數(shù)控機(jī)床電氣控制與PLC設(shè)計(jì)

《數(shù)控機(jī)床電氣控制與PLC》課程設(shè)計(jì)所屬系部機(jī)械工程系所屬專業(yè)數(shù)控技術(shù)所屬班級(jí)數(shù)控二班學(xué)號(hào)學(xué)生姓名張建指導(dǎo)教師劉帥完成日期2015年3月31日星期二任務(wù)書CA6140普通車床的電氣翻新及數(shù)控改造設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求:1.將原機(jī)床的手動(dòng)刀架更換為數(shù)控電動(dòng)刀架，并設(shè)計(jì)其控制線路；2.將原機(jī)床普通絲杠更換成滾珠絲杠，并將其改為半閉環(huán)伺服控制，設(shè)計(jì)其控制線路；3.對(duì)與此機(jī)床功能相關(guān)的主電路、控制電路、輸入輸出接口電路、驅(qū)動(dòng)器線路等進(jìn)行設(shè)計(jì)；4.對(duì)整機(jī)進(jìn)行調(diào)試，使功能完善、工作正常。設(shè)計(jì)方法及思路：（1）查閱資料，深入掌握數(shù)控機(jī)床的原理、功能，分析機(jī)床數(shù)控改造的研究現(xiàn)狀。（2）確定對(duì)CA6140車床的數(shù)控化改造方案。（3）完成主傳動(dòng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（4）給出電控系統(tǒng)的硬件配置及I/O線路圖、分析PLC在數(shù)控改造中的應(yīng)用。具體方法拆除原車床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過(guò)托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)剛性連接；=1\*GB3①橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速器安裝在床鞍的后部（相對(duì)操作者），縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速裝置安裝在機(jī)床的右端，靠近尾座的位置；=2\*GB3②要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，需拆除原手動(dòng)刀架，在小托板上安裝數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架；=3\*GB3③為了使改造后的車床能夠加工螺紋。需要加裝主軸脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測(cè)，編碼器安裝在主軸箱內(nèi)；=4\*GB3④為使加工過(guò)程中不超程，縱橫向要安裝行程限位開關(guān)；=5\*GB3⑤為實(shí)現(xiàn)回參考點(diǎn)的動(dòng)作，必須在縱橫向安裝接近開關(guān)；=6\*GB3⑥縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩，以防止加工過(guò)程中的切屑飛濺傷人；=7\*GB3⑦考慮到改造的成本，盡可能采用可靠性高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。摘要中國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國(guó)，但其裝備水平落后，特別是一些老的機(jī)械制造廠大多還是比較舊的機(jī)床，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求。針對(duì)目前制造業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)裝備進(jìn)行改造，解決機(jī)械制造業(yè)中的一些技術(shù)問(wèn)題，用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對(duì)舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升，是我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展方向。本課題是針對(duì)CA6140普通廢舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造，其現(xiàn)實(shí)意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進(jìn)行技術(shù)提升.以解決目前設(shè)備老化所帶來(lái)的問(wèn)題。本課題研究過(guò)程中，首先對(duì)目前工廠所使用的常規(guī)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了全面的調(diào)查和分析。用戶普遍反應(yīng)，數(shù)控設(shè)備的限位保護(hù)功能有些欠缺，容易發(fā)生超程等故障現(xiàn)象另一方面，數(shù)控車床大多承擔(dān)多品種、單件小批量生產(chǎn)的加工任務(wù)，如果對(duì)每一個(gè)零件都去進(jìn)行編程、輸入、調(diào)試等工作，顯得非常煩瑣，用戶提出能不能找到一種方法，簡(jiǎn)化這一手續(xù)，以提高其生產(chǎn)效率。根據(jù)數(shù)控車床所承擔(dān)加工任務(wù)的特點(diǎn)，其加工的零件類型大多分為軸類、套類、盤類等，依據(jù)成組工藝技術(shù)的原理，我們提出首先編寫各類零件成組工藝，依據(jù)成組工藝，編寫數(shù)控程序，將數(shù)控加工程序編號(hào)存入CP機(jī)中的方法，完成對(duì)零件的快速程序編制，提高生產(chǎn)效率。