CKC20F数控车厂电气控制系统设计--基于三菱E60数控系统.pdf

南索工程学陵本科毕业设计（论文）题目:CKC20F数控车厂电气控制系统设计 基于三菱E60数控系统专 业:_班級:学号:辿_学生姓名:_指导教师:_起迄日期:_设计地点:南京工程学院_Graduation Design(Thesis)Design the Electrical Control System about The CKC20F CNC lather machine tool which was based on the Mitsubishi System南京工程学院毕业设计说明书（论文）摘 要论文完成的是基于三菱系统CKC20F型数控车床电气控制系统的设计,本车床川的是巳本三菱本公司生产的E60系统,E60是内含64位CPU的高性 能数控系统,它具有集成的可编程控制器;高效率、高精度、高速加工功 能;加工程序的刀具轨迹可以进行图形模拟,加工时的刀具轨迹可以实时 显示;此外,系统具有RS232传输接口,使机床能够进行远程传输通讯。本论文重点介绍了三菱数控车床的电气控制过程及其实现的原理、PLC梯形图的设计、参数的设置及其机床电气的调试。电气控制部分其中包括了对主轴交流伺服的控制,X,Z进给轴交流伺 服的控制,位电动换刀刀架的控制,冷却手动/自动的控制,排屑电机 的正反转控制,润滑电机的自动控制,卡盘与尾座的控制,自动断电的控 制等。PLC的控制原理及其实现过程具体包括了机床本体的PLC程序分析,操作面板的PLC程序分析,电动刀架的PLC程序的分析。另外重要一个部分是机床参数的设置和机床电气的调试,一台数控机 床的电气部分设计好并且安装好后,机床如果要实现相应的电气功能必须 要进行参数的设置,传输PLC梯形图,这样可以进行机床电气的调试。关键词:三菱系统;数控车床;电气控制;PLCI南京工程学院毕业设计说明书（论文）ABSTRACTThesis completion is the design which controls the control system of the lather electricity according to the Mitsubishi system CKC20 F number.This lather use originally Mitsubishi Japanese company produce of E60 system,the E60 is the high performance number which contains 64 CPUs to control system,It has integrated programmable controller;The high-efficiency and high accuracy,high speed processes function;The knife which processes procedure has a track and can carry on sketch emulation,process of the knife have a track can actually hour show;In addition,the system has RS232 to deliver to connect,can make the tool machine carry on long range to deliver communication.This thesis point introduced a Mitsubishi number to control the electricity control of lather process and in fact now of principle,PLC trapezoids adjust of the constitution and its tool machine electricity of design,parameter of the diagram try.The electricity control part included among them to communicate to the principal axis servocontrol,X,Z enters to communicate to the stalk servocontrol,eights are dynamoelectric to