《數(shù)控機床電氣控制與PLC》課程設計所屬系部機械工程系所屬專業(yè)數(shù)控技術所屬班級數(shù)控二班學號學生姓名張建指導教師劉帥完成日期2015年3月31日星期二任務書CA6140普通車床的電氣翻新及數(shù)控改造設計設計內(nèi)容與要求:1.將原機床的手動刀架更換為數(shù)控電動刀架，并設計其控制線路；2.將原機床普通絲杠更換成滾珠絲杠，并將其改為半閉環(huán)伺服控制，設計其控制線路；3.對與此機床功能相關的主電路、控制電路、輸入輸出接口電路、驅(qū)動器線路等進行設計；4.對整機進行調(diào)試，使功能完善、工作正常。設計方法及思路：（1）查閱資料，深入掌握數(shù)控機床的原理、功能，分析機床數(shù)控改造的研究現(xiàn)狀。（2）確定對CA6140車床的數(shù)控化改造方案。（3）完成主傳動、進給傳動系統(tǒng)設計。（4）給出電控系統(tǒng)的硬件配置及I/O線路圖、分析PLC在數(shù)控改造中的應用。具體方法拆除原車床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實現(xiàn)剛性連接；=1\*GB3①橫向驅(qū)動電機及齒輪減速器安裝在床鞍的后部（相對操作者），縱向驅(qū)動電機及齒輪減速裝置安裝在機床的右端，靠近尾座的位置；=2\*GB3②要實現(xiàn)自動換刀，需拆除原手動刀架，在小托板上安裝數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架；=3\*GB3③為了使改造后的車床能夠加工螺紋。需要加裝主軸脈沖編碼器，以實現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測，編碼器安裝在主軸箱內(nèi)；=4\*GB3④為使加工過程中不超程，縱橫向要安裝行程限位開關；=5\*GB3⑤為實現(xiàn)回參考點的動作，必須在縱橫向安裝接近開關；=6\*GB3⑥縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護罩，以防止加工過程中的切屑飛濺傷人；=7\*GB3⑦考慮到改造的成本，盡可能采用可靠性高的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。摘要中國是一個傳統(tǒng)的機械制造大國，但其裝備水平落后，特別是一些老的機械制造廠大多還是比較舊的機床，遠遠不能滿足加工的要求。針對目前制造業(yè)的技術裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機械制造業(yè)裝備進行改造，解決機械制造業(yè)中的一些技術問題，用現(xiàn)代先進技術對舊的設備進行改造和提升，是我國制造業(yè)的發(fā)展方向。本課題是針對CA6140普通廢舊車床進行數(shù)控化改造，其現(xiàn)實意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價值的設備改造方法，對傳統(tǒng)機械制造行業(yè)的技術裝備進行技術提升.以解決目前設備老化所帶來的問題。本課題研究過程中，首先對目前工廠所使用的常規(guī)數(shù)控機床進行了全面的調(diào)查和分析。用戶普遍反應，數(shù)控設備的限位保護功能有些欠缺，容易發(fā)生超程等故障現(xiàn)象另一方面，數(shù)控車床大多承擔多品種、單件小批量生產(chǎn)的加工任務，如果對每一個零件都去進行編程、輸入、調(diào)試等工作，顯得非常煩瑣，用戶提出能不能找到一種方法，簡化這一手續(xù)，以提高其生產(chǎn)效率。根據(jù)數(shù)控車床所承擔加工任務的特點，其加工的零件類型大多分為軸類、套類、盤類等，依據(jù)成組工藝技術的原理，我們提出首先編寫各類零件成組工藝，依據(jù)成組工藝，編寫數(shù)控程序，將數(shù)控加工程序編號存入CP機中的方法，完成對零件的快速程序編制，提高生產(chǎn)效率。通過這種方法，可以變小批生產(chǎn)為“大”批生產(chǎn)，可以有效的提高生產(chǎn)效率，同時降低對操作人員的要求課題完成了對CA6140普通廢舊車床的數(shù)控化改造，運行狀況良好，實際應用表明各項性能指標達到了設計改造要求。提高了生產(chǎn)效率。緒論61普通車床數(shù)控改造12機械結構的改造1主要任務確定1主傳動系統(tǒng)的改造2進給傳動系統(tǒng)的改造2（一）.絲杠2（二）.縱向進給系統(tǒng)改造2（三）.橫向進給系統(tǒng)改造3刀架的改造32.5坐標系的建立X、Z軸的限位和參考返回電路43數(shù)控系統(tǒng)配置54數(shù)控車床電氣控制電路的分析7強電控制電路7數(shù)控車床電氣控制電路分析75電氣控制電路的改造9主電路的改造9控制電路的改造10．