通過(guò)這種方法，可以變小批生產(chǎn)為“大”批生產(chǎn)，可以有效的提高生產(chǎn)效率，同時(shí)降低對(duì)操作人員的要求課題完成了對(duì)CA6140普通廢舊車床的數(shù)控化改造，運(yùn)行狀況良好，實(shí)際應(yīng)用表明各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)改造要求。提高了生產(chǎn)效率。緒論61普通車床數(shù)控改造12機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造1主要任務(wù)確定1主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造2進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造2（一）.絲杠2（二）.縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造2（三）.橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造3刀架的改造32.5坐標(biāo)系的建立X、Z軸的限位和參考返回電路43數(shù)控系統(tǒng)配置54數(shù)控車床電氣控制電路的分析7強(qiáng)電控制電路7數(shù)控車床電氣控制電路分析75電氣控制電路的改造9主電路的改造9控制電路的改造10．802D系統(tǒng)輸入信號(hào)10、802D系統(tǒng)輸出信號(hào)11驅(qū)動(dòng)配置接線口116整機(jī)電氣參數(shù)調(diào)試12準(zhǔn)備工作12配置軸參數(shù)12引導(dǎo)系統(tǒng)12設(shè)定傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)12根據(jù)電動(dòng)機(jī)設(shè)定相關(guān)的速度13回參考點(diǎn)設(shè)置13軟件限位及反向間隙設(shè)置13主軸參數(shù)設(shè)置13坐標(biāo)軸參數(shù)及驅(qū)動(dòng)特性設(shè)置13補(bǔ)償14調(diào)試結(jié)束14結(jié)論15參考文獻(xiàn)16緒論制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、技術(shù)水平、生活水平、生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)前世界已進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，知識(shí)經(jīng)濟(jì)與以往經(jīng)濟(jì)形態(tài)的不同在于對(duì)知識(shí)，特別是對(duì)知識(shí)的創(chuàng)新與利用的直接依賴。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，知識(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的直接貢獻(xiàn)率超過(guò)了其它生產(chǎn)要素（如人力、物力、和財(cái)力等）貢獻(xiàn)的總和，成為最主要的生產(chǎn)要素。因此，當(dāng)前提高制造生產(chǎn)的決定因素不再是勞動(dòng)力和資本的密集積累，而是各項(xiàng)新技術(shù)的迅速發(fā)展及其在制造領(lǐng)域中的廣泛滲透、應(yīng)用和衍生，它促進(jìn)了制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，改變了現(xiàn)代企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)。機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，是制造如農(nóng)業(yè)機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械等機(jī)械產(chǎn)品的工業(yè)部門，也是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供如冶金機(jī)械、化工設(shè)備和工作母機(jī)等裝備的部門。機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家或地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的程度，而機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常注意機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械裝備制造工業(yè)得到優(yōu)先發(fā)展。對(duì)比之下，我國(guó)目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控車床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強(qiáng)，更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過(guò)多；自動(dòng)化程度低，基本上還是“一個(gè)工人、一把刀、一臺(tái)機(jī)床”，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要換零件加工程序，無(wú)需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求1普通車床數(shù)控改造機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對(duì)局部加以改進(jìn)而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無(wú)論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過(guò)程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近?