change the knife the control of knife and cool off to move/auto of control,line up scraps electrical engineering of positive and negative turn a control,lubricate the control of the automatic control of electrical engineering,card dish and tail,automatic power failure of control etc.PLC control principle and in fact the process concretely included the PLC procedure of the tool machine essence analysis now,the PLC procedure of the operation front-panel analytical,the analysis of the PLC procedure of electric knife.A moreover important part is constitution and tool machine electricity of tool machine parameter to adjust to try,a set number controls the electricity part design of tool machine to like and install like after,if tool machines wanting to carry out homologous electricity function has to carry on the constitution of parameter,deliver PLC trapezoid diagram,so just can carry on tool machine electricity of adjust to try.Keyword:The Mitsubishi system;CNC lather;the electricity control;PLCii南京工程学院毕业设计说明书（论文）目 录第一章绪论.11.I 数控机床简介.11.2 选题背景.51.3数控车床概述.71.4本文的结构.10第二章 数控车床电气设计方案.112.1数控车床电气设计基本思路.112.2数控车床基本电气情况介绍.112.3三菱数控系统E60系列简介.132.4系统电缆互联图.15第三章 数控车床电气控制的详细设计及分析.163.1数控车床供电冋路的设计与分析.163.2数控车床主轴与进给轴伺服控制的设计与分析.183.3数控车床其他电气控制的设计与分析.21第四章 数控车床PLC程序设计及分析.364.1 PLC编程简介.364.2机床本体P床程序分析.404.3操作面板PLC程序分析.464.4电动刀架换刀程序分析.54第五章 数控车床机床电气的调试及参数设置.595.1数控车床传输的基本操作.595.2 数控车床的参数意义及设置.615.3 数控车床参数及机床电气的调试过程.64第六章结论.676.1论文总结.676.2感想.68致谢.69参考文献.70附录A英文资料.71附录B英文资料翻译.79ill南京工程学院毕业设计说明书（论文）附录C：CKC20F型数控车床电气原理图.82附录D:数控车床PLC梯形图.98附件:毕业论文光盘资料IV南京工程学院毕业设计说明书（论文）第一章绪论1.1数控机床简介数控技术的发展原因:客观方面的原因:第二次世界大战中体现出来的对武器装备要求更加 精良;计算机技术的产生和不断发展;机床技术的不断发展和成熟等。主观方面的原因:要求减轻工人的劳动强度;不断提高劳动效率;厂实现自动化的要求等。数控机床的发展史:半个世纪以来,数控系统已经历了两个阶段,六代的发展。1.硬线数控阶段（19521970年）最初的计算机由于运算速度比较低,对于机床的实时控制还达不到要 求。于是,人们不得不采川数字逻辑电路“搭”成一台机床专川计算机作 为数控系统,被称为硬线数控 Hardwired Numerical Control,简称数 控（NC。