802D系統(tǒng)輸入信號10、802D系統(tǒng)輸出信號11驅(qū)動配置接線口116整機電氣參數(shù)調(diào)試12準備工作12配置軸參數(shù)12引導系統(tǒng)12設定傳動系統(tǒng)的機械參數(shù)12根據(jù)電動機設定相關的速度13回參考點設置13軟件限位及反向間隙設置13主軸參數(shù)設置13坐標軸參數(shù)及驅(qū)動特性設置13補償14調(diào)試結束14結論15參考文獻16緒論制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國家或地區(qū)的經(jīng)濟實力、技術水平、生活水平、生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力的競爭。當前世界已進入知識經(jīng)濟時代，知識經(jīng)濟與以往經(jīng)濟形態(tài)的不同在于對知識，特別是對知識的創(chuàng)新與利用的直接依賴。在知識經(jīng)濟時代，知識對經(jīng)濟增長的直接貢獻率超過了其它生產(chǎn)要素（如人力、物力、和財力等）貢獻的總和，成為最主要的生產(chǎn)要素。因此，當前提高制造生產(chǎn)的決定因素不再是勞動力和資本的密集積累，而是各項新技術的迅速發(fā)展及其在制造領域中的廣泛滲透、應用和衍生，它促進了制造技術的蓬勃發(fā)展，改變了現(xiàn)代企業(yè)的產(chǎn)品結構、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)組織結構。機械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，是制造如農(nóng)業(yè)機械、動力機械、運輸機械、礦山機械等機械產(chǎn)品的工業(yè)部門，也是為國民經(jīng)濟各部門提供如冶金機械、化工設備和工作母機等裝備的部門。機械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和發(fā)展水平標志著一個國家或地區(qū)國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的程度，而機械制造業(yè)的生產(chǎn)能力主要取決于機械制造裝備的先進程度。工業(yè)發(fā)達國家都非常注意機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術和工藝裝備制造業(yè)，機械裝備制造工業(yè)得到優(yōu)先發(fā)展。對比之下，我國目前機械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝裝備，數(shù)控車床在機械制造裝備中的比重還非常低，導致“剛性”強，更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多；自動化程度低，基本上還是“一個工人、一把刀、一臺機床”，導致勞動生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。企業(yè)要在當前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。而普通機床已不適應多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求1普通車床數(shù)控改造機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當別論）。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求。現(xiàn)代的數(shù)控技術，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結構，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結構。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近。現(xiàn)以CA6140車床為例，說明車床數(shù)控改造的方法。2機械結構的改造CA6140普通車床的數(shù)控改造涉及三個方面的內(nèi)容：一是機械傳動鏈的改造；二是電氣控制系統(tǒng)的配置；三是系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)試。