，F(xiàn)以CA6140車床為例，說(shuō)明車床數(shù)控改造的方法。2機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造CA6140普通車床的數(shù)控改造涉及三個(gè)方面的內(nèi)容：一是機(jī)械傳動(dòng)鏈的改造；二是電氣控制系統(tǒng)的配置；三是系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)試。因數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機(jī)床有更高的要求。所以我們必須對(duì)被改造機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、精度等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析。機(jī)械機(jī)構(gòu)的改造2.1主要任務(wù)確定CA6140車床主要用于對(duì)中小型周磊、盤類以及螺紋零件的加工，其數(shù)控改造后數(shù)控系統(tǒng)控制的對(duì)象主要有主軸正反轉(zhuǎn)控制、主軸變速；刀架的縱向和橫向進(jìn)給遠(yuǎn)動(dòng)控制，刀具的選擇控制，4個(gè)刀位自動(dòng)換刀控制；冷卻泵、潤(rùn)滑泵的起?？刂疲幻}沖編碼器的加裝等。主要任務(wù)：拆掉手動(dòng)刀架，小托板裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲杠、光杠進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；主軸后端增加一個(gè)光電編碼器，光電編碼器與車床主軸之間用彈性元件連接，通常采用波紋管聯(lián)軸器。主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行簡(jiǎn)易數(shù)控改造，為了使改裝后的機(jī)床主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)保持必然的聯(lián)系，在主軸內(nèi)安裝一個(gè)與主軸同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器。它可以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。2.3進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，把原來(lái)的進(jìn)給變速傳動(dòng)裝置及操縱機(jī)構(gòu)全部拆除。每個(gè)方向的進(jìn)給傳動(dòng)都改由各自獨(dú)立的功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速齒輪直接與帶動(dòng)滑板移動(dòng)的絲杠連接，分別實(shí)現(xiàn)個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行各坐標(biāo)的控制。（一）.絲杠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。滾珠絲杠螺母副具有如下優(yōu)點(diǎn)：①傳動(dòng)效率高滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動(dòng)效率η=0.92～0.94，是普通滑動(dòng)絲杠的34倍（η=0.20～0.40）。②摩擦力小因靜、動(dòng)摩擦因數(shù)小，因而傳動(dòng)靈敏、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動(dòng)精度和定位精度高。③可預(yù)緊經(jīng)預(yù)緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動(dòng)平穩(wěn)。④有可逆性因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲杠可螺母既可作為主動(dòng)件，也可作為從動(dòng)件。⑤使用壽命長(zhǎng)滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達(dá)60-60HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動(dòng)摩擦，故磨損很小、使用壽命長(zhǎng)。改造時(shí)為滿足數(shù)控機(jī)床上較高精度零件加工，應(yīng)用滾珠絲杠螺母副替換原普通機(jī)床上的梯形絲杠螺母副。（二）.縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)一對(duì)減速齒輪把動(dòng)力傳遞給滾珠絲杠，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。