随着元器件的发展,这个阶段经历了三代的发展,即1952年 开始的第一代数控系统,其主要特点是以电子管,继电器,模拟电路元件 为主；1959年开始的第二代数控系统,其主要特点是以晶体管数字电路元 件为主;1965年开始的第二代数控系统,其主要特点是以集成数字电路器 件为主。2.计算机数控阶段（1970年至今）1970年开始的第四代数控系统,其主要特点是基于小型计算机并采川 中小规模集成电路的数控系统;1974年开始的第五代数控系统,其主要特 点是基于微处理器并具有数字显示,故障自诊断功能的数控系统;1990年 开始的第六代数控系统,其特点是基于PC的数控系统,现在已经进入广 泛应川阶段,价格也相对降低了很多,而对于些大型设备,由于高精度,多功能,操作方便,开发简单,容易等特点,价格也非常高,有的能达到 几百万甚至上千万元。数控定义:数控技术川数字控制技术来控制机床按预先指定的程序来动作。数控机床为满足单件,小批,多品种,自动化生产的需要而研制 的种灵活的,通川的能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床,具有适 应性强,加工精度高,加工质量稳定和生产效率高的优点。数控机床的优点:-1-南京工程学院毕业设计说明书（论文）适应能力强,适应于多品种,单件小批量零件的加工;加工精度高;序高度集中,可以大大减轻工人的体力劳动;生产准备周期短,具有较 高的加工生产率和较低的加工成本；能完成复杂型面的加工;技术含量高,有利于实现机械加工的现代化管理。1.1.I数控机床的组成1.数控机床的技术组成数控技术由机床技术,数控系统技术和外围技术等三大技术组成。机床技术包括基础件（床身,立柱,工作台）和配套件（刀架,刀库,丝杠,导轨）等;数控系统技术包括控制系统（硬件,软件）,驱动系统（伺服系统,电动机）和测量与反馈系统（各种传感器）等;外围技术包 括工具系统（刀片,刀杆）,编程技术（编程机,编程系统）和管理技术 等。2.数控机床的结构组成数控机床的结构组成有:控制介质,数控装置,伺服系统,机床。各部分的功能及作川分别为:1 数控装置是数控机床的核心,它的功能是接收由输入装置送来 的脉冲信号,经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译,运算和逻辑 处理后,输出各种信号和指令控制机床的各个部分进行规定的,有序的动 作。2 伺服系统是数控系统的执行部分,它由伺服驱动电路和伺服驱 动装置组成,并于机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给 系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度,方向和位移。（3 机床本体包括:主运动部件,进给运动执行部件（工作台,刀 架及其传动部件和床身立柱等支撑部件,还有冷却,润滑,转位和夹紧装 置等）。4 测量装置是川来直接或间接测量执行部件的实际位移或转动角 度等运动情况。是保证机床精度的信息来源,具有十分重要的作川。数控机床工作过程数控机床的大致工作过程如下:首先要由编程人员或操作者通过对零 件图作深入分析,特别是工艺分析,确定合适的数控加工艺,其中包括 零件的定位与装夹方法的确定,工序划分,各工步走刀路线的规划,各 步加工刀具及其切削川量的选择等。1.1.2数控机床的分类-2-南京工程学院毕业设计说明书(论文)目前,数控机床品种非常之多,可以从不同的角度和按照多种原则进 行分类。1.按艺用途分类(1)金属切削类数控机床有数控车、铳、钻、磨、链和加工中心等。(2)金属成形类数控机床有数控折弯机,弯管机,冋转头压机等。(3)数控特种加工及其类型数控机床有数控线切割,电火花,激光 切割和火焰切割机等。2.按控制运动的方式分类(1)点位控制数控机床 这类数控机床的典型代表是数控钻床,其 特点是它的数控装置只要求精确地控制从个坐标点到另个坐标点的 定位,而不对其行走轨迹作限制,在行走过程中不能加工。(2)直线控制数控机床 它不仅要求具有精确的定位功能,而且还 要求保证从一点到另点的移动轨迹为直线,其路线和速度可控。(3)轮廓控制数控机床 又称连续轨迹控制机床,它的数控装置能 同时控制两个和两个以工坐标轴,并具有插补功能。可对位移和速度进行 严格的不间断的控制,即可以加工曲线或者曲面零件。3.按伺服系统的类型分类按照数控机床有无反馈及反馈的位置不同可以分为开环伺服,闭环伺 服,半闭环伺服三种。系统无反馈则把数控机床称为开环数控机床;若系 统有反馈,而反馈环提供的信号来自机床的最后个移动部件则系统为闭 环数控机床;若数控机床有反馈,但信号来自中间环节则为半闭环数控机 床。