(guī)劃提出加快發(fā)展先進制造業(yè)。高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造技術(shù)被列入國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃16個重大專項。數(shù)控技術(shù)關(guān)系到國家經(jīng)濟利益、產(chǎn)業(yè)安全和國防安全。同時，數(shù)控技術(shù)是用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)和

25、典型代表。從國家發(fā)展戰(zhàn)略需求出發(fā)，加快發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是我國的當(dāng)務(wù)之急。目前我國每年需進口1400億美元商品，其中70%是用來購買外國的生產(chǎn)線和各種工農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)的機械化、自動化設(shè)備。隨著這些裝備數(shù)控化程度的日益提高，我國進口這些設(shè)備所花費的外匯也迅速攀升。在整個數(shù)控機床中，數(shù)控系統(tǒng)部分的造價又占到了30%50。 而目前中國市場上高端數(shù)控系統(tǒng)90以上的份額都掌控在國外著名數(shù)控公司的手中。如果外國公司不再為我國提供數(shù)控系統(tǒng)，中國的裝備制造業(yè)將面臨滅頂之災(zāi)。 由于數(shù)控系統(tǒng)對軍事工業(yè)水平有著決定性的作用，國外數(shù)控系統(tǒng)廠商都將復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)視作一種超越經(jīng)濟價值之上的戰(zhàn)略物資看待。目前，國外某些數(shù)控系統(tǒng)廠

26、商對我們購進的高性能五軸聯(lián)動數(shù)控產(chǎn)品的最終用戶和最終用途做出了十分嚴(yán)格的限制。在這個問題上，價值規(guī)律完全不起作用，尤其是一些關(guān)鍵、復(fù)雜數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，更是想買都買不來。 國外對我國卻一直采取技術(shù)封鎖、高檔產(chǎn)品限制、低檔產(chǎn)品傾銷的歧視政策。慘痛的歷史教訓(xùn)使我們明白了一個硬道理：對于數(shù)控系統(tǒng)這樣的戰(zhàn)略高技術(shù)，靠錢引進根本辦不到；盲目效仿國外，也只會落后挨打，受制于人；中國數(shù)控產(chǎn)業(yè)的唯一出路，就是走自主創(chuàng)新之路！ “如果數(shù)控機床全都配備國外數(shù)控系統(tǒng)，即使產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，我國機床廠也不過是國外產(chǎn)品的加工中心組裝中心，而不是制造中心！”中國機床工業(yè)協(xié)會數(shù)控系統(tǒng)分會理事長、國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任吉紅

27、教授呼吁：“我們要想成為制造大國并最終成為制造強國，中國裝備就不能沒有中國大腦?！蔽覈臄?shù)控技術(shù)的進步和發(fā)展除了技術(shù)本身的問題外，還需要國家政策的鼓勵和扶持，以與制造裝備廠商的支持。一方面將國外數(shù)控技術(shù)水平的差異量化，明確國產(chǎn)控制器的努力方向；另一方面，打破進口品牌的神話，為國產(chǎn)品牌的數(shù)控產(chǎn)品的應(yīng)用推廣提供機遇，以華中數(shù)控、數(shù)控、數(shù)控、數(shù)控、齊重數(shù)控等企業(yè)為代表的中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，從“以技術(shù)引進消化吸收為主”到“主要依靠自主創(chuàng)新”，走出了具有中國特色的數(shù)控技術(shù)發(fā)展之路。中國的數(shù)控技術(shù)趕超世界先進水平是任重而道遠(yuǎn)，通過以企業(yè)為核心的新型產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新模式組織下，充分利用通用技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)手段，實現(xiàn)

28、制造技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的融合，通過堅持不懈的努力，自主創(chuàng)新，逐步打破技術(shù)封鎖和遏制，加速技術(shù)進步，是大有希望的。1.1.3 華中數(shù)控系統(tǒng)簡介1994年，華中科技大學(xué)發(fā)起組建華中數(shù)控股份。不到12年的時間，華中數(shù)控就從一個名不見經(jīng)傳的校辦企業(yè)，發(fā)展壯大為民族數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)排頭兵，成為中國高?？萍汲晒a(chǎn)業(yè)化的一個具有樣本意義的典。 在國家“八五”攻關(guān)項目支持與中國工程院院士周濟的指導(dǎo)下，華中科技大學(xué)數(shù)控專家拋棄了西方普遍采用的“基于專用計算機”的研發(fā)思路，走“以通用工業(yè)微機為硬件平臺，以DOS、Windows為開放式軟件平臺”的技術(shù)路線。這一創(chuàng)新的技術(shù)路線避開了制約我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的硬件制造