原車床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸通過(guò)套筒聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用兩個(gè)互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來(lái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜帶來(lái)的裝配困難和附和應(yīng)力。滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承支撐座，通過(guò)一對(duì)深溝球軸承實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過(guò)一對(duì)圓螺母實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支撐。實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)消隙齒輪減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器與絲杠聯(lián)接，固定銷防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。（三）.橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造橫向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支撐，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。也通過(guò)雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速器安裝在床鞍的后部，靠近操作者一端，布置一根支撐短軸通過(guò)套筒聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接起來(lái)。右端仍利用原支承橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸承支座作為徑向支承，對(duì)原支承作適當(dāng)改造，布置一對(duì)推力球軸承，以承受雙向軸向力。左端將原車床的懸掛結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)，用一個(gè)連軸套和一個(gè)連接短軸把滾珠絲杠與減速器輸出軸連接起來(lái)，并通過(guò)一對(duì)圓螺母實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過(guò)螺母座直接固定在中拖把上。托板托板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象。所有的點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制，以及被加工零件的最終坐標(biāo)精度都將受到托板運(yùn)動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。除對(duì)托板配件精度要求高外，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)到絲杠間的傳動(dòng)齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)，才能滿足傳動(dòng)精度和靈敏度的要求。機(jī)床導(dǎo)軌為了使改造后的機(jī)床有較高的開動(dòng)率和精度保持性，必須考慮機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。機(jī)床床身多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。改造中，在對(duì)達(dá)不到預(yù)定要求的原機(jī)床導(dǎo)軌要進(jìn)行修磨、刮研，在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶即可。2.4刀架的改造拆除原手動(dòng)刀架后裝上LD4型自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，是普通機(jī)床數(shù)控改造方面的關(guān)鍵，具有重復(fù)定位精度高、工作剛性高、性能可靠、使用壽命長(zhǎng)以及工藝型能好等特點(diǎn)。刀架的定位過(guò)程如下：系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)—刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)—刀架上升并轉(zhuǎn)位—刀架到位發(fā)出信號(hào)—刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)—初定位—精定位夾緊—刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)—換刀應(yīng)答。刀架的到位信號(hào)由刀架定軸上端4個(gè)霍爾開關(guān)和永久磁鐵檢測(cè)獲得。四個(gè)霍爾開關(guān)分別為四個(gè)刀位的位置，當(dāng)?shù)杜_(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定刀位時(shí)，通過(guò)霍爾開關(guān)輸出到位信號(hào)。