4.按功能水平分类可将数控机床分为高、中、低档三类,但是这种分类方法没有一个确 切定义。数控机床水平高低由主要技术参数,功能指标和关键部件的功能 水平决定。还可以按数控机床的联动轴数来分类,这样可以分为2轴联动、2.5 轴联动、3轴联动、4轴联动、5轴联动等数控机床。其中,2.5轴联动是 三个坐标轴中任意两轴联动,第三轴点位或直线控制。1.1.3数控机床的主要性能指标及功能1.数控机床的主要技术指标:(1)主要规格尺寸 数控车床主要有床身与刀架最大冋转直径、最大 车削长度、最大车削直径等。2)主轴系统 数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动,具有较宽-3-南京工程学院毕业设计说明书(论文)的调整范围和较高的冋转精度,主轴本身刚度与抗振性能比较好。现在数 控机床主轴普遍达到5000-10000r/min,甚至更高的转速,这对提高加工 质量和各种小孔加工极为有利;主轴可以通过操作面板上的快速倍率选择 开关改变转速;在加工端面时主轴具有恒线速度切削功能。(3)进给系统包括进给速度范围、快移速度、运动分辨率、定位精 度和螺距范围等主要技术参数。(4)刀具参数 数控车床包括刀架位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度各项内容。(5)电气 包括主电动机,伺服电动机规格型号和功率。(6)冷却系统 包括冷却箱容量、冷却泵输出量等。(7)外形尺寸 表示为长*宽高。(8)机床重量机床的重量。2.数控机床的主要功能:(1)控制轴数与联动轴数 控制轴数说明数控系统最多可以控制多少 坐标轴,其中包括移动轴和冋转轴。联动轴数是数控系统按加工要求控制 同时运动的坐标轴数。(2)插补功能 指数控机床能够实现的线型能力,如直线,圆弧,螺 旋线,抛物线,正弦曲线等。机床插补功能越强,说明其能够加工的轮廓 种类越多。(3)进给功能 包括快速进给,切削进给;手动连续进给、点动进给;进给率修调;自动加减速功能等。(4)主轴功能 可实现恒转速、恒线速、定向停止即转速修调。恒线 速即主轴自动变速,使刀具对件切削点的线速度保持不变。主轴定向停 止即换刀、精神退刀前,主轴在其轴向准确定位。(5)刀具功能 指刀具的自动选择和自动换刀。(6)刀具补偿 包括刀具位置补偿、半径补偿和长度补偿功能。(7)机械误差补偿 指系统可自动补偿机械传动部件因间隙产生的误 差。(8)操作功能 数控机床通常有单程序段的执行和跳段执行、图形模 拟、机械锁住、试运行、暂停和急停等功能,有的还有软件操作功能。(9)程序管理功能 指对加工程序的检索、编制、修改、插入、删除、更名、锁住、在线编辑即后台编辑以及程序的存储通信等。(10)图形显示功能 利川监视器进行二维或三维、单色或彩色、图 形可缩放、坐标可旋转的刀具轨迹动态显示。-4-南京工程学院毕业设计说明书(论文)(11)辅助编程功能 如固定循环、镜像、图形缩放、子程序、宏程 序、坐标旋转、极坐标等功能,可减少手工编程的工作量和难度,特别适 合三维复杂零件和大型工件。(12)自诊断报警功能 指数控系统对其软、硬件功能的自我诊断能 力,该功能川于监视整个加工过程是否正常,并及时报警。(13)通信与通信协议 数控系统都配有RS232c和DNC接口,为进行 高速传输设有缓冲区。高档数控系统还可以与MAP相连,能够适应FMS、CIMS的要求。1.2 选题背景金属切削机床是人类在长期改造自然的生产实践中,不断改进生产 具的基础上产生和发展起来的。20世纪以来,齿轮变速箱的出现,使机床的结构和性能发生了根本性 变化。随着电气控制、液压传动等科学技术的出现及其在机床上的普遍应 川,使机床技术有了迅速的发展,除通川机床外又出现了许多各式各样的 专川机床。近些年来,电子技术、计算机技术、信息技术、激光技术等的发展并 在机床领域的应用,使机床得到了迅猛发展。多样化、精密化、高效化、自动化是这时代机床发展的基本特征。通过机床加工的精密化、高效化 和自动化来推动和发展社会生产。新技术的迅速发展和客观要求的多样化,决定了机床必须多品种。技 术的加速发展和产品更新换代的加快使机床主要面向多品种、中小批生 产。因此,现代机床不仅要保证加工精度、效率和高度自动化,还必须有 一定的柔性,即灵活性,使之能够很方便地适应加工对象的改変。近些年来,数控机床以其加工精度高、生产效率高、柔性高、适应中 小批生产而巳益受到重视。