因數(shù)控機床的結構、性能、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機床有更高的要求。所以我們必須對被改造機床的結構、性能、精度等技術現(xiàn)狀作全面分析。機械機構的改造2.1主要任務確定CA6140車床主要用于對中小型周磊、盤類以及螺紋零件的加工，其數(shù)控改造后數(shù)控系統(tǒng)控制的對象主要有主軸正反轉(zhuǎn)控制、主軸變速；刀架的縱向和橫向進給遠動控制，刀具的選擇控制，4個刀位自動換刀控制；冷卻泵、潤滑泵的起?？刂?；脈沖編碼器的加裝等。主要任務：拆掉手動刀架，小托板裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲杠、光杠進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；主軸后端增加一個光電編碼器，光電編碼器與車床主軸之間用彈性元件連接，通常采用波紋管聯(lián)軸器。主傳動系統(tǒng)的改造對普通機床進行簡易數(shù)控改造，為了使改裝后的機床主傳動和進給傳動保持必然的聯(lián)系，在主軸內(nèi)安裝一個與主軸同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器。它可以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。2.3進給傳動系統(tǒng)的改造對進給傳動系統(tǒng)進行改造時，把原來的進給變速傳動裝置及操縱機構全部拆除。每個方向的進給傳動都改由各自獨立的功率步進電動機，經(jīng)減速齒輪直接與帶動滑板移動的絲杠連接，分別實現(xiàn)個坐標方向的運動，進行各坐標的控制。（一）.絲杠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動裝置。滾珠絲杠螺母副具有如下優(yōu)點：①傳動效率高滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動效率η=0.92～0.94，是普通滑動絲杠的34倍（η=0.20～0.40）。②摩擦力小因靜、動摩擦因數(shù)小，因而傳動靈敏、運動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。③可預緊經(jīng)預緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動平穩(wěn)。④有可逆性因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。⑤使用壽命長滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達60-60HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用壽命長。改造時為滿足數(shù)控機床上較高精度零件加工，應用滾珠絲杠螺母副替換原普通機床上的梯形絲杠螺母副。（二）.縱向進給系統(tǒng)改造縱向步進電動機通過一對減速齒輪把動力傳遞給滾珠絲杠，再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺做往復運動。原車床的進給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用固定支承結構，支撐軸通過套筒聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用兩個互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來，結構簡單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜帶來的裝配困難和附和應力。滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動軸承支撐座，通過一對深溝球軸承實現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母實現(xiàn)滾珠絲杠的預拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動，三點支撐。實現(xiàn)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進電動機通過消隙齒輪減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器與絲杠聯(lián)接，固定銷防止減速器轉(zhuǎn)動。（三）.