2.5坐標(biāo)系的建立X、Z軸的限位和參考返回電路機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系它是其它坐標(biāo)系（如工件坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系）的基準(zhǔn)CA6140車床的坐標(biāo)原點(diǎn)，M定在卡盤基座與主軸中心的交點(diǎn)上，數(shù)控系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)參考點(diǎn)的具體位置來(lái)確定機(jī)床坐標(biāo)系的，我們選用兩個(gè)接進(jìn)開關(guān)，X軸方向與Z軸方向各安裝一個(gè)在床身上，用于建立參考點(diǎn)，當(dāng)移動(dòng)刀架，兩個(gè)接近開關(guān)都有信號(hào)輸出時(shí)，刀架的當(dāng)前位置即為參考點(diǎn)R，測(cè)量XR及ZR，并將它們寫入機(jī)床數(shù)據(jù)34100（參考點(diǎn)位置值），即可在數(shù)控系統(tǒng)中建立機(jī)床坐標(biāo)系。X，Z軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯經(jīng)過(guò)分析現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的限位控制電路的缺陷，想出一種新的限位控制方式，既負(fù)邏輯控制。其基本思路是：使用限位行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)限位開關(guān)沒有壓下I/O點(diǎn)與24V斷開，機(jī)床限位。這種接法消除因線路開路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。采用負(fù)邏輯的輸入方法，這樣有利害、于提高數(shù)控機(jī)床的可靠性和安全性。如果機(jī)床的電路采用傳統(tǒng)的繼點(diǎn)器，接觸器等元件實(shí)現(xiàn)邏輯功能則不宜采用負(fù)邏輯，因?yàn)樗麜?huì)導(dǎo)致部分繼電器，接觸器處于始終接觸狀態(tài)。這會(huì)造成損耗大，元件升溫，壽命縮短等問(wèn)題，并且元件間機(jī)械接觸，還會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)等因素造成誤動(dòng)作?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)其控制邏輯由邏輯電子線路實(shí)現(xiàn)，，不會(huì)出現(xiàn)以上問(wèn)題，本次數(shù)控改造使用的數(shù)控西門子802D數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯輸入要軟件，硬件兩方面配合才能實(shí)現(xiàn)。硬件連接數(shù)控機(jī)床中PLC的輸入點(diǎn)有以下兩中連接方法，其原理是：當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)超程時(shí)壓下行程開關(guān)SQ1，SQ1閉合PLC內(nèi)的光點(diǎn)歐合器件得點(diǎn)，PLC認(rèn)為該點(diǎn)的邏輯值為“1”，信號(hào)有效，PLC執(zhí)行相關(guān)操作。這種方法的缺點(diǎn)在于當(dāng)+叢4V端子到PLC輸入點(diǎn)之間的線路接觸不良或開路則會(huì)造成SQ1無(wú)效（即使SQ1被牙下閉合），而導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)大事故。負(fù)邏輯輸入的連接方法，信號(hào)輸入使用行程開關(guān)的常閉觸點(diǎn)。當(dāng)正常情況下SQ1是閉合的。該輸入點(diǎn)的邏輯值為（1），當(dāng)SQ1被壓下斷開時(shí)輸入點(diǎn)邏輯值為“1”設(shè)為無(wú)效狀態(tài)，而邏輯值“0”設(shè)定為有效狀態(tài)。如果從+24端子到PLC的輸入點(diǎn)之間的線路出現(xiàn)開或接觸不良時(shí)，該點(diǎn)被認(rèn)為有效，機(jī)場(chǎng)會(huì)立即報(bào)警，必須在電路連接良好的情況下才能正常運(yùn)行。這中方法排除了因限位電路開路而造成的故障的可能性，機(jī)床的安全性得到提高。軟件設(shè)置負(fù)邏輯需要把邏輯“1”改為無(wú)效狀態(tài)而邏輯“0”為有效狀態(tài)。其方法有兩種：（1）在PLC編程時(shí)通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)。（2）通過(guò)設(shè)定機(jī)床參數(shù)實(shí)現(xiàn)。在這兩種方法種，要求數(shù)控系統(tǒng)具有可以對(duì)其PLC輸入，輸出端口的邏輯有效狀態(tài)進(jìn)行修改的功能。西門子的SINUMERIK802S數(shù)控系統(tǒng)既有此功能。本次改造對(duì)限位等影響機(jī)床安全的輸入點(diǎn)才用負(fù)邏輯就是采用的第2種方法。采用負(fù)邏輯存在的問(wèn)題及對(duì)策數(shù)控機(jī)床的PLC輸入點(diǎn)采用負(fù)邏輯輸入的方法使輸入電路中的光電藕合器的發(fā)光二極管長(zhǎng)期處于通電狀態(tài)。但是由于該發(fā)光二極管的工作電流很小（只有幾毫安，輸入電路只消耗即使毫瓦）因此系統(tǒng)的消耗增加對(duì)功率幾千瓦的機(jī)床來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)，同時(shí)發(fā)光二極管是冷光源，也不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱。