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1、郑州铁路职业技术学院郑州铁路职业技术学院毕业设计说明书毕业设计说明书论文题目: 数控车床电气控制系统设计系 部: 机电工程系专 业: 数控技术 作者姓名: 学 号： 100333032指导教师: 起止日期：2013 年 3 月 4 日至 2013 年 4 月 15 日目录1、前前 言言 （1） 2、数控的发展数控的发展 史史 （1） 3、数控的分、数控的分 类类 （3） 4、工作流程分、工作流程分 析析 （4） 5、电气设电气设 计计 （5） 6、数控车床电气接线、数控车床电气接线 表表 （12） 7、数控故障表查、数控故障表查询询（16） 8、收收 获获 （21） 9、参考文、参考文 献献
2、（22） 10、致致 谢谢 （22）前言我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技 术， “七五”期间组织消化吸收“科技攻关” ，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004 年国产 数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为 39.3%和 34.9%。尽管如此，进口 机床的发展势头依然强劲，从 2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第 一大国、机床进口第一大国，2004 年中国机床主机消费高达 94.6 亿美元，国 内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更 加明显，70%以上的此类
3、设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出 国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于 国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、 数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国 产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩 短与发达国家之问的差距。 一、数控的发展史数控的发展史高速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放 性是当今数控机床行业的主要发展方向。数控技术的问世已有 40 多年的历史，它是由机械学、控制学、电子学、计 算机科学四大基础学科发展起来的一门综合
4、性新型学科。技术发展的需要对 21 世纪的数控技术提出了更高的要求。 一、个性化的发展趋势 1.高速化、高精度化、高可靠性 高速化：提高进给速度与提高主轴转速。 高精度化：其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级(高可靠性：一般数控系统 的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越 好，因为商品受性能价格比的约束。 2.复合化 数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻 丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生 产的柔性。 3.智能化 智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面 的智能化；为提高
5、驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化 操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智 能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。 4.柔性化、集成化 当今世界上的数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工 中心和数控复合加工机床)、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段车间独立制 造岛 FA)、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注 重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产 品迅速更新的主 二、个性化是市场适应性发展趋势 当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激
6、烈，高效率、高精度 加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈，专业化、专用化、 高科技的机床越来越得到用户的青睐。 三、开放性是体系结构的发展趋势新一代数控系统的开发核心是开放性。开放性有软件平台和硬件平台的开放式 系统，采用模块化，层次化的结构，并通过形式向外提供统一的应用程序接口。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前 许多国家对开放式数控系统进行研究， 数控系统开放化已经成为数控系统的未 来之路。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平 台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网 络化数控装备是近两年的
7、一个新的焦点。数控装备的网络化将极大地满足生产 线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制 造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制 造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机。二、数控的分类二、数控的分类数控机床所受控制可分为两类：一类是“数字控制” ，例如，数控机床各坐标轴的移动距离，各轴运行的插补、补偿控制等；另一类是“顺序控制” ，根据机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号，并根据预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的启/停、换向、刀具的更换、工件的夹紧/松开、液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。数控机床从结构上看通常可分为三
8、部分：CNC 系统（计算机数控系统） ，机床电气，机床本体。对内装式 PLC，它包含在 CNC 系统内部；对于独立式 PLC则一般在机床电气内。从机电的角度看，CNC 系统和机床电气为电 ，机床本体则为机 。在讨论 PLC 时，常以 PLC 为界把数控机床分为“NC 侧”和“MT 侧” （即机床侧）两大部分。 “NC 侧”包括 CNC 系统的硬件软件以及 CNC 系统的外部设备。“MT 侧”则包括机床的机械部分、液压、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及机床操作面板、继电器线路、机床强电线路等。PLC 处于 NC 与 MT 之间，并对 NC 和 MT 的输入、输出信号进行处理。MT 侧顺序控
9、制的最终对象的数量随数控机床的类型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。一般来说，机床结构越复杂，辅助装置越多，受控对象数量就越多。相比而言柔性制造单元（FMC） 、柔性制造系统（FMS）的受控对象数量多，而数控车床、数控铣床的受控对象数量较少。三、工作流程分析三、工作流程分析1电气原理图分析的方法与步骤电气控制电路一般由主回路、控制电路和辅助电路等部分组成。了解了电气控制系统的总体结构、电动机和电器元件的分布状况及控制要求等内容之后，便可以阅读分析电气原理图。分析主回路从主回路入手，根据伺服电机、辅助机构电机和电磁阀等执行电器的控制要求，分析它们的控制内容，控制内容包括启动、方向控制、调速
10、和制动。分析控制电路根据主回路中各伺服电机、辅助机构电机和电磁阀等执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的控制环节，按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。而分析控制电路的最基本方法是查线读图法。分析辅助电路辅助电路包括电源显示、工作状态显示、照明和故障报警等部分，它们大多由控制电路中的元件来控制的，所以在分析时，还要回头来对照控制电路进行分析。分析连锁与保护环节机床对于安全性和可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择元器件和控制方案以外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气连锁。总体检查经过“化整为零” ，逐步分析了每一个局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后
11、，还必须用“集零为整”的方法，检查整个控制线路，看是否有遗漏。特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，理解电路中每个元器件所起的作用。四、电气设计四、电气设计1、设计要求机床的运动及控制要求数控车床主轴的旋转运动由 5.5kw 变频主轴电机实现，与机械变速配合得到低速、中速和高速三种无级变速。Z 轴、X 轴的运动由交流伺服电机带动滚珠丝杠实现，二轴的联动由数控系统控制并协调。螺纹车削由光电编码器与交流伺服电机配合实现。除上述运动外，还有电动刀架的转位，冷却电机的启、停等。主回路分析图 1 是 380V 强电回路。图图 1 1 TK40ATK40A 强电回路强电回路120WKM1
12、WVURC3380VAC/200VAC2TST2S2R2RWVUL3L2L1PETC13-AC380V3-AC380V 50Hz50HzM2U21 V21 W213.5KVAR1S1T1RC1电源开关伺服强电冷却电机KM6U2V2W2(9A)伺服变压器 设备界线X14100QF4QF210A40AQF11351352462462461351314135246M3(22A)0.06KWRC4M3U31 V31 W31刀架电机KM4U3V3W3(9A)X27100 0.4AQF51352461314KM5 (9A)123456123456KM3U12 V12 W12U11 V11 W11(22A)
13、主轴强电123456QF325A135246图中 QF1 为电源总开关。QF3、QF2、QF4、QF5 分别为主轴强电、伺服强电、冷却电机、刀架电机的空气开关，它的作用是接通电源及短路、过流时起保护作用；其中 QF4、QF5 带辅助触头，该触点输入 PLC，作为报警信号，并且该空开的保护电流为可调的，可根据电机的额定电流来调节空开的设定值，起到过流保护作用。KM3、KM1、KM6 分别为主轴电机、伺服电机、冷却电机交流接触器，由它们的主触点控制相应电机；KM4、KM5 为刀架正反转交流接触器，用于控制刀架的正反转。TC1 为三相伺服变压器，将交流 380V 变为交流 200V 供给伺服电源模块；RC1、RC3、RC4 为阻容吸收，当相应的电路断开后，吸收伺服电源模块、冷却电机、刀架电机中的能量，避免产生过电压而损坏器件。电源电路分析图 2 为电源回路图。图图 2 2 TK40ATK40A 电源回路图电源回路图QF8 6AQF73AQF6QF9 3AAC24VAC110VAC220VAC380VELHLD10A5498762121