橫向進給系統(tǒng)改造橫向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動，三點支撐，實現(xiàn)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。也通過雙螺母螺紋預緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，橫向步進電動機及減速器安裝在床鞍的后部，靠近操作者一端，布置一根支撐短軸通過套筒聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接起來。右端仍利用原支承橫向進給絲杠的滑動軸承支座作為徑向支承，對原支承作適當改造，布置一對推力球軸承，以承受雙向軸向力。左端將原車床的懸掛結構改為支承結構，用一個連軸套和一個連接短軸把滾珠絲杠與減速器輸出軸連接起來，并通過一對圓螺母實現(xiàn)對整個絲杠的預拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過螺母座直接固定在中拖把上。托板托板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象。所有的點位控制、直線控制和輪廓控制，以及被加工零件的最終坐標精度都將受到托板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。除對托板配件精度要求高外，對驅(qū)動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結構，才能滿足傳動精度和靈敏度的要求。機床導軌為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，必須考慮機床導軌的耐磨性。機床床身多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。改造中，在對達不到預定要求的原機床導軌要進行修磨、刮研，在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶即可。2.4刀架的改造拆除原手動刀架后裝上LD4型自動回轉(zhuǎn)刀架，是普通機床數(shù)控改造方面的關鍵，具有重復定位精度高、工作剛性高、性能可靠、使用壽命長以及工藝型能好等特點。刀架的定位過程如下：系統(tǒng)發(fā)出換刀信號—刀架電動機正轉(zhuǎn)—刀架上升并轉(zhuǎn)位—刀架到位發(fā)出信號—刀架電動機反轉(zhuǎn)—初定位—精定位夾緊—刀架電動機停轉(zhuǎn)—換刀應答。刀架的到位信號由刀架定軸上端4個霍爾開關和永久磁鐵檢測獲得。四個霍爾開關分別為四個刀位的位置，當?shù)杜_旋轉(zhuǎn)時，帶動磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。當?shù)竭_規(guī)定刀位時，通過霍爾開關輸出到位信號。2.5坐標系的建立X、Z軸的限位和參考返回電路機床坐標系是機床固有的坐標系它是其它坐標系（如工件坐標系、編程坐標系）的基準CA6140車床的坐標原點，M定在卡盤基座與主軸中心的交點上，數(shù)控系統(tǒng)是通過檢測參考點的具體位置來確定機床坐標系的，我們選用兩個接進開關，X軸方向與Z軸方向各安裝一個在床身上，用于建立參考點，當移動刀架，兩個接近開關都有信號輸出時，刀架的當前位置即為參考點R，測量XR及ZR，并將它們寫入機床數(shù)據(jù)34100（參考點位置值），即可在數(shù)控系統(tǒng)中建立機床坐標系。X，Z軸的限位輸入端設置為負邏輯經(jīng)過分析現(xiàn)有數(shù)控機床的限位控制電路的缺陷，想出一種新的限位控制方式，既負邏輯控制。其基本思路是：使用限位行程開關的常閉觸點，當限位開關沒有壓下I/O點與24V斷開，機床限位。這種接法消除因線路開路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負邏輯需對系統(tǒng)的相關參數(shù)進行修改。采用負邏輯的輸入方法，這樣有利害、于提高數(shù)控機床的可靠性和安全性。如果機床的電路采用傳統(tǒng)的繼點器，接觸器等元件實現(xiàn)邏輯功能則不宜采用負邏輯，因為他會導致部分繼電器，接觸器處于始終接觸狀態(tài)。這會造成損耗大，元件升溫，壽命縮短等問題，并且元件間機械接觸，還會因為震動等因素造成誤動作?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)其控制邏輯由邏輯電子線路實現(xiàn)，，不會出現(xiàn)以上問題，本次數(shù)控改造使用的數(shù)控西門子802D數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)負邏輯輸入要軟件，硬件兩方面配合才能實現(xiàn)。