光點(diǎn)耦合器的工作壽命大于10萬(wàn)小時(shí)，以每臺(tái)機(jī)床每天工作10小時(shí)計(jì)，可以保證機(jī)床正常工作20多年，對(duì)機(jī)床壽命也不會(huì)造成影響。3數(shù)控系統(tǒng)配置數(shù)控系統(tǒng)采用SIEMENS802D數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)面板及功能鍵如上圖所示。1）報(bào)警應(yīng)搭建：報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，按此鍵可以消除報(bào)警；2）通道轉(zhuǎn)換鍵3）上檔鍵：4）信息鍵：對(duì)鍵上的兩種功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。5）空格鍵：在編輯程序時(shí)，按此鍵插入空格；6）數(shù)字鍵7）光標(biāo)向上鍵/上檔：向上翻頁(yè)鍵；8）刪除/退格鍵：在程序編輯畫面時(shí)，按此鍵刪除前一字符；9）取消鍵；10）制表鍵11）回車/輸入鍵12）程序操作區(qū)域鍵13）加工制造區(qū)域鍵:按此鍵進(jìn)入加工制造區(qū)；14）光標(biāo)向右鍵15）選擇/轉(zhuǎn)換鍵16）光標(biāo)向左鍵17）光標(biāo)向下鍵18）倍率修調(diào)：調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)倍率；19）Z軸正方向鍵20）快速運(yùn)行疊加鍵同時(shí)按此鍵和一個(gè)坐標(biāo)軸點(diǎn)動(dòng)鍵，坐標(biāo)軸按快速進(jìn)給速度點(diǎn)動(dòng)；21）X軸點(diǎn)動(dòng)負(fù)向鍵22）X軸點(diǎn)動(dòng)正向鍵23）Z軸負(fù)方向鍵24）手輪25）緊急停止：按下“急?！卑粹o，使機(jī)床移動(dòng)立即停止，并且所有的輸出都會(huì)關(guān)閉；26）返回鍵：返回上一級(jí)菜單；27）軟件：在不同的屏幕狀態(tài)下，操作對(duì)應(yīng)的軟件，可以調(diào)用相應(yīng)的畫面；4數(shù)控車床電氣控制電路的分析圖1—1、圖1—2、圖1—3、圖1—4、圖1—5分別為數(shù)控車床的主電路、控制電路、輸入電路、輸出電路和驅(qū)動(dòng)裝置接線接口。4.1強(qiáng)電控制電路（1）控制電路及組成1）控制電路=1\*GB3①交流380V電源通過(guò)漏電保護(hù)總開關(guān)QS和空氣開關(guān)QF1供主軸變頻使用。=2\*GB3②交流380V電源通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換成交流220V電流通過(guò)空氣開關(guān)QF2，供給伺服放大器使用。=3\*GB3③交流380V電源通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換成交流220V，電源通過(guò)U41、W41經(jīng)過(guò)開關(guān)電源供直流24V給系統(tǒng)供電用。=4\*GB3④交流380V電源通過(guò)空氣開關(guān)QF3,控制接觸器KM1、KM2使刀架正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。2）電路組成380V電源開關(guān)QS后接入各電源回路中，開關(guān)QS后由四個(gè)空氣開關(guān)（QF1、QF2、QF3、QF4）3個(gè)接觸器（KM1、KM2、KM3）1個(gè)DC24/5A開關(guān)電源，1個(gè)2.2KW變壓器等組成。所有強(qiáng)電路都安裝在電控柜內(nèi)。（2）電源輸出1）I/O接口模塊直流24V接線柱已與外部相連。如發(fā)現(xiàn)電壓不穩(wěn)，立即斷電，查明原因并解決后才能上電，直流24V開關(guān)電源容量為直流24V/5A,數(shù)控系統(tǒng)需3A，外部電源可提供2A容量供用戶使用。2）電源輸出模塊有一個(gè)電源鑰匙開關(guān)，是為強(qiáng)電的控制回路供電。4.2數(shù)控車床電氣控制電路分析（1）數(shù)控車床電氣控制電路工作原理及功能數(shù)控車床是根據(jù)加工零件工作圖與工藝過(guò)程卡，用規(guī)定的數(shù)控代碼和程序格式編寫加工程序，并輸入數(shù)控控系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算和控制處理，然后將處理結(jié)果送入控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床各部件有序的按機(jī)械加工要求運(yùn)行，自動(dòng)制造出合格的零件?？梢杂脕?lái)加工軸類、盤類的回轉(zhuǎn)體零件，自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋等工序的切削加工，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)。改造后的車床應(yīng)滿足上述功能。（2）數(shù)控車床電氣控制電路的分析1）主軸電機(jī)電氣控制主軸電動(dòng)機(jī)M3是一臺(tái)交流變頻電動(dòng)機(jī)，由變頻器驅(qū)動(dòng)，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及速度控制也是由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制。2）主軸控制程序輸入：M03、M04、M05。面板輸入主軸：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、停止。