由于数控机床无需人工操作,而是靠数控程序 完成加工循环,调整方便,适应灵活多变的产品,使得中、小批生产自动 化成为可能。20世纪80年代是数控机床、数控系统大发展的时代,这个 发展大潮正在方兴未艾之中。1989年全世界数控机床的年产量越过10万 台。数控机床和自动换刀的各种加工中心机床已成为当今机床发展的趋 势。数控技术也使机床结构发生重大変革。主传动系统采川直流或交流调 速电动机,主轴实现无级调速,简化了传动链。采川交流变频技术,调速 范围可达1：10万以工,主轴转速可达75000r/min。机床进给系统现在通-5-南京工程学院毕业设计说明书（论文）常采川交流伺服电机带动滚珠丝杠来实现进给驱动,简化了进给传动结 构。为提高工效,快进速度目前最高达60m/min,切削进给速度也达到 6-10m/min。数控机床达到了前所未有的加工精度。巳本研制的超精数控 机床,其分辨率达0.01 U%圆度误差达0.03 un!。现代加工中心机床工作 台定位精度可达L5um全行程,数控转台控制精度达万分之一度。近些 年来,数控机床的可靠性水平不断提高,数控装置的平均无故障工作时间 已达上万小时。可见,数控技术正迅速地向更高的水平发展。数控机床的 应用能全面提高机械工业的技术水平。我国的机床工业是在新中国成立后建立起来的,1949年机床产量仅 1500多台。目前我国已形成了布局比较合理、比较完整的机床工业体系,而且已制定了完整的机床系列型谱,生产的机床品种也巳趋齐全,现在已 经具备成套装备现代化工厂的能力。目前,我国已能生产从小型仪表机床 到重型机床的各种机床,也能生产出各种精密的、高度自动化的、高效率 的机床和自动线。机床的性能也在逐渐提高,有些甚至已经接近世界先进 水平。目前我国已能生产100多种数控机床,并研制出六轴五联动的数控系 统,可川于更加复杂型面的加工。国产数控机床的分辨率已经提高到1 m。虽然我国机床业已经取得了巨大的成就,但与世界先进水平相比,还有较大的差距。主要表现在:大部分高精度和超精密机床的性能还不能 满足要求,精度保持性也比较差,特别是高效自动化和数控机床的产量、技术水平和质量保证等方面都明显落后。我国制造企业的数控机床的数量 不到总机床数的5%,我国数控机床基本上是中等规格的车床、铳床、和加 中心等,而精密的、大规格及超大规格或小规格的还远远不能满足需要。至于航天、航空、冶金、汽车、造船和重型机器制造等业部门所需要的 多种类型的特种数控机床基本上还是一片空白。在技术水平和性能方面的差距也很明显。国外已做到了 15-19轴联动,分辨率达0.1-0.01 m,而我国目前只能做到5-6轴联动,分辨率为1 m。国产数控机床的质量与可靠性也不够稳定,特别是先进数控系统的开发和 研制还需作进一步的努力;机床基础理论和应用技术的研究明显落后,人 员技术素质还跟不上现代机床技术飞速发展的需要。我国目前对数控机床的需求巳益增加,国内市场的需求量很大。我国 机床企业必须奋发图强,不断扩大技术队伍和提高人员的技术素质,学习 和引进国外的先进科学技术,以便早日赶上世界先进水平。-6-南京工程学院毕业设计说明书（论文）1.3 数控车床概述1.3.1 艺范围与分类数控车床与普通车床样,主要用于加工各种轴类、套筒类和盘类零 件上的冋转体表面,例如内外圆柱面、圆锥面、成型冋转表面及螺纹面等。但是,数控车床是将零件的数控加工程序输入到数控系统中,由数控系统 通过车床X、z坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度,再配以主轴的转速和转向,便能加工出各种形状不同 的轴类或盘类冋转体零件,还可加工高精度的曲面与端面螺纹。使川的刀 具主要有车刀、钻头、较刀、键刀及螺纹刀具等。数控车床加工零件的尺 寸精度可达IT5-IT6,表面粗糙度可达L6um以下。它是目前使川十分广 泛的种数控机床,而且种类很多。1.3.2 数控车床的特点与发展数控车床与普通车床相比,有以下几个特点:1 高精度 数控车床控制系统的性能在不断提高,机械结构不断完 善,机床精度巳益提高。（2 高效率 随着新刀具材料的应川和机床结构的完善,数控车床的 加工效率、主轴转速、传动功率不断提高,使得新型数控车床的加工效率 比普通车床高2-5倍。加工零件形状越复杂,越体现出数控车床的高效率 加工特点。3 高柔性 数控车床具有高柔性,适应70%以上的多品种、小批量 零件的自动加工。4 高可靠性 随着数控系统的性能提高,数控机床的无故障时间迅 速增加。（5 艺能力强 数控车床既能川于粗加工又能川于精加工,可以在 一次装夹中完成其全部或大部分序。