29、“可靠性”瓶頸，使得中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與國際同行站在了同一起跑線上，通過軟件技術(shù)的創(chuàng)新，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突破，用通用的工業(yè)計算機和電子器件，自主開發(fā)出打破國外封鎖的4通道、9軸聯(lián)動的“華中I型”高性能數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)一舉獲得國家科技進步二等獎，這也是迄今為止國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)獲得的最高國家級獎項，大大提升了企業(yè)對國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的認(rèn)可度。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的華中“世紀(jì)星”高、中、低端系列數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，年銷售近萬臺套，與國數(shù)十家著名主機廠實現(xiàn)了批量配套，主要包括HNC-21/22T、HNC-21/22M、HNC-18iT/19iT、HNC-18iM/19iM,以與在HNC-18i/19i基礎(chǔ)上最新開發(fā)的H

30、NC-18XP系統(tǒng)等等。其中五軸聯(lián)動數(shù)控產(chǎn)品打破國外技術(shù)封鎖，成為我國軍工企業(yè)選用的首臺全國產(chǎn)化高檔數(shù)控設(shè)備。在伺服驅(qū)動方面，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元和主軸伺服驅(qū)動單元系列產(chǎn)品。主要產(chǎn)品有：HVS-16、HVS-18D系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元，HVS-18S全數(shù)字交流伺服主軸驅(qū)動單元，最新的產(chǎn)品還包括HVS-160、HVS-162、HVS-18S-150A以與HJSV系列軍用全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元；在伺服電機與伺服主軸方面，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的GK6、GK7全系列永磁同步交流伺服電機和GM7系列交流伺服主軸實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，成為目前國唯一擁有成套核心技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)（包括數(shù)控

31、系統(tǒng)、伺服單元和電機、主軸單元與主軸電機等）和自主配套能力的企業(yè)。1.2 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)和要求1.2.1 畢業(yè)設(shè)計容和要求1）設(shè)計精密升降臺數(shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)原理圖。2）參與實際電器安裝。3）調(diào)試數(shù)控機床電氣系統(tǒng)。1.2.2 畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的技術(shù)文件1）數(shù)控銑床電氣控制系統(tǒng)原理圖。2）參數(shù)清單。3）撰寫畢業(yè)設(shè)計報告。第二章 數(shù)控銑床電氣設(shè)計方案2.1 CNC-6KI精密升降臺數(shù)控銑床參數(shù)簡介本次畢業(yè)設(shè)計是對CNC-6KI精密升降臺數(shù)控銑床配用華中HNC-18iM數(shù)控系統(tǒng)。該機床使用臺正精密機械的床身，機床特點為優(yōu)質(zhì)樹脂砂鑄件，時效處理，加強了床身強度，采用整體加強型滑枕設(shè)計，精密數(shù)控專用銑頭，

32、變頻調(diào)速，銑頭配研工藝，保持高精度，銑削加工精度達0.02-0.03mm。數(shù)控機床的外形結(jié)構(gòu)如圖2.1所示:圖2.1 CNC-6KI精密數(shù)控升降臺數(shù)控銑床外形結(jié)構(gòu)圖機床結(jié)構(gòu)參數(shù)如下（mm）： 工作臺尺寸： 1370330 T型槽（寬槽數(shù)槽距）：16365 行程 左右（X）：800 前后（Y）：330 上下（Z）：150 主軸管直徑：105 主軸端面距工作臺最大距離：430 主軸 轉(zhuǎn)速：704200 變頻 馬力：5HP2.2 數(shù)控銑床的組成1）基礎(chǔ)部件 由床身、立柱和工作臺等大部件組成，是銑床的基礎(chǔ)部件，它們可以是鑄鐵件，也可以是焊接鋼結(jié)構(gòu)件，均要承受銑床的靜載荷以與在加工時的切削載荷。故必須是

33、剛度很高的部件，亦是加銑床質(zhì)量和體積最大的部件。本機床床身為樹脂砂鑄鐵。2）主軸組件 它由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零件組成。其啟動、停止和轉(zhuǎn)動等動作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸是銑床的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對銑床的性能有很大的影響。本機床采用專用數(shù)控銑頭，通過變頻調(diào)速。3）控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床的數(shù)控部分是由CNC裝置、可編程控制器、伺服驅(qū)動裝置以與伺服電機等部分組成。它們是銑床執(zhí)行順序控制程序控制動作和完成加工過程中的控制中心。CNC裝置一般由中央處理器、存儲器和輸入、輸出接口組成。中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。C

