1、本科毕业论文（20 届）数控车床电气系统设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘 要数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不失为一种较好的良策。制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的发展，也影响到国计民生和国防力量的加强，因此，各国都把制
2、造业的发展放在首要位置。21 世纪的制造业发展的总趋势是柔性化、灵捷化、智能化和信息化，而数控机床则是实现柔性化、灵捷化、智能化和信息化加工制造的基本单元。因此，数控加工技术是制造业中的一项关键的迅速发展的新技术之一，在机械制造行业中具有重要的地位和作用。数控化加工是机械加工行业朝高质量，高精度，高成品率，高效率发展的趋势。结合我国实际国情，经济型数控机床是我国从普通机床向数控机床发展的及其重要的台阶。利用现有的普通机床，对其进行数控化改造是一条低成本，高效益的途径。车床数控化改造研究是提高我国技术装备水平的重要项目，在我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新的情况下，由于数控车床的加
3、工能力和资金受限，对车床进行数控化改造是一条节约资金、快速上马的有效途径。数控机床的通用性、柔性、适应性、扩展性，并迅速向智能化、网络化方向发展，成为当前数控技术发展的主要方向。关键词：数控系统；数控车床；主电路；控制电路；PLC 控制；电气原理图本科生毕业论文IIAbstractThe NC of lathe as the typical model product in the area of electric mechanism, it is very important in the machine manufacturing industry, so as to resolve th
4、e problems of that such as difficult structure, accuracy, low batches, and changeable components, meanwhile, it can stabilize the quantity of products, and the productivity can be improved. But in the situation of current enterprise, because of the price of the NC lathe is more expensive, and the on
5、etime investment to the enterprise is more expensive. As a big country of the NC of the lathe, it is a better plan to transform the common lathe to be a NC lathe. The manufacturing industry is the foundation economy of the national, its development affects the development of each section of national
6、 economy directly, also affecting the livelihood of national peoples policy and the strength of defense power of national, therefore, every country puts the development of the manufacturing industry to be the first position. The trend of the 21s development of the manufacturing is softness、sensitivi
7、ty、intelligence and information. But the NC lathe is to realize the basic unit of the manufacturing of the softness、sensitivity、the intelligence and the information. Therefore, the techniques of the NC production is a kind of the new fastest developments of the techniques. In the manufacturing indus
8、try, it has an important position and function.It is machine that number control to turn to process the profession toward the high quantity, high accuracy, high finished product rate, the trend of the high-efficiency development. Combine the actual state of the nation of our country, the economic nu
9、mber controls the tool machine is an our country from the common tool machine toward the number controls the tool machine development of and its important step. Make use of the existing and common tool machine, as to its carry on numbers control to turn the reformation is a low cost, efficiently the