（6 模块化设计 数控车床的制造多采川模块化原则设计。随着数控系统、机床结构和刀具材料的技术发展,数控车床将向高速 化发展,进步提高主轴转速、刀架快移以及转位换刀速度;艺和序 将更加复合化和集中化;数控车床向多主轴、多刀架加工方向发展;数控 车床向全自动化方向发展;加工精度向更高方向发展;数控车床也向简易 型发展。1.3.3 数控车床的布局形式数控车床的主轴、尾座等部件相对床身的布局形式与普通车床样,受工件尺寸、质量、形状、生产率、精度、操作方便运行的运行的要求和-7-南京工程学院毕业设计说明书(论文)安全与环境保护的要求的影响。而且刀架和导轨的布局形式有很大変化,并且布局形式直接影响数控车床的使川性能及车床的结构和外观。随着工件尺寸、质量和形状的变化,数控车床的布局有卧式车床、落 地式车床、单立柱立式车床、双立柱立式车床和龙门移动式立式车床。1.床身和导轨布局床身是机床的主要承载部件,是机床的主体。按照床身导轨面与水平 面的相对位置,数控卧式车床床身导轨与水平面的相对位置有如下几种:后斜床身斜滑板、直立床身直立滑板、平床身平滑板、前斜床身平滑 板、平床身斜滑板。(1)水平床身的工艺性好,便于导轨面的加工。水平床身配上水平 放置的刀架可提高刀架的运动精度,一般可川于大型数控车床或小型精密 数控车床的布局。但是水平床身由于下部空间小,故排屑困难。由于刀架 水平放置使得滑板横向尺寸较长,从而加大了机械宽度方向的结构尺寸。(2)水平床身配上倾斜放置的滑板,并配置倾斜式导轨防护罩。这 种布局形式一方面具有水平床身工艺性好的特点,另一方面机床宽度方向 的尺寸较水平配置滑板的要小,且排屑方便。(3)斜床身导轨倾斜角有30度、45度、60度、75度和90度。倾斜 角度小,排屑不便;倾斜角度大,导轨的导向性及受情况差。导轨倾斜 角度的大小还影响机床的刚度、排屑,也影响到占地面积、宜人性、外观 尺寸高度的比例,以及刀架质量作川于刀轨面垂直分力的大小等等。选用 时,应结合机床的规格、精度等选择合适的倾斜角。一般说来,小型数控 机床多采川30度、45度;中等规格数控车床多采川60度形式;大型数控 车床多采川75度形式。斜床身和平床身斜滑板布局形式在数控车床中被广泛采川,因为具备如 下优点:(1)容易实现机电一体化。(2)机床外形整齐、美观、占地面积小。(3)从件上切下的炽热切屑不致于堆积在导轨上影响导轨精度。(4)容易排屑和安装自动排屑器。(5)容易设置封闭式防护装置。(6)宜人性好,便于操作。(7)便于安装机械手,实现单机自动化。2.刀架布局冋转刀架在机床有两种布局形式:一种是用于加工盘类零件的冋转-8-南京工程学院毕业设计说明书(论文)刀架,其冋转轴垂直于主轴;另种是川于加工轴类和盘类零件的冋转刀 架,其冋转轴平行于主轴。目前两坐标联动数控车床多采川12共位冋转 刀架,除此之外,也有采用6位、8位和10工位的。1.3.4数控车床的分类随着数控车床制造技术的不断发展,形成了产品繁多,规格不一的局 面。因而也出现了几种不同的分类方法。1.按数控系统的功能分(1)经济型数控车床经济型数控车床,一般是在普通车床基础上进 行改进设计的,采川步进电动机驱动的开环伺服系统,其控制部分采川单 板机或单片机实现。此类车床结构简单,价格低廉,但无刀尖圆弧半径自 动补偿和恒线速切削等功能。(2)全功能型数控车床全功能型数控车床一般采川闭环或半闭环 控制系统,具有高刚度、高精度和高效率等特点。(3)车削中心 车削中心是以全功能型数控车床为主体,并配置刀 库、换刀装置、分度装置、铳削动头和机械手等,实现多工序的复合加 的机床。在件一次装夹后,它可完成冋转类零件的车、铳、钻、攻螺 纹等多种加工序。其功能全面,但价格较高。(4)FMC车床 FMC车床实际是个由数控车床、机器人等构成的 柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动 化。2.按主轴的配置形式分类(1)卧式数控车床 主轴轴线处于水平位置的数控车床。(2)立式数控车床主轴轴线处于垂直位置的数控车床。还有具有两根主轴的车床,称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。3.按数控系统控制的轴数分类(1)两轴控制的数控车床 机床上只有一个冋转刀架,可实现两坐 标轴联动控制。(2)四轴控制的数控车床 机床上有两个独立的冋转刀架,可实现 四轴联动控制。对于车削中心或柔性制造单元,还要增加其他的附加坐标轴来满足机 床的功能。