34、NC系統(tǒng)主要特點是輸入存儲、數(shù)據(jù)的加工插補運算以與機床各種控制功能都通過計算機軟件來完成，能增加很多邏輯電路中難以實現(xiàn)的功能。計算機和其它裝置之間可通過接口設(shè)備聯(lián)接。當(dāng)控制對象改變時，只需改變軟件與接口。4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號轉(zhuǎn)換為機床移動部件的運動，其性能是決定機床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。數(shù)控機床普遍采用開環(huán)、半閉環(huán)和全閉環(huán)三種控制方式。本次設(shè)計采用半閉環(huán)方式。5）輔助裝置 包括潤滑、冷卻、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助裝置雖不直接參加切削運動，但對數(shù)控機床的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此，也是數(shù)控機床不可缺少的部分。2.

35、3 數(shù)控系統(tǒng)功能簡介2.3.1世紀(jì)星HNC-18i/19i 系列數(shù)控裝置特點與功能概述世紀(jì)星HNC-18i/19i 系列數(shù)控裝置（HNC-18i/T、HNC-18i/M、HNC-19i/T、HNC-19i/M ）采用先進的開放式體系結(jié)構(gòu)置嵌入式工業(yè)PC機、高性能32位中央處理器，配置5.7” 單色（18i系列）/彩色（19i系列）液晶顯示屏和標(biāo)準(zhǔn)機床工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、嵌式PLC 接口于一體，采用大容量電子盤程序存儲方式支持CF卡、DNC 、以太網(wǎng)、USB 等程序交換功能主要適用于數(shù)控車，銑床和簡易加工中心的控制。具有高性能、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高、價格低的

36、特點：最大聯(lián)動軸數(shù)為3 軸?？蛇x配各種類型的脈沖指令交流伺服驅(qū)動器或步進電機驅(qū)動器。配置標(biāo)準(zhǔn)機床工程面板不占用PLC 的輸入/輸出接口。配置32路輸入接口和24路功率放大光電隔離開關(guān)量輸出接口、手持單元接口、模擬主軸控制接口與主軸編碼器接口。采用5.7” 單色（18i 系列）/彩色（19i 系列）液晶顯示器(分辨率為240320 )全漢字操作界面,具有故障診斷與報警設(shè)置,圖形加工軌跡顯示和仿真功能,操作簡便,易于掌握和使用。采用國際標(biāo)準(zhǔn)G 代碼編程與各種流行的CAD/CAM 自動編程系統(tǒng)兼容,具有直線、圓弧、螺旋線插補、固定循環(huán)、旋轉(zhuǎn)、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序等功能。小線段連續(xù)加工功能，特

37、別適合于復(fù)雜模具零件加工。加工斷點保存/恢復(fù)功能，為用戶安全、方便使用提供保證。反向間隙和單、雙向螺距誤差補償功能，有效提高加工精度。巨量程序加工能力,配置大容量存儲器時可直接加工高達2GB的G代碼程序。置以太網(wǎng)RS232 接口易于實現(xiàn)機床聯(lián)網(wǎng)。512K 用戶存儲區(qū)其中400K 可用作用戶零件程序存儲區(qū),其余的為用戶數(shù)據(jù)區(qū)。系統(tǒng)外形尺寸為420260115 毫米（W H D 體積小巧，結(jié)構(gòu)牢靠，造型美觀。2.3.2 數(shù)控裝置型號編號說明： 華中數(shù)控系統(tǒng)型號編號如圖2.2所示：圖2.2 華中數(shù)控系統(tǒng)型號編號說明2.3.3數(shù)控系統(tǒng)接口功能描述HNC-18i/19i 數(shù)控裝置背面接口如圖2.3所示：

38、圖2.3 HNC-18i/19i數(shù)控裝置接口數(shù)控裝置接口介紹如下：XS1、XS2、XS3:進給軸控制接口XS4:主軸編碼器接口XS5:主軸控制接口XS6:PLC輸入接口XS7:手持單元接口XS9:PLC輸出接口XS10:外接鍵盤接口XS11：RS232接口XS12: USB接口XS13:以太網(wǎng)接口XS14:CF卡接口若使用DNC單元，則XS10、XS11、XS13為DNC單元的轉(zhuǎn)接口。電源接口在數(shù)控裝置背部的開關(guān)電源上。2.3.4 HNC-18i數(shù)控系統(tǒng)綜合接線圖圖2.4為HNC-18i/19i 數(shù)控裝置與其他裝置、單元連接的總體框圖：圖2.4 總體框圖圖中除電源接口外，其它接口都不是必須使用