10、 path of the benefit.The lather number controls to turn to reform the important item that the research is the exaltation our country technique material level, under the condition of our country own a great deal of super period to undergo military service currently is nasty to treat with old tool mac
11、hine of technique more recent, control the lather to process the ability and fund to be subjected to the limit because of the number, carrying on numbers control to turn to the lather the reformation is 1 to economize the funds, fast up horse of valid path. The number controls the in general use of
12、the tool machine, gentle, adaptability, expand sex, and turn toward intelligence quickly, the network turns the direction development, becoming current to count to control main direction of the technique development.Keywords: NC system; NC lathe ; Main circuit; Control circuit; PLC control; Electric
13、 principle charts本科生毕业论文III目 录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 引 言 .21.1 课题背景 .21.2 课题的内容 .21.3 国内外数控机床的现状和发展趋势 .31.4 课题的目的、意义及个人从中的锻炼和提高 .4第 2 章 数控车床主要控制电路设计 .52.1 数控车床常用电气元件 .52.2 380V 强电控制回路 .122.3 电源回路 .142.4 交流控制回路 .14第 3 章 PLC 输入输出控制 .163.1 可编程控制器概述 .163.1.1 可编程控制器的特点与分类 .163.1.2 可编程控制器的组成及工作方式 .19第 4
14、章 刀架电气系统设计 .234.1 过程分析 .234.2 安全互锁 .234.3 程序设计 .23第 5 章 伺服驱动进给系统设计 .2551 概述 .255.1.1 进给驱动系统的概念 .255.1.2 数控机床对进给驱动系统的要求 .255.1.3 进给驱动系统的分类 .265.1.4 进给驱动系统的开环、闭环控制 .275.1.5 进给驱动系统的组成 .285.2 交流伺服电动机驱动的进给系统 .285.2.1 交流伺服电动机驱动器 .285.3 伺服驱动进给装置的接口设计 .30本科生毕业论文IV第 6 章 主轴控制系统设计 .3261 概述 .326.1.1 主轴驱动变速的三种形式
15、 .326.1.2 调速的主要指标 .336.1.3 数控机床变频调速主轴和伺服主轴的工作原理 .336.1.4 交流主轴驱动装置的特性 .336.2 主轴驱动装置的接口设计 .346.2.1 主轴驱动装置的接口 .34结 论 .38致谢 .39参考文献 .40本科生毕业论文2第 1 章 引 言1.1 课题背景数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通
16、机床数控化改造不失为一种较好的良策。制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的发展，也影响到国计民生和国防力量的加强，因此，各国都把制造业的发展放在首要位置。21 世纪的制造业发展的总趋势是柔性化、灵捷化、智能化和信息化，而数控机床则是实现柔性化、灵捷化、智能化和信息化加工制造的基本单元。因此，数控加工技术是制造业中的一项关键的迅速发展的新技术之一，在机械制造行业中具有重要的地位和作用。数控化加工是机械加工行业朝高质量，高精度，高成品率，高效率发展的趋势。结合我国实际国情，经济型数控机床是我国从普通机床向数控机床发展的及其重要的台阶。利用现有的普通机床，对其进行数控化改造是
17、一条低成本，高效益的途径。车床数控化改造研究是提高我国技术装备水平的重要项目，在我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新的情况下，由于数控车床的加工能力和资金受限，对车床进行数控化改造是一条节约资金、快速上马的有效途径。数控机床的通用性、柔性、适应性、扩展性，并迅速向智能化、网络化方向发展，成为当前数控技术发展的主要方向 1。1.2 课题的内容此研究课题在现代数控机床的技术核心基础上，对采用华中数控“世纪星”HNC-21T系统的数控车床的电气系统设计，此设计本着在最大限度地实现数控车床机械设计和工艺的要求，保证数控车床稳定、可靠地运行，便于组织生产、降低生产成本、保证产品质量和加工过程
