数控铣床电气系统控制毕业设计.doc

1、XX 学院 设计说明书 课 题： 数控 铣床电气系统控制毕业设计 子课题 : 同课题学生姓名 : 专 业 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 完 成 日 期 前言 随着社会生产和科学技术的发展与进步 ， PLC技术正在不断地深入到各个领域并迅速地向前推进，特别是近几年来在机械加工领域引起了许多深刻的改革。双面钻孔组合机床在运用就是运用了 PLC 技术与机床电气的过程及注意事项，实现了机电一体化的运用，这便使双面组合钻床操作更加方便，大大提高了工作效率。 目前，在机械制造业中已不再是仅仅要求单机自动化，而是要求实现一条生产线，一个车间、一个工厂甚至更大规模的全盘自动化，这便体现 PL

2、C 技术的重要性。在设计中，参考了机电一体化技术方面和 PLC方面的教材和资料，在书后的参考文献中列出，这些宝贵的资料对我完成毕业设 计起到了重要的作用，在设计中有许多不妥之处，敬请老师提出宝贵指正 . 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

3、。详细给出了主 /控制回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数控机床的发展史 1.2数控机床的现状 1.3数控机床的特点和用途 1.4 PLC 相关技术的发展入应用领域 1.4.1 PLC 技术简介 1.4.2 PLC 的基本结构 1.4.3 PLC 应用领域 第二章 电气系统控制设计 2.1可编程器的选择和可行性的论证 2.1.1设计的内容及任务 2.1.2可行性论证 2.2总体方案的拟订和论证 2.2.1总体设计方案的拟订 2.3电气部分设计 2.3.1选件 2.3.2电源 2.3.3数控装置与软驱单元的连接 2.3.4数控装置与

4、外部计算机的连接 2.3.5数控装置开关量的输入 /输出 2.3.6数控装置与手持单元的连接 2.3.7数控装置与主轴装置的连接 2.3.8数控装置与进给驱动装置的连接 2.3.9急停与超程解除的设计 2.3.10电磁兼容设计 2.3.11数控机床系统总体设计 第三章 伺服电机的选择与计算 3.1伺服电机的选择 计算 3.2惯量匹配计算 第四章 数控部分设计 4.1基本结构与主要功能 4.1.1 基本配置 4.1.2 主要技术规格 4.2操作装置 4.2.1 操作台结构 4.2.2 显示器 4.2.3NCP 键盘 第五章 外文翻译 第六章 参考文献 第一章 绪论 1.1 数控机床的发展史： 1

5、949 年帕森斯公司正式接受美国空军委托，在麻省理工学院伺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

6、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/

7、CAM、 FMS、 CIMS 等，都是建立在数控技术之上，离开了数控技术，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

8、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

9、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

10、何形状的空间曲面，适用于各种复杂曲面的零件加工。 （ 6） 便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

11、节器，集散控制系统。 PLC由于应用面广、功能强大、使用方便，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

12、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

13、， 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，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）： 选择华中“ 世纪星” HNC-21 系列数控装置（ HNC-21T HNC-21M ） 特点：“世纪星” HNC-21 系列数控装置（ HN

14、C-21T、 HNC-21M）采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业 PC 机、高性能 32 位中央处理器，配置 7.5 彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，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，主要适用于数控车、铣床和加工中心的控制。具有高性能、配置灵活、结构紧凑 、易于使用、可靠性高的特点； 图 1 所示为 NNC-21 数控装置与其他装置、单元连接的总体框图。 注：图中除电源接口外，其他接口都不是必须使用的。 图 1 总体框图 图 2 HNC-21 数控装置接口图

15、XS1：电源接口 XS2：外接 PC 键盘接口 XS3：以太网接口 XS4：软驱接口 XS5： RS232 接口 XS6：远程 I/O 板接口 XS8：手持 单元接口 XS9：主轴控制接口 XS10、 XS11：输入开关量接口 XS20、 XS21：输出开关量接口 XS30XS33：模拟式、脉冲式（含步进式）进给轴控制接口 XS40XS43：串行式 NSV-11 型伺服轴控制接口 若使用软驱单元则 XS2、 XS3、 XS4、 XS5 为软驱单元的转接口。 2.3.1.2 软驱单元（选件）： 软驱单元为系统的数据交换单元，该单元可为系统扩展软盘数据交换、外接键盘、 RS232、 DNC 和以太

16、网接口等功能。 需要通过转接线与 HNC-21 数控装置连接使用。 软驱单元接口如图 3 所示： 图 3 软驱单元接口图 前视图接口用于和外部计算机连接，后视图接口用于和 HNC-21 连接。 2.3.1.3 手持单元（选件）： 手持单元提供急停按钮、使能按钮、工作指示灯、坐标选择（ OFF、 X、 Y、Z、 4）、倍率选择（ X1、 X10、 X100）及手摇脉冲发生器。 手持单元仅有一个 DB25 的接口。如图 4 所示： 图 4 手持单元接口图 手持接口插头连接但 HNC-21 数控装置的手持控制接口 XS8 上。 2.3.1.4I/O 端子板（选件）： I/O 端子板分输入端子板和输出

17、端子板两种，通常作为 HNC-21 数控装置XS10、 XS11、 XS20、 XS21 接口的转接单元使用，以方便连接及提高可靠性。 输入端子板与输出端子板均提供 NPN 和 PNP 两种端子。 每块输入端子板含 20 位开关量输入端子；每块输出端子板含 16 位开关量输出端子及急停（两位）与超程（两位）端子。 图 5 输入端子板接口图 图 6 输出端子板接口图 2.3.1.5 远程 I/O 端子板（选件）： 远程 I/O 端子板分远程输入端子板与远程输出端子板两种， HNC-21 数控装置通过 XS6 控制。最多可 连接 4 块远程输入端子板与 4 块远程输出端子板。 每块远程输入端子板提供 32 位输入开关量端子，并且支持 NPN 和 PNP 两种信号类型。每块远程输出端子板提供 32 位 NPN 开关量输出端子。