1、包头职业技术学院 毕业论文 华数控 8 型铣床电气系统控制毕业设计 专 业 数控设备应用与维护 学 生 姓 名 班 级 811832 学 号 07 指 导 教 师 完 成 日 期 摘要 数控钻铣床是现代工业生产中不可缺少的部分，可以高速、精确的切削零件。本文就对钻铣床的机械结构、电气控制和数控三部分进行了设计，基本可以满足钻铣床的运行。本系统采用的数控装置集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式 PLC 接口、远程 I/O 板接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以及软驱、 DNC、以太网等程序交换功能，具有高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。详细给出了主 /控制回
2、路图及一些元件的选择。 关键字 ：数控装置 PLC 主 /控制回路 目 录 第一章 绪论 -1 1.1数控机床的发展史 -1 1.2数控机床的现状 -2 1.3数控机床的特点和用途 -2 1.4 PLC 相关技术的发展入应用领域 -3 1.4.1 PLC 技术简介 -3 1.4.2 PLC的基本结构 -3 1.4.3 PLC 应用领域 -4 第二章 电气系统控制设计 -5 2.1综合连线 -5 2.2功能描述 -8 2.2.1数控装置 -8 2.2.2IPC 单元 -12 2.2.3USP 开关电源 -12 2.2.4总线式 I/O单元 -13 2.2.4.1 通讯子模块及接口 -15 2.2
3、.4.2开关量输入 /输出子模块功能及接口 -16 2.2.4.3模拟量输入 /输出子模块功能及接口 -17 2.2.4.4轴控制子模块功能及接口 -18 2.3.3手持单元选件 -18 2.3供电与接地 -19 2.3.1 数控装置的电源接口 -19 2.3.2供电要求 -20 2.3.3接地 -21 2.4数控装置与外部计算机的连接 -22 2.4.1通过 RS232接口与外部计算机连接 -22 2.5数控装置与总线式伺服驱动单元的连接 -23 2.6数控装置与总线式 I/O单元的连接 -23 第三章 典型设计举例 -24 3.1 数控系统的典型连接 -24 3.2数控系统典型设计概述 -
4、24 3.3数控系统设计举例 -25 3.3.1系统简介 -26 3.3.2总体框图 -27 3.3.3输入输出开关量的定义 -29 3.3.4电器原理图简介 -31 3.3.4.1电源部分 -31 3.3.4.2继电器的输入输出开关量 -32 第四章 伺服电机的选择计算 -37 4.1伺服电机的选择计算 -37 4.2惯量匹配计算 -37 第五章 数控机床电气柜电装工艺设计 -40 5.1设计电气柜的注意事 -41 5.2电气柜空间布局及电气元件的安装走线 -41 第六章 参考文献 -42 第一章 绪论 1.1 数控机床的发展史： 1949 年帕森斯公司正式接受美国空军委托，在麻省理工学院伺
5、服机构实验室的协助下，开始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究，于 1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床，这便是数控机床的第一代。 1953 年，美国空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编程的研究。这就是 APT 自动编程的开始。 1958 年美国克耐 杜列克公司在世界上首先研制成功了带自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。 1959 年，计算机行业研制出晶体管元器件，因而数控装置中广泛采用晶体管和印制电路板，从而跨入第二代数控时代。 1965 年，出现了小规模的集成电路。由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性
6、得以进一步提高，标志数控系统发展到第三代。 随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。小型计算机开始取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现。这样组成的数控系统称为计算机数控系统（ CNC）。 1970 年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了这种系统，称为第四代数控。 1974 年美国、日本等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统。近 20年来，微处理器数控系统的数控机床得到了飞速发展的广泛应用，这就是第五代数控系统。 1.2 数控机床的现状： 数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、 FMS、 CIMS 等，都是建立在数控技术之上，离开
