數控機床的電氣設計.doc
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數控機床的電氣設計 目錄 摘要 3 1數控機床的發(fā)展 4 1.1數控階段 4 1.2計算機數控階段 4 1.3數控機床的工作原理 4 2系統連接 5 2.1驅動系統 5 2.1伺服電機 6 2.3電氣設計的重要事項 8 2.3.1供電 8 2.3.2電氣柜的設計的基本要求 9 2.3.3接地 9 2.4驅動器的連接 10 2.4.1 Sinamic S120 書本型驅動器的連接 10 2.5系統通電 11 2.5.1通電前檢查 11 2.5.2第一次通電 11 3.PLC的調試 12 3.1PLC應用程序的設計 12 3.2PLC用戶的調試 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 18 數控機床的電氣設計 摘要 隨著科技的高速發(fā)展，數控技術在機械領域得到了廣泛的應用。數控機床是改造傳統機械加工裝備產業(yè)，構建數字化企業(yè)的基礎，它的發(fā)展一直被人們關注著。它有效的解決了復雜，精密等零件加工所存在的問題，能適應新時代所產生的各種難題。 該設計首先對國內外數控技術的發(fā)展情況及趨勢做出描述，然后在對數控機床的工作原理，伺服系統進行分析總結。 關鍵字：數控銑床 伺服系統 Electrical design of numerical control machine tool Abstract 隨著科技的高速發(fā)展，數控技術在機械領域得到了廣泛的應用。數控機床是改造傳統機械加工裝備產業(yè)，構建數字化企業(yè)的基礎，它的發(fā)展一直被人們關注著。它有效的解決了復雜，精密等零件加工所存在的問題，能適應新時代所產生的各種難題。 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. 該設計首先對國內外數控技術的發(fā)展情況及趨勢做出描述，然后在對數控機床的工作原理，伺服系統進行分析總結。 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. 關鍵字：數控銑床 伺服系統 Key words: CNC milling machine servo system 1數控機床的發(fā)展 1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這項成果表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。六年后，即在1952年，計算機技術被應用到了機床上。從此世界上便誕生了第一臺數控機床。傳統機床便開始發(fā)生了巨大的改變。近50年以來，數控機床主要經歷了以下兩個大階段。 1.1數控階段 .數控階段 由于前期的計算機運算速度低，對數據處理和計算所造成的影響并不大，但機床實時控制的卻不能適應它的要求。因此人們便采用數字邏輯電路的方法來“搭”成一臺機床計算機作為數控系統，它被稱為硬件連接數控。為了叫法方便，簡稱數控。 1.2計算機數控階段 1970年，出現涌現出大批小型計算機。其運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控系統的核心部件，從此便開始進入了計算機數控階段。到1972年美國的一家公司在世界上首次把計算機的控制器和運算器，運用大規(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被用在了數控系統上。由于CPU仍然是通用計算機的核心部件所以還是被稱為計算機數控。 1.3數控機床的工作原理 (1) 把編好的加工程序通過操作面板上的鍵盤或者輸入機將數字信息運送給數控裝置。 (2)數控裝置把所接收的信號進行處理后，再將處理結果用脈沖信號的形式進行分配：一種是向進給伺服系統發(fā)出進給等執(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，控制機床主體則立即執(zhí)行這些指令，并將機床主體執(zhí)行的情況實時反饋給數控裝置。 (4)伺服系統在接到進給執(zhí)行命令后，則立即驅動機床主體的各坐標軸(進給機構)嚴格按照指令要求進行準確的位移，自動完成工件的加工。 (5)在各坐標軸位移過程中，檢測反饋裝置將位移的實測值迅速反饋給數控裝置，以便與指令值進行比較，然后再以極快的速度向伺服系統發(fā)出補償執(zhí)行指令，直到實測值與指令值吻合為止。 (6)在各坐標軸位移的過程中，如果發(fā)生“超程”現象，則限位裝置就可以向可編程序控制器或直接向數控裝置發(fā)出某些坐標軸超程的信號，數控系統就一方面通過顯示器發(fā)出報警信號，另一方面則向進給伺服系統發(fā)出停止執(zhí)行命令，以實施超程保護。 2系統連接 2.1驅動系統 SINAMICS S120 系統是西門子最新的一代驅動應用系統。S120 驅動系統運用了世界上最先進的硬件、軟件以及通訊技術等。運用高速驅動的接口，與之配套的1FK8永磁同步伺服電機并具有獨立的電子銘牌，系統不僅可以自主識別所配置的驅動系統，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配套使用的驅動系統產品包括：書本型驅動器和用于單軸的 AC/AC 模塊式驅動器。 ?書本型驅動器，其電源模塊和電機模塊的非開構成了它的結構形式，而且直流母線上被電機模塊所連接（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 模塊式驅動器，其結構形式為電源模塊和電機模塊集成在一起。（802D sl value 采用該類型驅動器） SINAMICS S120 書本型驅動器由獨立的電源模塊和電機模塊共同組成。電源模塊全部采用饋能制動方式，其配置分為調節(jié)型電源模塊（Active Line Module 縮寫為 ALM） 和非調節(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。電機模塊（Motor Module 縮寫為 MM）。 2.2伺服電機 SINAMICS S120 書本型驅動器的電源模塊、電機模塊均需要外部 24V 直流供電。 Sinamics S120 AC/AC 模塊式驅動器由兩部分組成：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 模塊式驅動器不需要獨立的 24V 直流供電。 2.1.3802D各單元間的連接 SINUMERIK 802D數控系統是基于PROFIBUS總線的數控系統。信號都是通過PROFIBUS傳送的。 2.3電氣設計的重要事項 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，所需的電流要根據輸出點的個數以及輸出信號的同時系數來確定：輸出信號所需的電流 = 輸出點數 * 0.25 * 同時系數（A）。 在確定系統的配置，以及輸入輸出的負載情況后，確定 24V 直流電源的輸出能力。 使用倆個獨立的24V直流電源，可以提高系統的穩(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 應連通。 2. 24VDC 電源的選擇 使用24V直流電源。 3.驅動器供電 交流電源由電抗器、濾波器、電源開關等部件接到進線電源模塊上，電抗器是必須存在的配件。 2.3.2電氣柜的設計的基本要求 ? 電氣柜應具有 IP54 防護等級； ? 各部件應安裝在沒有涂漆的鍍鋅板上； ? 變頻器，驅動器以及其他強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。共地可以保證系統穩(wěn)定可靠運行，但前提條件是具有良好的"地"。 2.3.3接地 接地標準及辦法需遵守國標 GB/T 5226.1-2002（等效 IEC 204-1:2000） "工業(yè)機械電氣設備 第一部分: 通用技術條件 "； 中性線不能作為保護地使用！ PE 接地只能集中在一點接地，接地線截面積必須