39、的，在本次設(shè)計中，鍵盤、以太網(wǎng)、USB、主軸編碼器接口不使用。數(shù)控裝置通過XS1XS3接口控制進給裝置。一套系統(tǒng)中的進給裝置類型可以一樣，也可以不同，但最多只能連接三個進給軸。2.4 畢業(yè)設(shè)計基本思路 本次畢業(yè)設(shè)計完成基于華中HNC-18iM數(shù)控系統(tǒng)的精密升降臺數(shù)控銑床的電氣設(shè)計。以數(shù)控系統(tǒng)為核心，圍繞數(shù)控系統(tǒng)的相應(yīng)功能，完成外圍電氣控制電路的設(shè)計。主要容包括：主軸電機的變頻調(diào)速控制、三坐標(biāo)伺服驅(qū)動控制、升降臺的自動與手動升降控制、冷卻潤滑控制等。主要電氣結(jié)構(gòu)框圖如圖2.5所示圖2.5 電氣設(shè)計總體框圖分析與說明： CNC-6KI數(shù)控銑床采用華中HNC-18i/M數(shù)控系統(tǒng)，XS1、XS2、XS

40、3接口與HVS-16系列伺服驅(qū)動器連接，控制X、Y、Z三坐標(biāo)軸，伺服電機編碼器反饋至驅(qū)動器，再由驅(qū)動器將位置信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)偏差的小與方向控制電機向減小偏差的方向移動。圖 2.6 數(shù)控裝置與外圍設(shè)備連接框圖數(shù)控系統(tǒng)通過主軸變頻器控制主軸電機的轉(zhuǎn)速與方向。變頻器采用施耐德Altivar 31型號。主軸電機為三相異步電機。由于該銑床功能設(shè)計比較簡單，沒有攻螺紋功能，所以主軸電機沒有設(shè)計編碼器反饋。另外，由于華中數(shù)控系統(tǒng)的面板與系統(tǒng)集成于一體，很多面板操作功能都集成在系統(tǒng)中，不需要額外設(shè)計，因此機床輸入輸出量比較簡單。輸入開關(guān)量主要有：X、Y、Z軸三軸參考點開關(guān)、超程限位開關(guān)、急停

41、開關(guān)、外部報警、主軸報警等信號。輸出開關(guān)量主要有：主軸正反轉(zhuǎn)信號，冷泵開關(guān)信號。另外，系統(tǒng)還要設(shè)計RS232接口，方便數(shù)控機床與計算機通訊，傳輸加工程序。綜上所述，設(shè)計數(shù)控裝置與外圍設(shè)備連接框圖如圖2.6所示。第三章 機床電氣硬件詳細(xì)設(shè)計與分析CNC-6KI精密升降臺數(shù)控銑床的供電方式為三相四線制。首先由外部提供交流三相四線制AC380V電源接到電柜的電源開關(guān)上，即L1、L2、L3和PE接地端子。此時打開電源總開關(guān)QF1，控制變壓器就會通電，開關(guān)電源指示燈亮，說明機床外圍電源接通。在電源總開關(guān)合上的情況下，按機床操作面板上的系統(tǒng)啟動按鈕SB2，系統(tǒng)上電啟動，系統(tǒng)讀完數(shù)據(jù)執(zhí)行PLC后開始工作，X

42、、Y、Z軸故障連鎖無異常，伺服驅(qū)動器準(zhǔn)備好，軸制動器釋放，顯示屏無報警，這個時候說明已經(jīng)開始可以工作。按下SB4、SB5可進行升降臺的上升與下降。用戶可以根據(jù)顯示屏提示信息與要求進行各種操作，如需要停止以上狀態(tài)，按SB3系統(tǒng)停止按鈕，則系統(tǒng)、驅(qū)動停止工作。主軸電機控制方式有兩種：主軸采用三相變頻電機控制 主軸采用伺服主軸電機控制在本次設(shè)計中，由于機床為經(jīng)濟型數(shù)控銑床，考慮到價格與市場，因此主軸電機采用三相異步電機，高性能變頻器驅(qū)動主軸，系統(tǒng)模擬輸出010V電壓。改變變頻器輸入信號就可以完成對主軸的無級調(diào)速控制，主軸的正反轉(zhuǎn)與停止信號由系統(tǒng)指令控制或手動控制，主軸正反轉(zhuǎn)由繼電器KA2和KA3控制