目前,我国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车 床。-9-南京工程学院毕业设计说明书（论文）1.4本文的结构本文以我国数控机床作为先进的装备制造业作为应川背景,对基于三 菱系统CKC20F型数控车床电气控制系统的设计进行了研究。全文共分为七章,各章的主要内容如下:第一章扼要地介绍了数控技术的历史及其发展过程,数控机床的概 念、特点与相关研究背景;第二章研究了数控车床的电气设计方案;第三章对数控车床的电气控制系统进行了研究,给出了电气控制系统 的控制方案,并具体分析了各部分电气控制系统的控制原理;第四章对数控车床本体、操作面板、电动刀架的PLC梯形图进行了编 制及分析;第五章对数控车床的些参数进行了介绍及设置,并且对数控车床的 电气进行了调试;第六章总结了全文的研究工作,给出了主要工作和结论,同时也有自 己做毕业设计时的感想。-10-南京工程学院毕业设计说明书(论文)第二章数控车床电气设计方案2.1 数控车床电气设计基本思路图2-I 数控车床电气组成总框图由图2-1可知,数控车床分别由数控装置(CNC),机床控制电气,X、Z轴进给驱动,电机主轴伺服控制,刀架电机控制,冷却控制,润滑控制,排屑控制,液压控制及其他信号控制电路组成。所有这些控制功能构成了数控车床的整体性能和功能,而这些功能之 间是如何相互影响以及如何实现控制的呢?下面些篇章将加以论述。2.2 数控车床基本电气情况介绍数控车床的应川正在各行各业中兴起。数控机床的电气控制线路同普 通的机床电路有所不同,除了常用的电器控制线路外,它还有数控装置。数控车床的组-11-南京工程学院毕业设计说明书（论文）成结构框图如下图所示:图2-2数控车床组成结构框图从图2-2我们知道数控机床由输入输出装置、数控装置、驱动控制装 置、机床电器控制装置、机床本体组成。从中我们了解到普通机床与数控 机床的区别主要是数控机床主要是数控机床的主轴调速、进给轴驱动、刀 架的进给全部自动完成,即根据编程指令按要求执行。组成数控机床的所有这些部件,数控装置是整个数控数控机床的核 心,机床的操作要求命令均从此装置中发出。驱动装置位于数控装置和机 床之间,包括进给驱动和主轴驱动装置。驱动装置根据控制的电机不同,其控制电路形式也不同。步进电机有步进驱动装置,直流电机有直流驱动 装置,交流伺服电机有交流伺服 驱动装置等。机床电器控制装置也是位于数控装置与机床本体之间,它主要接收数 控装置发出的开关命令,控制机床主轴的启停、正反转、换刀、冷却、润滑、液 压、排屑电机的正、停、反转、卡盘卡紧,送开、尾座伸出,收冋、报警红灯、绿灯、自动断电、工作灯等。2.2.1 数控车床的主要工作情况本数控车床的机械部分比同规格的普通车床更为紧凑和简洁。主轴采 川三菱伺服驱动、三菱电机;三菱电机具有如下特点:输出功率大,在整 个调速范围内速度稳定,且恒功率范围宽、加速时间短、电动机温升低、振动、噪声小、电动机可靠性高,寿命长,易维护。进给移动装置采用滚珠丝杠,传动效 率好、精度高、摩擦小。进给电机也是用三菱伺服电机,驱动用的是三-12-南京工程学院毕业设计说明书（论文）菱伺服驱动装置。进给电机的运动由NC装置实现信号控制。此三菱数控车床的刀架能自动转位。换刀电机采用的是三相异步电 机,具体换到什么位置由数控程序给出,然后经过数控装置,PLC的处理,发出信号来控制机床刀架动作,旋转到指定的位置。其它些辅助功能,如排屑、冷却、液压、自动断电、红,绿灯、卡 盘、尾座、工作灯等的控制都要经过PLC处理来控制其动作。2.2.2 CKC20F数控车床的主要性能指标1 机械主要性能指标 1 主轴转速30000-5000r/min；2 主轴电机功率2.2kW；3 自动 冋转刀架八位。2 电气主要性能指标 1 输入电源3380V；2 标准三菱指令编程;（3 机床冋零功 能;（4 具有螺纹加工功能;（5 机床硬限位,报警解除功能;（6 主轴伺服控制,主轴正反停控制;（7 X、Z进给轴伺服控制；（8 自动 换刀,四位编码刀号刀架,且就近换刀;（9 冷却自动/手动控制；10 排屑自动/手动功能;（11）卡盘卡紧、松开自动/手动控制;12 尾座 手动/自动控制;13 自动润滑功能,且具有自动报警功能;14 冷 泵控制；15 自动断电功能,即机床加工完零件具有自动切掉电源的功 能；16 红、绿灯控制。