輸出信號(hào)：主軸正轉(zhuǎn)Q0.0；主軸反轉(zhuǎn)Q0.1；主軸停止Q0.2.3）其他輔助電動(dòng)機(jī)控制=1\*GB3①冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制零件程序輸入：M08、M09；機(jī)床操作面板：冷卻控制輸出信號(hào)：Q0.3；手動(dòng)控制-按鈕；自動(dòng)控制—數(shù)控指令M代碼。=2\*GB3②潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)控制輸入信號(hào)：來(lái)自機(jī)床參數(shù)設(shè)置，導(dǎo)軌潤(rùn)滑間隔：機(jī)床面板導(dǎo)軌潤(rùn)滑鍵；輸入信號(hào)：潤(rùn)滑控制Q0.6；手動(dòng)控制-按鈕；自動(dòng)控制-機(jī)床參數(shù)設(shè)定。=3\*GB3③刀架電動(dòng)機(jī)控制輸入信號(hào)：來(lái)自刀位檢測(cè)信號(hào)I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6;T代碼：I1.0，T1，I1.1，T2，I1.2,T3,I1.4T4.輸出信號(hào)：機(jī)床控制面板手動(dòng)換刀鍵，刀架正轉(zhuǎn)Q0.4；刀架反轉(zhuǎn)Q0.5。手動(dòng)控制按鈕：數(shù)控系統(tǒng)KM1KM2刀架電機(jī)M3。自動(dòng)控制—數(shù)控指令T代碼：數(shù)控系統(tǒng)KM1KM2刀架電機(jī)M3。5電氣控制電路的改造數(shù)控系統(tǒng)由隔離變壓器提供AC220V電源，以避免電網(wǎng)擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的干擾。X軸和Z軸的驅(qū)動(dòng)裝置由機(jī)床變壓器提供AC220V電源。采用兩個(gè)開光穩(wěn)壓電源分別提供I/O+24V和中間繼電器+24V，以避免干擾對(duì)I/O信號(hào)的影響。整個(gè)系統(tǒng)的電源配置必須接地并良好，因?yàn)榻拥睾脡闹苯佑绊懙较到y(tǒng)的抗干擾性和安全性。5.1主電路的改造數(shù)控車床主電路包括主軸控制電路、刀架電機(jī)控制電路、冷卻電機(jī)控制電路和伺服驅(qū)動(dòng)組成。如圖1-1所示為數(shù)控車床電氣控制中的380V強(qiáng)電回路圖。QS為電源總開關(guān)，QF1、QF3、QF4、QF2分別為主軸控制、刀架控制、冷卻控制、伺服驅(qū)動(dòng)空氣開關(guān)，作為電路的短路保護(hù)。TCI為制變壓器，初級(jí)為AC380V，次級(jí)為AC220V。主軸控制電動(dòng)機(jī)M1,由變頻器控制主軸的轉(zhuǎn)速；刀架電動(dòng)機(jī)M3由觸器KM1/KM來(lái)控制正、轉(zhuǎn)；冷卻控制電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM3控制正轉(zhuǎn)。圖1-1主電路圖5.2控制電路的改造數(shù)控車床控制電路由冷卻控制、刀架控制、風(fēng)機(jī)冷卻、開關(guān)電源、CNC系統(tǒng)控制電路等組成，如圖1-2所示。圖1—2控制電路圖5.3．802D系統(tǒng)輸入信號(hào)數(shù)控車床802D系統(tǒng)輸入信號(hào)有I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6，他是刀位檢測(cè)信號(hào)，輸入接口電路如圖1—3所示。輸入各接口的對(duì)應(yīng)功能如圖1—3所示。圖1—3輸入接口電路圖5.4、802D系統(tǒng)輸出信號(hào)數(shù)控車床802D系統(tǒng)輸出接口控制功能有主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、冷卻控制、刀架控制、刀架反轉(zhuǎn)等，如圖1--4所示，輸出個(gè)接口的對(duì)應(yīng)功能表如圖1-4所示。圖1—4數(shù)控車床系統(tǒng)輸出接口電路5.5驅(qū)動(dòng)配置接線口伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)及速度控制是由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制的。如圖1--5所示。圖1—5驅(qū)動(dòng)配置接線接口6整機(jī)電氣參數(shù)調(diào)試6.1準(zhǔn)備工作普通車床數(shù)控化改造后，機(jī)床不能正常工作，必須通電檢查，對(duì)整機(jī)系統(tǒng)要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和調(diào)試。在系統(tǒng)通電前做好以下準(zhǔn)備工作：仔細(xì)檢查機(jī)械和電器安裝是否完成，保證無(wú)接線錯(cuò)誤，避免燒壞模塊。準(zhǔn)備好用戶手冊(cè)，SINUMERIK802Dbaseline操作和編程手冊(cè)。準(zhǔn)備好PC/PG，用于數(shù)據(jù)保護(hù)和調(diào)試。準(zhǔn)備好ToolBox。6.2配置軸參數(shù)首先設(shè)置參數(shù)讓軸動(dòng)起來(lái)。選用西門子的802D系和611驅(qū)動(dòng)器以及1FK7伺服電機(jī)。把系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)連好后，電動(dòng)機(jī)可能不會(huì)動(dòng)。這時(shí)就需設(shè)置機(jī)床數(shù)據(jù)、軸數(shù)據(jù)等參數(shù)，要通過(guò)工具軟件設(shè)定電動(dòng)機(jī)參數(shù)。