43、，速度從70轉(zhuǎn)/每分鐘4200轉(zhuǎn)/每分鐘可調(diào),出廠設(shè)定4200轉(zhuǎn)/每分鐘為最高轉(zhuǎn)速。冷泵電機由繼電器模塊KA4控制KM2交流接觸器，只要KM2閉合，水泵電機就轉(zhuǎn)動。水泵電機的啟停是通過系統(tǒng)操作面板上的冷卻開關(guān)和用戶程序指令來控制完成的。潤滑電機是在系統(tǒng)啟動后就開始工作的，它是每隔一段時間自動潤滑一次，每次潤滑油量可以由用戶通過調(diào)整潤滑站上油量控制螺母進行調(diào)節(jié)。本機床共用了5個空氣開關(guān)，其中QF1、QF4、QF5是三相空氣開關(guān)，QF2、QF3是單相空氣開關(guān)。這些空氣開關(guān)主要是起到電源接通、斷開、短路保護和過流保護的作用。QF1.電源總開關(guān), 開關(guān)電源指示燈亮，機床外圍電源接通。QF2用于軸流風(fēng)扇

44、和為接觸器提供電源QF3用于電源指示燈和石英燈保護QF4伺服電源控制QF5變頻器控制正常情況下,上面介紹的5個空氣開關(guān)都要打到ON位置上.3.1 機床電源電路設(shè)計3.1.1 控制變壓器電路設(shè)計在系統(tǒng)電氣設(shè)計中，需要220V系統(tǒng)電源、110V接觸器和軸流風(fēng)扇電源、24V交流照明燈電源。24V中間繼電器直流電源。根據(jù)所需電源情況，設(shè)計控制變壓器電路如圖3.1所示：圖3.1 控制變壓器電路設(shè)計在控制電路中，當(dāng)總電源開關(guān)閉合后，軸流風(fēng)扇通電開始工作，電源指示燈亮，指示機床外圍已上電，可以打開或關(guān)閉石英燈。按下系統(tǒng)上電按鈕SB2，接觸器KM1通電，輔助觸點閉合自鎖，主觸點KM1閉合，220V系統(tǒng)電源上電

45、，系統(tǒng)通電。同時潤滑泵開始工作，每隔一段時間自動潤滑一次。當(dāng)加工工作完畢需要關(guān)閉系統(tǒng)電源時，按下按鈕SB3，接觸器KM1線圈斷電，主觸點斷開，系統(tǒng)關(guān)閉。如要關(guān)閉機床電源，則可將空氣開關(guān)QF1觸點拉下，整個機床斷電，電源指示燈熄滅。電源設(shè)計中，由于中間繼電器需要24V直流電源，因此需要設(shè)計直流電源，220V交流電源進入整流裝置后，輸出24V直流電源，供中間繼電器和和系統(tǒng)使用。3.1.2 伺服變壓器控制電路設(shè)計機床伺服驅(qū)動器和伺服電機額定電壓為交流220V，因此設(shè)計一個三相220V變壓器，通過空氣開關(guān)QF4保護電路為伺服控制電路供電。電路如圖3.2所示：圖3.2 伺服變壓器控制電路設(shè)計如圖3.2所

46、示，伺服驅(qū)動和伺服電機額定電壓為220V，所以采用220V三相變壓器，通過空氣開關(guān)QF4連接到接觸器KM5。由KM5控制伺服驅(qū)動和電機的電源通斷。當(dāng)系統(tǒng)上電后，直流電源的0V電壓連接到X軸伺服故障連鎖輸入端，再由X軸故障連鎖輸出端連接到Y(jié)軸故障連鎖輸入端，如此依次連接到Z軸故障連鎖輸入端，由Z軸故障連鎖輸出端連接到中間繼電器觸點KA1。通過驅(qū)動器部檢測電路，若X、Y、Z三軸伺服驅(qū)動器工作無異常，則故障連鎖輸出信號導(dǎo)通，中間繼電器KA1線圈通電，KA1觸點閉合，隨之接觸器KM5線圈通電，主觸點閉合，伺服驅(qū)動器工作。3.2 數(shù)控裝置與主軸裝置的連接HNC-18i數(shù)控裝置通過XS5主軸控制接口可連接