硬件連接數(shù)控機床中PLC的輸入點有以下兩中連接方法，其原理是：當機床運動超程時壓下行程開關SQ1，SQ1閉合PLC內(nèi)的光點歐合器件得點，PLC認為該點的邏輯值為“1”，信號有效，PLC執(zhí)行相關操作。這種方法的缺點在于當+叢4V端子到PLC輸入點之間的線路接觸不良或開路則會造成SQ1無效（即使SQ1被牙下閉合），而導致機床出現(xiàn)大事故。負邏輯輸入的連接方法，信號輸入使用行程開關的常閉觸點。當正常情況下SQ1是閉合的。該輸入點的邏輯值為（1），當SQ1被壓下斷開時輸入點邏輯值為“1”設為無效狀態(tài)，而邏輯值“0”設定為有效狀態(tài)。如果從+24端子到PLC的輸入點之間的線路出現(xiàn)開或接觸不良時，該點被認為有效，機場會立即報警，必須在電路連接良好的情況下才能正常運行。這中方法排除了因限位電路開路而造成的故障的可能性，機床的安全性得到提高。軟件設置負邏輯需要把邏輯“1”改為無效狀態(tài)而邏輯“0”為有效狀態(tài)。其方法有兩種：（1）在PLC編程時通過程序?qū)崿F(xiàn)。（2）通過設定機床參數(shù)實現(xiàn)。在這兩種方法種，要求數(shù)控系統(tǒng)具有可以對其PLC輸入，輸出端口的邏輯有效狀態(tài)進行修改的功能。西門子的SINUMERIK802S數(shù)控系統(tǒng)既有此功能。本次改造對限位等影響機床安全的輸入點才用負邏輯就是采用的第2種方法。采用負邏輯存在的問題及對策數(shù)控機床的PLC輸入點采用負邏輯輸入的方法使輸入電路中的光電藕合器的發(fā)光二極管長期處于通電狀態(tài)。但是由于該發(fā)光二極管的工作電流很?。ㄖ挥袔缀涟玻斎腚娐分幌募词购镣撸┮虼讼到y(tǒng)的消耗增加對功率幾千瓦的機床來說可以忽略不計，同時發(fā)光二極管是冷光源，也不會導致系統(tǒng)發(fā)熱。光點耦合器的工作壽命大于10萬小時，以每臺機床每天工作10小時計，可以保證機床正常工作20多年，對機床壽命也不會造成影響。3數(shù)控系統(tǒng)配置數(shù)控系統(tǒng)采用SIEMENS802D數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)面板及功能鍵如上圖所示。1）報警應搭建：報警出現(xiàn)時，按此鍵可以消除報警；2）通道轉(zhuǎn)換鍵3）上檔鍵：4）信息鍵：對鍵上的兩種功能進行轉(zhuǎn)換。5）空格鍵：在編輯程序時，按此鍵插入空格；6）數(shù)字鍵7）光標向上鍵/上檔：向上翻頁鍵；8）刪除/退格鍵：在程序編輯畫面時，按此鍵刪除前一字符；9）取消鍵；10）制表鍵11）回車/輸入鍵12）程序操作區(qū)域鍵13）加工制造區(qū)域鍵:按此鍵進入加工制造區(qū)；14）光標向右鍵15）選擇/轉(zhuǎn)換鍵16）光標向左鍵17）光標向下鍵18）倍率修調(diào)：調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)倍率；19）Z軸正方向鍵20）快速運行疊加鍵同時按此鍵和一個坐標軸點動鍵，坐標軸按快速進給速度點動；21）X軸點動負向鍵22）X軸點動正向鍵23）Z軸負方向鍵24）手輪25）緊急停止：按下“急?！卑粹o，使機床移動立即停止，并且所有的輸出都會關閉；26）返回鍵：返回上一級菜單；27）軟件：在不同的屏幕狀態(tài)下，操作對應的軟件，可以調(diào)用相應的畫面；4數(shù)控車床電氣控制電路的分析圖1—1、圖1—2、圖1—3、圖1—4、圖1—5分別為數(shù)控車床的主電路、控制電路、輸入電路、輸出電路和驅(qū)動裝置接線接口。4.1強電控制電路（1）控制電路及組成1）控制電路=1\*GB3①交流380V電源通過漏電保護總開關QS和空氣開關QF1供主軸變頻使用。=2\*GB3②交流380V電源通過變壓器轉(zhuǎn)換成交流220V電流通過空氣開關QF2，供給伺服放大器使用。=3\*GB3③交流380V電源通過變壓器轉(zhuǎn)換成交流220V，電源通過U41、W41經(jīng)過開關電源供直流24V給系統(tǒng)供電用。=4\*GB3④交流380V電源通過空氣開關QF3,控制接觸器KM1、KM2使刀架正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。2）電路組成380V電源開關QS后接入各電源回路中，開關QS后由四個空氣開關（QF1、QF2、QF3、QF4）3個接觸器（KM1、KM2、KM3）1個DC24/5A開關電源，1個2.2KW變壓器等組成。所有強電路都安裝在電控柜內(nèi)。（2）電源輸出1）I/O接口模塊直流24V接線柱已與外部相連。