根據(jù)簡(jiǎn)明書冊(cè)配置參數(shù)，注意：參數(shù)不要搞混淆了，有些參數(shù)含義不同，其次，用SIMOCOMU配置611U，PLC變成無(wú)誤，軸應(yīng)該就可以動(dòng)起來(lái)。接著要定義很多M指令，比如選擇起動(dòng)、停止、功率、噴水開、噴水關(guān)等，因?yàn)槭菃屋S，還有回零等問(wèn)題。6.3引導(dǎo)系統(tǒng)接通電源正常引導(dǎo)系統(tǒng)，如無(wú)故障顯示，系統(tǒng)進(jìn)入JOG運(yùn)行方式下回參考點(diǎn)狀態(tài)，調(diào)試順序?yàn)橄却_定機(jī)床的回參考點(diǎn)減速開關(guān)是否正常，然后檢查以上參數(shù)。如果軸不動(dòng)，說(shuō)明參數(shù)有問(wèn)題，應(yīng)檢查MD30130—模擬給定量輸出到軸控制口，30200—主軸有編碼器反饋，30240—主軸帶測(cè)量系統(tǒng)，34200—電動(dòng)機(jī)編碼器參考點(diǎn)零脈沖等參數(shù)的設(shè)置。系統(tǒng)第一次開機(jī)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)初始狀態(tài)，所有的存儲(chǔ)區(qū)初始化，所存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)值作為初始值。6.4設(shè)定傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械參數(shù)31030—絲桿螺距，31050—減速箱電動(dòng)機(jī)端齒輪齒數(shù)，31060—減速箱絲杠端齒輪齒數(shù)。6.5根據(jù)電動(dòng)機(jī)設(shè)定相關(guān)的速度電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速=軸速度/絲桿螺距。32000—最大軸速度G00，32010—點(diǎn)動(dòng)快速，32020—點(diǎn)動(dòng)快速，32260—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，36200—坐標(biāo)極限速度。6.6回參考點(diǎn)設(shè)置首先進(jìn)行機(jī)床回參考點(diǎn)調(diào)試。在802D安裝調(diào)試手冊(cè)上找到有關(guān)在回參考點(diǎn)模擬下的參數(shù)號(hào)。與參考點(diǎn)有關(guān)的幾個(gè)參數(shù)號(hào)的含義：34000—減速開關(guān)生效，34010—減速開關(guān)方向，34020—尋找減速開關(guān)速度，34040—尋找零脈沖速度，34050—接近開關(guān)反向，34060—找接近開關(guān)最大距離，34070—參考點(diǎn)定位速度，34080—檢測(cè)到零脈沖后的移動(dòng)距離，34100—參考點(diǎn)位置值。802D系統(tǒng)的很多功能都建立在參考點(diǎn)的基礎(chǔ)上。如自動(dòng)方式、MDA方式、LEC補(bǔ)償?shù)戎挥性诨貐⒖键c(diǎn)后才能操作生效。第一次回參考點(diǎn)時(shí)務(wù)必小心，避免碰撞。6.7軟件限位及反向間隙設(shè)置回參考點(diǎn)確定后，應(yīng)該設(shè)置軟件限位。36100—軸負(fù)向軟限位值，36110—軸正向軟限定位值。測(cè)試反向間隙，并進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償，32450—反向間隙。6.8主軸參數(shù)設(shè)置該機(jī)床需要加工螺紋，所以主軸參數(shù)配置如下，主軸參數(shù)號(hào)的含義：30130—模擬量輸出，30240—主軸帶測(cè)量系統(tǒng)，36300—主軸最大轉(zhuǎn)速，30200—主軸有編碼器反饋。通過(guò)這些參數(shù)的設(shè)置，主軸就可以在點(diǎn)動(dòng)模式下運(yùn)行。6.9坐標(biāo)軸參數(shù)及驅(qū)動(dòng)特性設(shè)置由于X軸和Z軸配置基本一致，所不同的是Z軸電動(dòng)機(jī)帶抱閘，而X軸電動(dòng)機(jī)不帶抱閘，下面只講X軸參數(shù)的主要配置。參數(shù)設(shè)置根據(jù)調(diào)試情況可作適當(dāng)調(diào)整，直到電動(dòng)機(jī)均運(yùn)行良好。坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)是由PLC控制，PLC判斷檢測(cè)外部信號(hào)，如果條件具備，就置位使能，X坐標(biāo)軸就可以運(yùn)行。伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)特征調(diào)試是通過(guò)調(diào)整伺服驅(qū)動(dòng)SIMODRIVE611U上的微調(diào)電位器進(jìn)行的。調(diào)試時(shí)可利用示波器通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)SIMODRIVE611U的測(cè)試點(diǎn)，監(jiān)控并調(diào)整速度跟隨特性。當(dāng)速度環(huán)調(diào)試完畢后可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整位置增益。位置環(huán)增益參數(shù)為MD32200。為了增加安全性，除了硬限位外，還可設(shè)置軟限位。參數(shù)MD36100、MD361520為一、二級(jí)負(fù)軟