2.3 三菱数控系统E60 车床）系列简介最大控制轴数:5最大NC轴数:3（基本：2轴X、Z 最大主轴数:1最大PLC轴:1辅助轴 MR-J2-CT：1最大系统数:1同时联动轴数:3最小控制单位:1 m内置PLC能力（步数）：4000基本PLC指令执行时间：2 s/步PLC开发工具：GX Developer MELSEC开发工具）程序存储容量:600nl/400个程序（相当于236,000字）显示器:7.2英寸单色LCD-13-南京工程学院毕业设计说明书（论文）驱动马达容量:0.5-3.5KW最大I/O点数:机床输入输出256/240、标准配备模拟输出:1操作面板：128/96点模拟输出点:变频器川:1点优点:内臧64-bit CPU的高性能CPU,结合新世代高增益伺服系统MDS-R系 统,开放定制初始屏幕,采川小型伺服电机和高分辨率译码器（131,072 脉冲/转）,中文（简体和繁体字）,英语和巳语设定显示。简单:利用伺服自动调谐设定,便于机床获得最佳加工特性;利川MELSEC PLC开发工具（GX Developer改善开发过程）;选川具转位功能辅助轴 MR-J2-CT安装于旋转刀架,刀库上,改善刀具转位时间,提高加工效率;简单的利川参数选定,就能进行车床和铳床川途的转换;可透过卡匣硬件 快速存储所有资料,简化维修程序。经济:采川面板一体化的CNC机体和2轴一体化的新世代伺服驱动器 MDS-R 系列）,大幅节省机床电器柜的空间;采川模拟输出,可安装变频器主轴。控制单元的系统连接图如图2-3：E60健盘 单元控制单元显示单元CRT1LCDDC24V 稳压电源图2-3控制单元连接图其中的具体插头说明如下:CF10连接基本I/O单元 HANDLE连接手动脉冲发生器 SI0连接RS-232c设备-14-南京工程学院毕业设计说明书（论文）RIO连接远程I/O单元EMG连接紧急停止信号LCD-连接显示单元NCKB连接键盘单元DCIN连接DC24V稳压电源CF01一连接电源切断信号 ACFAIL（使用通用电源时开）2.4 系统电缆互联图图2-4系统电缆互联图从而2-4的系统电缆互联图中,我们不难知道数控系统（包括数控装 置、显示单元、键盘单元）,基本。单元,主轴伺服放大器、电机,X、Z进给伺服放大器、电机之间的连接关系。由于三菱E60系统的数控装置与显示单元、编辑面板在起的,所以 我将三者画在一起了,控制单元的插头CF10通过电缆连接至基本I/O单元 的插头CF10,另外控制单元的CF11通过电缆连接至基本I/O单元的CFH。基本I/O单元的DCIN插头连接24V直流电源,HANDLE插头连接手轮脉冲发生 器,SV1插头连接到主轴的CN1A插头,然后主轴的CN1B插头连接到进给轴X 轴的CN1A插头,然后X轴的CN1B插头连接到进给轴Y轴的CN1A插头,Y轴的 CN1B连接至A-TM。-15-南京工程学院毕业设计说明书（论文）第三章 数控车床电气硬件详细设计与分析3.1 数控车床供电回路的设计与分析如图3-1为供电冋路的原理图:口图3-1供电回路原理图三相电源接入图如图3-2：-16-南京工程学院毕业设计说明书（论文）图3-2 电源接入图如图3-1中的UI,VI,W1来自图3-2中的UI,VI,W1,在图3-2中从外部引 入3380V的电源,经过熔断器,空气开关QF1。其中空气开关QF1下面有 个线圈起到自动断电功能,三相电源经过变压器TC1将380V电压分别变 为110V、220V电压,其中交流U0V电压是给交流控制冋路提供电压源的;另外,它还要为轴流风扇FAN2、FAN3提供电压源。变为220V的交流电压需 经过VC1,VC2变为直流24V电乐。其中VC1提供的是直流控制冋路,PLC输入 控制冋路,面板PLC输入控制冋路直流24V的电压;VC2是为数控系统、基 本I/O单元、PLC输出控制冋路提供24V直流电压。我们知道电气控制冋路中,川到了很多的空气开关,如图3-2中的QF1。下面我简要的介绍一下空气开关的作川及工作原理。空气开关也就是断路器,在电路中作接通、分断和承载额定工作电流,并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护。断路器 的动、静触头及触杆设计成平行状,利川短路产生的电动斥力使动、静触头断开,分断能力高,限流特性强。短路时,静触头周围的芳香族绝缘物气化,起冷却灭弧作用,飞弧距 禺为零。断路器的灭弧室采用金属栅片结构,触头系统具有斥力限流机构,因此,断路器具有很高的分断能力和限流能力。具有复式脱扣器。反时限动作是双金属片受热弯曲使脱扣器动作,瞬 时动作是铁芯街铁机构带动脱扣器动作。脱扣方式有热动、电磁和复式脱扣3种。-17-南