如發(fā)現(xiàn)電壓不穩(wěn)，立即斷電，查明原因并解決后才能上電，直流24V開關電源容量為直流24V/5A,數(shù)控系統(tǒng)需3A，外部電源可提供2A容量供用戶使用。2）電源輸出模塊有一個電源鑰匙開關，是為強電的控制回路供電。4.2數(shù)控車床電氣控制電路分析（1）數(shù)控車床電氣控制電路工作原理及功能數(shù)控車床是根據(jù)加工零件工作圖與工藝過程卡，用規(guī)定的數(shù)控代碼和程序格式編寫加工程序，并輸入數(shù)控控系統(tǒng)進行運算和控制處理，然后將處理結果送入控制系統(tǒng)，驅(qū)動機床各部件有序的按機械加工要求運行，自動制造出合格的零件?？梢杂脕砑庸ぽS類、盤類的回轉(zhuǎn)體零件，自動完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋等工序的切削加工，廣泛應用于機械制造業(yè)。改造后的車床應滿足上述功能。（2）數(shù)控車床電氣控制電路的分析1）主軸電機電氣控制主軸電動機M3是一臺交流變頻電動機，由變頻器驅(qū)動，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及速度控制也是由數(shù)控系統(tǒng)進行控制。2）主軸控制程序輸入：M03、M04、M05。面板輸入主軸：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動、停止。輸出信號：主軸正轉(zhuǎn)Q0.0；主軸反轉(zhuǎn)Q0.1；主軸停止Q0.2.3）其他輔助電動機控制=1\*GB3①冷卻泵電動機控制零件程序輸入：M08、M09；機床操作面板：冷卻控制輸出信號：Q0.3；手動控制-按鈕；自動控制—數(shù)控指令M代碼。=2\*GB3②潤滑泵電動機控制輸入信號：來自機床參數(shù)設置，導軌潤滑間隔：機床面板導軌潤滑鍵；輸入信號：潤滑控制Q0.6；手動控制-按鈕；自動控制-機床參數(shù)設定。=3\*GB3③刀架電動機控制輸入信號：來自刀位檢測信號I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6;T代碼：I1.0，T1，I1.1，T2，I1.2,T3,I1.4T4.輸出信號：機床控制面板手動換刀鍵，刀架正轉(zhuǎn)Q0.4；刀架反轉(zhuǎn)Q0.5。手動控制按鈕：數(shù)控系統(tǒng)KM1KM2刀架電機M3。自動控制—數(shù)控指令T代碼：數(shù)控系統(tǒng)KM1KM2刀架電機M3。5電氣控制電路的改造數(shù)控系統(tǒng)由隔離變壓器提供AC220V電源，以避免電網(wǎng)擾動對系統(tǒng)的干擾。X軸和Z軸的驅(qū)動裝置由機床變壓器提供AC220V電源。采用兩個開光穩(wěn)壓電源分別提供I/O+24V和中間繼電器+24V，以避免干擾對I/O信號的影響。整個系統(tǒng)的電源配置必須接地并良好，因為接地好壞直接影響到系統(tǒng)的抗干擾性和安全性。5.1主電路的改造數(shù)控車床主電路包括主軸控制電路、刀架電機控制電路、冷卻電機控制電路和伺服驅(qū)動組成。如圖1-1所示為數(shù)控車床電氣控制中的380V強電回路圖。QS為電源總開關，QF1、QF3、QF4、QF2分別為主軸控制、刀架控制、冷卻控制、伺服驅(qū)動空氣開關，作為電路的短路保護。TCI為制變壓器，初級為AC380V，次級為AC220V。主軸控制電動機M1,由變頻器控制主軸的轉(zhuǎn)速；刀架電動機M3由觸器KM1/KM來控制正、轉(zhuǎn)；冷卻控制電動機M2由接觸器KM3控制正轉(zhuǎn)。圖1-1主電路圖5.2控制電路的改造數(shù)控車床控制電路由冷卻控制、刀架控制、風機冷卻、開關電源、CNC系統(tǒng)控制電路等組成，如圖1-2所示。圖1—2控制電路圖5.3．802D系統(tǒng)輸入信號數(shù)控車床802D系統(tǒng)輸入信號有I0.0、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6，他是刀位檢測信號，輸入接口電路如圖1—3所示。輸入各接口的對應功能如圖1—3所示。圖1—3輸入接口電路圖5.4、802D系統(tǒng)輸出信號數(shù)控車床802D系統(tǒng)輸出接口控制功能有主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、冷卻控制、刀架控制、刀架反轉(zhuǎn)等，如圖1--4所示，輸出個接口的對應功能表如圖1-4所示。