47、各種主軸驅(qū)動器，實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)、定向、調(diào)速等控制，還可以通過XS4外接主軸編碼器，實現(xiàn)螺紋車削和銑床上的剛性攻絲功能。本次設(shè)計中機床沒有攻絲功能，因此不使用主軸編碼器功能。常用的主軸驅(qū)動器包括交流變頻器、主軸伺服單元（可獲得較寬的調(diào)速圍和良好的低速性能）等，可利用主軸控制接口（XS5）中的模擬量電壓輸出信號（AOUT:0+10V），作為主軸驅(qū)動器的信號給定，在一定圍實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速。主軸啟?？刂朴蒔LC承擔(dān)，利用Y0.2、Y0.3控制主軸裝置的正、反轉(zhuǎn)與停止，一般定義接通有效，當(dāng)Y0.2接通時可控制主軸裝置正轉(zhuǎn)，Y0.3接通時，主軸裝置反轉(zhuǎn)，二者都不接通時，主軸裝置停止旋轉(zhuǎn)。3.2.1主軸控制

48、接口XS5定義XS5主軸控制接口，包括主軸速度模擬電壓指令輸出和主軸狀態(tài)控制PLC開關(guān)量信號，其信號引腳分布如圖3.3：圖3.3 主軸控制接口XS5引腳分布信號定義如表3.1所示：表3.1 主軸控制接口XS5引腳定義信號名說明+24V,24VGPLC DC24V電源X1.0主軸定向完成X1.1主軸速度到達X1.2主軸零速度X2.3主軸報警Y0.0復(fù)位（報警消除）Y0.2主軸正轉(zhuǎn)Y0.3主軸反轉(zhuǎn)Y0.4主軸制動Y0.5主軸定向AOUT主軸模擬量指令0+10V輸出GND模擬量輸出地注：上表中加粗信號為本次設(shè)計中需要的信號。信號特性PLC開關(guān)量HNC-18i數(shù)控裝置的PLC輸入輸出開關(guān)量主要分布在X

49、S6（PLC輸入接口），XS9（PLC輸出接口）和XS7（手持單元接口），為了使用方便，有些PLC輸入信號和輸出信號也以并聯(lián)的方式分布在XS5（主軸控制接口）和XS13（進給軸控制接口），功能是等效的，用戶可以任意選擇一次使用。主軸速度模擬電壓信號電壓圍：0V+10V負(fù)載電流：最大10mA3.2.2施耐德變頻器接口定義1）變頻器接口原理圖如圖3.4所示：圖3.4 變頻器接口原理圖2）變頻器控制端子布局圖如圖3.5所示：圖3.5變頻器控制端子布局圖與主要引腳定義在變頻器的控制端子中，僅僅使用到了COM(模擬I/O公共端 ，0V)和AI1（模擬電壓輸入，+10V）。這兩個端子接到數(shù)控裝置XS5的G

50、ND和AOUT端，接收數(shù)控裝置發(fā)送的模擬電壓信號，變頻器根據(jù)模擬電壓信號的大小，控制主軸電機的轉(zhuǎn)速在703900轉(zhuǎn)/分鐘無級調(diào)速。變頻器的正反轉(zhuǎn)控制是通過控制端子上的24V、LI1、LI2進行的，LI1控制電機正轉(zhuǎn)，LI2控制電機反轉(zhuǎn)，它們分別與中間繼電器的常開觸點相連，當(dāng)數(shù)控裝置的Y0.2和Y0.3發(fā)出正反轉(zhuǎn)信號后，相應(yīng)的中間繼電器線圈通電，觸點閉合。LI1或LI2收到24V電壓信號，控制電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。電機正反轉(zhuǎn)控制原理圖如圖3.6：圖3.6 電機正反轉(zhuǎn)控制原理圖3）變頻器動力端子定義如表3.2所示：表3.2 變頻器動力端子定義PE接地端子R/L1電源S/L2T/L3U/T1到電機的輸出V

51、/T2W/T3在充分學(xué)習(xí)和理解數(shù)控裝置與變頻器之間的接口定義與功能后，就可以根據(jù)它們的定義和端子功能設(shè)計主軸電機的正反轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制了。設(shè)計主軸電機控制電路圖3.7所示：圖3.7 主軸電機控制電路圖在圖3.7中，U2、V2、W2連接到變頻器動力輸入端子R/L1、S/L2、T/L3為變頻器和電機提供電源，U/T1、V/T2、W/T3輸出到三相異步電機，為電機提供動力。 主軸的啟?？刂朴蒔LC承擔(dān)，利用Y0.2和Y0.3控制中間繼電器線圈的通斷，從而實現(xiàn)控制觸點的閉合與斷開。變頻器端子LI1和LI2接收電壓信號，控制主軸電機的正反轉(zhuǎn)與其停止，一般定義接通有效，當(dāng)Y0.2接通時可控制主軸裝置正傳，