18、安全的基础上进行设计。包括 380V 强电回路设计，交流控制回路设计，PLC 输入、输出以及接口设计、刀架电气系统设计、主轴驱动单元以及伺服驱动进给单元设计。整台数控车床全部的电气控制系统如图 1-1 所示。本科生毕业论文3图1-1 数控机床电气控制系统1.3 国内外数控机床的现状和发展趋势机床是综合应用了微电子、计算机、自动控制、自动检测及精密数控机械等多学科的最新技术成果而发展起来的完全新型的机床，数控机床的诞生和发展标志着机床工业乃至整个制造业进入了一个数字化的新时代。数控系统经历了从硬件数控到计算机数控两个阶段和从电子管数控到基于个人计算机平台的数控六代的发展，数控机床的控制轴已由单轴
19、的点位控制，两轴联动发展到五轴以上联动。在数控机床的品种、加工范围和加工精度等方面也有了惊人的发展。超大规模集成电路及微型计算机的发展，使数控机床的性能价格比有了很大提高，并大幅提高了系统的可靠性。特别是实现柔性自动化生产基本单元的数控加工中心的发展，有效的成为先进制造技术（AMT）的最有效的载体，成为迄今为止最完善的自动化单机。在许多数控机床上已具有自适应控制、自动检测、软件精度补偿、自动换刀、自动交换工件、动态加工图象显示、现场编程及机床故障自动诊断等功能。某些数控机床还带有自动监控刀具磨损、破损、切削振动，以及主轴功率超载监控等装置。这些都有效地完善了数控机床的适宜性和提高了平均无故障间
20、隔时间。在工业发达的国家中，数控机床的应用几乎已扩展到所有加工领域 2。从总体上来说，数控机床正向高速化、高精度化和高智能化方向发展。数控系统必须能够高速计算和处理伺服系统的位移量并做出快速响应。为了进一步减少空行程时间，要求数控机床能在极短时间内实现升速或降速，以保持很高的定位精度。因而数控系统必须带有高精度的位置检测装置，并通过误差补偿技术进一步提高定位精度。随着人工智能技术在计算机领域的普遍应用，数控机床的智能化程度也不断提高。数控系统通过对机床运动中的各种重要信息的采集，自动调整系统的有关参数，达到最佳状态的自适应控制。同时将专家的经验和加工中的各种规律输入计算机系统中，以工艺参数数据
21、库为支撑，建立起具有人工智能的专家系统。还可以通过自动检测负载的动态变化过程，由数字伺服装置自动调整参数，使系统处于最佳运行状态 3。近 10 年来我国在数控机床的开发和生产方面已取得了长足的进步。我国已研制了具有我国自主版权的数控技术平台和数控系统。这些系统控制轴数可达 24 轴，联动轴数可达59 轴，最小分辨率 0.1m，快速运动可达 24m/min，平均无故障间隔时间为 11000h。基本系统集成度高、体积小，普遍采用了数字交流驱动技术并研制最新的电力电子器件与其配套，在编程方面开发了图形交互多维数控自动编程系统。在取得了上述成就的同时也应看到我国数控机床与世界工业化国家相比还有不少差距
22、，最大的差距是商品化率和市场占有率不高，今后应迎头赶上。本科生毕业论文41.4 课题的目的、意义及个人从中的锻炼和提高数控机床可以较好地解决形状复杂，精密，小批及多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。首先，数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常心有余而力不足；目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换分别不可能，而且被替代下的机床闲置起来又会造成浪费；在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；因此，对 CNC3136A 普通车床的数控化改造事在必行，不但节省资源，而且还节省了不少资金的不必要浪费。所以机床的数
23、控化改造适合中小型企业，也适合我国的基本国情。这次毕业设计给了我将课堂所学到的知识应用于实践的机会，使我对数控车床的结构、控制方式及电气控制等方面的知识有了进一步的感性认识，为以后的工作和学习打下了坚实的基础。本科生毕业论文5第 2 章 数控车床主要控制电路设计2.1 数控车床常用电气元件1低压断路器低压断路器又称为自动空气开关，是将控制和保护的功能合为一体的电器。它常作为不频繁接通和断开的电路的总电源开关或部分电路的电源开关，当发生过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路，有效地保护串接在他后面的电器设备，并且在分断故障电流后一般不需要更换零部件。（1）塑料外壳式断路器图 2-1 塑料外壳式断
24、路器外形图、电气图形及文字符号塑料外壳式断路器由手柄、操作机构、脱扣装置、灭弧装置及触头系统组成，均安装在塑料外壳内组成一体，如图 2-1 所示。机床作为配电、电动机的过载及短路保护用，亦可作为线路不频繁转换及电动机不频繁启动之用。（2）小型断路器 如图 2-2 所示图 2-2 小型断路器外形图、电气图形及文字符号机床作为过载、短路保护，同时也可以在正常情况下不频繁的通断电器装置和照明线路。2 接触器接触器是一种用来频繁地接通或分断电路带有负载（如电动机）的自动控制电器。接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件四部分组成。如图 2-3（a）、2-3(b)所示，其工作原理是当线圈通电后，铁
25、芯产生电磁吸力将衔铁吸合。衔铁带动触点系统动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧力的作用下释放，触点系统随之复位。本科生毕业论文6按其主触点通过电流的种类不同，可分为直流、交流两种。机床上应用最多的是交流接触器。图 2-3(a) 交流接触器外形图图 2-3(b) 交流接触器电气图形及文字符号3 继电器继电器是一种根据输入信号的变化接通或断开控制电路的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压、等电量，也可以是温度、速度、等非电量，输出为相应的触点动作。继电器的种类很多，按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器等。按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器等。（1）电磁式继电器，如图 2-4(a)、2-4(b)所示图 2-4（a） 电磁继电器外形图