圖1—4數(shù)控車床系統(tǒng)輸出接口電路5.5驅(qū)動配置接線口伺服驅(qū)動系統(tǒng)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)及速度控制是由數(shù)控系統(tǒng)進行控制的。如圖1--5所示。圖1—5驅(qū)動配置接線接口6整機電氣參數(shù)調(diào)試6.1準備工作普通車床數(shù)控化改造后，機床不能正常工作，必須通電檢查，對整機系統(tǒng)要進行參數(shù)設置和調(diào)試。在系統(tǒng)通電前做好以下準備工作：仔細檢查機械和電器安裝是否完成，保證無接線錯誤，避免燒壞模塊。準備好用戶手冊，SINUMERIK802Dbaseline操作和編程手冊。準備好PC/PG，用于數(shù)據(jù)保護和調(diào)試。準備好ToolBox。6.2配置軸參數(shù)首先設置參數(shù)讓軸動起來。選用西門子的802D系和611驅(qū)動器以及1FK7伺服電機。把系統(tǒng)和驅(qū)動器電動機連好后，電動機可能不會動。這時就需設置機床數(shù)據(jù)、軸數(shù)據(jù)等參數(shù)，要通過工具軟件設定電動機參數(shù)。根據(jù)簡明書冊配置參數(shù)，注意：參數(shù)不要搞混淆了，有些參數(shù)含義不同，其次，用SIMOCOMU配置611U，PLC變成無誤，軸應該就可以動起來。接著要定義很多M指令，比如選擇起動、停止、功率、噴水開、噴水關等，因為是單軸，還有回零等問題。6.3引導系統(tǒng)接通電源正常引導系統(tǒng)，如無故障顯示，系統(tǒng)進入JOG運行方式下回參考點狀態(tài)，調(diào)試順序為先確定機床的回參考點減速開關是否正常，然后檢查以上參數(shù)。如果軸不動，說明參數(shù)有問題，應檢查MD30130—模擬給定量輸出到軸控制口，30200—主軸有編碼器反饋，30240—主軸帶測量系統(tǒng)，34200—電動機編碼器參考點零脈沖等參數(shù)的設置。系統(tǒng)第一次開機會自動產(chǎn)生一個初始狀態(tài)，所有的存儲區(qū)初始化，所存儲的標準值作為初始值。6.4設定傳動系統(tǒng)的機械參數(shù)31030—絲桿螺距，31050—減速箱電動機端齒輪齒數(shù)，31060—減速箱絲杠端齒輪齒數(shù)。6.5根據(jù)電動機設定相關的速度電動機轉(zhuǎn)速=軸速度/絲桿螺距。32000—最大軸速度G00，32010—點動快速，32020—點動快速，32260—電動機額定轉(zhuǎn)速，36200—坐標極限速度。6.6回參考點設置首先進行機床回參考點調(diào)試。在802D安裝調(diào)試手冊上找到有關在回參考點模擬下的參數(shù)號。與參考點有關的幾個參數(shù)號的含義：34000—減速開關生效，34010—減速開關方向，34020—尋找減速開關速度，34040—尋找零脈沖速度，34050—接近開關反向，34060—找接近開關最大距離，34070—參考點定位速度，34080—檢測到零脈沖后的移動距離，34100—參考點位置值。802D系統(tǒng)的很多功能都建立在參考點的基礎上。如自動方式、MDA方式、LEC補償?shù)戎挥性诨貐⒖键c后才能操作生效。第一次回參考點時務必小心，避免碰撞。6.7軟件限位及反向間隙設置回參考點確定后，應該設置軟件限位。36100—軸負向軟限位值，36110—軸正向軟限定位值。測試反向間隙，并進行反向間隙補償，32450—反向間隙。6.8主軸參數(shù)設置該機床需要加工螺紋，所以主軸參數(shù)配置如下，主軸參數(shù)號的含義：30130—模擬量輸出，30240—主軸帶測量系統(tǒng)，36300—主軸最大轉(zhuǎn)速，30200—主軸有編碼器反饋。通過這些參數(shù)的設置，主軸就可以在點動模式下運行。6.9坐標軸參數(shù)及驅(qū)動特性設置由于X軸和Z軸配置基本一致，所不同的是Z軸電動機帶抱閘，而X軸電動機不帶抱閘，下面只講X軸參數(shù)的主要配置。參數(shù)設置根據(jù)調(diào)試情況可作適當調(diào)整，直到電動機均運行良好。坐標軸的運動是由PLC控制，PLC判斷檢測外部信號，如果條件具備，就置位使能，X坐標軸就可以運行。伺服電機的動態(tài)特征調(diào)試是通過調(diào)整伺服驅(qū)動SIMODRIVE611U上的微調(diào)電位器進行的。調(diào)試時可利用示波器通過伺服驅(qū)動SIMODRIVE611U的測試點，監(jiān)控并調(diào)整速度跟隨特性。當速度環(huán)調(diào)試完畢后可根據(jù)實際情況適當調(diào)整位置增益。位置環(huán)增益參數(shù)為MD32200。為了增加安全性，除了硬限位外，還可設置軟限位。參數(shù)MD36100、MD361520為一、二級負軟