52、Y0.3接通時，主軸裝置反轉(zhuǎn)，二者都不接通時，主軸裝置停止旋轉(zhuǎn)。變頻器R1C和R1A是故障繼電器觸點，用于遠(yuǎn)程指示變頻器狀態(tài)。當(dāng)變頻器處于欠壓、過流，過載等異常狀態(tài)時，部觸點閉合，數(shù)控裝置檢測到之后發(fā)出主軸報警信號，用于保護變頻器和主軸裝置。 3.3數(shù)控裝置與進給驅(qū)動裝置的連接HNC-18i數(shù)控裝置脈沖式軸控制接口提供脈沖+方向、雙向脈沖、正交脈沖三種指令類型，具備反饋接口，可以控制脈沖指令式的伺服驅(qū)動和步進驅(qū)動裝置。3.3.1數(shù)控裝置軸控制接口XS1-XS3接口定義脈沖式接口使用脈沖信號，傳遞位置指令，可控制各種步進電機驅(qū)動裝置、脈沖接口伺服驅(qū)動裝置。其特點是通用性強，信號傳遞抗干擾能力強，

53、不會發(fā)生漂移，但構(gòu)成全閉環(huán)需在驅(qū)動裝置中完成。HNC-18i/19i 最多可提供XS1 、XS2、 XS3 共3個脈沖式軸接口。XS1XS3接口布局如圖3.8所示：圖3.8 軸控制接口XS1-XS3布局圖軸控制接口各引腳定義如表3.3所示：表3.3 XS1-XS3接口引腳定義1）技術(shù)規(guī)格高脈沖頻率：800KHZ24V電源：200ma編碼器信號：RS422電平2)等效電路脈沖指令輸出等效電路如圖3.9所示：圖3.9 脈沖指令輸出等效電路碼盤輸入等效電路如圖3.10所示：圖3.10 碼盤信號輸入接口等效電路3）脈沖形式在數(shù)控裝置部，通過修改參數(shù)，可以將脈沖輸出形式設(shè)定為脈沖+方向，雙向脈沖，兩相正

54、交三種模式。而本次設(shè)計使用第一種模式，即脈沖+方向模式。脈沖指令的三種類型如表3.4所示：表3.4 脈沖指令的三種類型采用脈沖指令接口時，伺服驅(qū)動裝置一般工作在位置半閉環(huán)控制模式下，速度環(huán)和位置環(huán)的控制都是由伺服驅(qū)動裝置完成。位置信息由伺服驅(qū)動裝置反饋給CNC做監(jiān)控用，CNC也可以不讀取位置反饋信息，此時與控制步進電動機進給驅(qū)動裝置一樣。脈沖指令接口有如上表所示三種類型。步進電動機驅(qū)動裝置一般只提供單脈沖方式，伺服驅(qū)動裝置則三種方式都提供。假設(shè)CP、DIR為驅(qū)動裝置的脈沖指令接口，則不同的工作模式CP、DIR的含義如表3.5所示：表3.5 三種脈沖指令類型波形圖注：1）脈沖加方向：CP為脈沖信

55、號，DIR為方向信號。2) 雙向脈沖：CP為正轉(zhuǎn)脈沖信號，DIR為反轉(zhuǎn)脈沖信號。3）正交脈沖：CP與DIR的相位差為脈沖信號，CP與DIR的相位超前與落后關(guān)系決定電動機的旋轉(zhuǎn)方向。3.3.2 HVS-16系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元產(chǎn)品簡介HSV-16 是華中數(shù)控股份繼HSV-9型、HSV-11型之后，推出的一款全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器。該驅(qū)動器具有結(jié)構(gòu)小巧、使用方便、可靠性高等特點。HSV-16 采用最新專用運動控制數(shù)字信號處理器（DSP）、大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計，操作簡單、可靠性高、體積小巧、易于安裝。HSV-16 交流伺服驅(qū)動器具有以下