7、了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。同时，数控技术关系到国家战略地位，是体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控 化，已经成为当今制造业的发展方向。 国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。我国进口的数控系统基本为德国西门子（ SIMENS）和日本法那克（ FANUC）两家公司所垄断，这两家公司在世界市场的占有率超过。 1.3 数控机床的特点和用途： （ 1） 具有较强的适应性和通用性 数控机床的加工对象改变时，只需要新编制相应
8、的程序，输入计算机就可以自动地加工出新的工件。同类工件系列中不同尺寸、不同精度的工件，只需要局部修改 或增删零件程序的相应部分。随着数控技术的迅速发展，数控机床的柔性也在不断扩展，逐步向多工序集中加工方向发展。 （ 2） 获得更高的加工精度和稳定的加工质量 数控机床是按以数字形式给出的指令脉冲进行加工。目前增量值普遍到达了 0.001mm。进给传动链的反向间隙与丝杠导程误差等均可由数控装置进行补偿，所以可获得较高的加工精度。 （ 3） 具有较高的生产率 数控机床不需人工操作，四面都有防护罩，不用担心切削飞溅伤人，可以充分发挥刀具的切削性能。因此，数控机床的功率的刚度都比普遍机床性能高，允许进行
9、大切削用量的强力切削。这有效地缩短了 切削时间。 （ 4） 改善劳动条件，提高劳动生产率 应用数控机床时，工人不需直接操作机床，而是编好程序调整好机床后由数控系统来控制机床，免除了繁重的手工操作。一人能管理几台机床，提高了劳动生产率。当然，对工人的文化技术要求也提高了。数控机床的操作者，既是体力劳动者，也是脑力劳动者。 （ 5） 能实现复杂零件的加工 普通机床难以实现或无法实现轨迹为二次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、气轮机叶片之类的空间曲面。而数控机床由于采用了计算机插补技术和多坐标联动控制，可以实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适用于各种复杂曲面的零件加工。 （ 6） 便
10、于现代化的生产管理 用计算机管理生产是实现管理现代化的重要手段。数控机床的切削条件、切削时间等都是由预先编好的程序决定，都能实现数据化。这就便于准确地编制生产计划，为计算机管理生产创造了有利条件。数控机床适宜与计算机联系，目前已成为计算机辅助设计、辅助制造和计算机管理一体化的基础。 1.4PLC相关技术的发展入应用领域 1.4.1 PLC技术简介： 随着微处理器：计算机和数字通信技术发展，计算机控制已经扩展到几乎所有领域。当前用于工业控制的计算机可分为几类，例如，可编程序控制器，基于单片机的测控装置，用于模拟量闭环控制的可 编程序调节器，集散控制系统。 PLC由于应用面广、功能强大、使用方便，
11、所以成为当代工业自动化的主要设备之一，PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动化的控制系统中。 1.4.2 PLC的基本结构 PLC主要由 CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。 1、 CPU模块： CPU模块主要由微处理器（ CPU芯片）和存储器组成，在 PLC控制系统中， CPU模块相当于人的大脑和心脏，不断地采集输入信号执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来存储程序和数据。 2、 I/0模块： 输入（ input）模 块和输出模块简称 I/0 模块，它是系统的眼、耳、手、脚是联系外部现场设备和 CPU模块的桥梁，输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收按
12、钮选择开关、限位开关等。 3、编程器： 编程器用来生成用户程序，并用它进行编程修改和监视用户程序的执行情况，使用编程软件可以在主算机上直接生成编辑梯形图或指令表程序，并可实现不同编程语言的相互转换，程序被编译后下载到 PLC，也可以将 PLC中的程序上传到计算机。 4、电源 : PLC 一般使用 AC220V 电源或 DC24V 电源，内部的开关为各模块提供不同电压等直流电源，小型 PLC 可以为输入电路和外部的电子传感器提供 DC24V 电源驱动PLC负载的直流电源一般用户提供。 1.4.3 PLC应用领域： 在发达的工业国家， PLC已经广泛地应用所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高
13、，应有范围不断扩大，如 1、运动控制、金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯。 2、闭环控制如：塑料挤压成形机、加热炉以及轻工化工机械冶金电力。 3、数据处理：可用于通信功能传送到智能装置或者将他们打印 制表。 4、通信联网： PLC与其它智能控制设备一起可以组成集中管理、分散控制的分布式控制系统。 第二章电气系统控制设计 2.3.1 选件： 2.3.1.1 数控装置（选件）：本章简绍 HNC-8 系列数控装置的接口功能及其与其它装置、单元的连接于使用。 2.1 综合接线 图 2.1.1 所示为 HNC-8 系列数控装置与其它装置、单元连接的总体框图 图 2.1.1HNC-8 系列 A 图 2 .1.1HNC-8A 系列总体框图 图 HNC-8B 系列总体框图