56、特點：1 控制簡單靈活通過修改伺服驅(qū)動器參數(shù)，可對伺服驅(qū)動器系統(tǒng)的工作方式、部參數(shù)進行修改以適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境和要求。2 狀態(tài)顯示齊全HSV-16 設(shè)置了一系列狀態(tài)顯示信息，方便用戶在調(diào)試、運用過程中瀏覽伺服驅(qū)動器的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)，同時也提供了一系列的故障診斷信息。3 寬調(diào)速比（與電機與反饋元件有關(guān)）HSV-16 伺服驅(qū)動器的最高轉(zhuǎn)速可設(shè)置為3000 轉(zhuǎn)/分，最低轉(zhuǎn)速為0.5 轉(zhuǎn)/分，調(diào)速比為1 ：6000。4 體積小巧易于安裝HSV-16 伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、非常易于安裝、拆卸。（1）伺服驅(qū)動器運行模式簡介HSV-16 系列伺服驅(qū)動器有五種控制方式:位置控制方式（脈沖量接口）:HSV-

57、16 系列伺服驅(qū)動器可以通過部參數(shù)設(shè)置接收三種形式的脈沖指令(正交脈沖；脈沖+方向；正、負(fù)脈沖)。速度控制方式（模擬量接口）:HSV-16 系列伺服驅(qū)動器可以通過部參數(shù)設(shè)置為速度控制方式,可接收幅值不超過10V 的(如-10V+10V)模擬量。轉(zhuǎn)矩控制方式（模擬量接口）:HSV-16 系列伺服驅(qū)動器可以通過部參數(shù)設(shè)置為轉(zhuǎn)矩控制方式,可接收幅值不超過10V 的(如-10V+10V)模擬量。JOG 控制方式:此種方式是HSV-16 系列伺服驅(qū)動器通過按鍵(而無須外部指令)設(shè)置使驅(qū)動器運動，給用戶提供的一種測試伺服驅(qū)動系統(tǒng)安裝、連接是否正確的運行方式。部速度控制方式：HSV-16 系列伺服驅(qū)動器在部

58、速度控制方式下可根據(jù)伺服驅(qū)動器部設(shè)定的速度運行。（2）伺服驅(qū)動器信號與功能1）端子配置 圖3.11為伺服驅(qū)動器接口端子配置圖。其中TB1為端子排，XS1、XS2、XS3為插件，XS4為端子排。圖3.11 伺服驅(qū)動器接口端子配置圖各端子引腳定義如下：1) 電源端子TB1如表3.6所示： 表3.6 . 電源端子TB1端子號端子記號信號名稱功能1AC220V控制電源控制回路電源輸入端子AC220V/50HZ2AC220V3R主回路電源三相主回路電源輸入端子AC220V/50HZ注意：不要同電機輸出端子U、V、W連接4S5T6PE系統(tǒng)接地接地端子 伺服電機輸出和電源輸入共地連接7P外接制動點如在應(yīng)用時

59、需要加外部制動電阻，可由此兩點接入，若僅用部制動電阻，將此兩點斷開。本次設(shè)計不加外接電阻。注意：不能將此兩點短接。8BK9U伺服電機輸出伺服電機輸出端子，必須和電機U、V、W端子對應(yīng)連接10V11W12PE系統(tǒng)接地接地端子，伺服電機輸出和電源輸入公共一點接地2）串口端子XS1如表3.7所示：表 3.7 串口端子XS1注：本次設(shè)計中不使用串口端子。3）編碼器信號端子XS2如表3.8所示：表 3.8 編碼器信號端子XS2端子號端子記號信號名稱功能1，25V2編碼器電源反饋伺服可根據(jù)編碼器電源反饋自動進行電壓補償21,2223,24+5V電源輸出+伺服電機光電編碼器用+5V電源：電纜長度較長時，應(yīng)使

60、用多根芯線并聯(lián)3，45，60V電源輸出-17，35-A編碼器-A輸入與伺服電機光電編碼器-A相連接18，36+A編碼器+A輸入與伺服電機光電編碼器+A相連接15，33-B編碼器-B輸入與伺服電機光電編碼器-B相連接16，34+B編碼器+B輸入與伺服電機光電編碼器+B相連接13，31-Z編碼器-Z輸入與伺服電機光電編碼器-Z相連接14，32+Z編碼器+Z輸入與伺服電機光電編碼器+Z相連接11，29-U編碼器-U輸入與伺服電機光電編碼器-U相連接12，30+U編碼器+U輸入與伺服電機光電編碼器+U相連接9，27-V編碼器-V輸入與伺服電機光電編碼器-V相連接10，28+V編碼器+V輸入與伺服電機光