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1、目录1、数控系统发展22、数控机床PLC控制系统的控制要求及分析43、交流伺服电机54、伺服驱动器的选择85、PLC的选择126、系统连接图的确定147、开关及保护元件的选择158、变压器的选择159、梯形图1610、课程设计总结1711、参考文献171、数控系统发展数控技术包括数控系统、数控机床及外围技术，是一门集计算机技术、自动 化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学 科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。 它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、 柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代
2、机床装备的灵魂和核心，有着 广泛的应用领域和广阔的应用前景。1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分 代替脑力劳动的工具。六年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。在 美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来， 数控系统经历了两个阶段和六代的发展。1. 数控(NC)阶段(1952-1970年)，早期计算机运算速度低，这对当时的科 学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采 用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控， 简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，
3、即1952年第一代 电子管;1959年第二代晶体管；1965年第三代小规模集成电路。2. 计算机数控(CNC)阶段(1970现在)到1970年，通用小型计算机业已 出现并成批生产。其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门搭 成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件， 从此进入了计算机数控(CNC)阶段。到1971年美国lintel公司在世界上第一次 将计算机的两个核心的部件运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成 在一块芯片上，称之为微处器，又可称中央处理单元(简称CPU)。到1974年微 处理器被应用于数控系统。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故
4、仍称为仿 计算机数控。到了 1990年，PC机的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控 系统核心部件的要求，而且PC机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系 统从此进入了基于PC的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970 年第四代一一小型计算机；1974年第五代一一微处理器和1990年第六代一一基 于PC的阶段。必须指出，数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的发展，只 是发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低，价格极为昂贵，应用很不 方便等极为关键的问题。因此，即使在工业发达国家，数控机床大规模地得到应 用和普及，是在七十年代未八十年代初以后的事情，也即数控技术经过近三十年
5、的发展才走向普及应用的。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 CNC）了，而我国仍习称数控（NC）。所以我们日常讲的数控实质上已是指计算 机数控了。智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势。21世纪的数 控装备将是具有一定智能化的系统，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，如加工过程的自适应控制，工艺参数 自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的 自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的 智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控 方面的内容、
6、方便系统的诊断及维修等。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。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台 上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能）， 形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速 实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。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 近两年国际
7、著名机床博览会的一个新亮点。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，反映了数控机床加工向网络化方向发展 的趋势。2、数控机床PLC控制系统的控制要求及分析PLC应用系统设计的内容：数控技术课程设计交流伺服电机PLC控制系统设 计，它是利用数字化的信息对机床运动及工作过程进行控制的一种方法。课题采 用PLC来控制这些器件，实现工业控制。以可编程控制器（简称PLC）作为控元件， 替代机床继电器连接触器组成的电气控制部分，是为
8、了提高机床电气控制系统的 可靠性，这种方法主用于组合机床以及生产线上的专用机床用数控技术实施加工 控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（NC）机床。要实现对机床的 控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床 加工必须具备的一些工艺参数。某机床进给电机采用交流伺服电动机，型号为ASD-B2-1521-B，丝杠螺距6mm。 驱动器电源为三相220V，功率为1.5KW。需要控制伺服电机的正反转，采用位置控制模式Y0脉冲输出，Y1方向控制， 反转时Y1要先输出，丝杠螺距为6MM其螺杆正转一圈前进6MM,反转一圈后退6MM, 丝杆两头需要安装极限开关如行程开关或者光
9、电开关/接近开关。计算电机旋转 一周需要多少脉冲，用6MM除以一周脉冲得到最小单位脉冲当量即一个脉冲到 应多少距离，然后根据需求来计算脉冲的数量和方向，脉冲的速度决定电机的转 速。1、减速比二伺服的转数/丝杠的转数；2、工件平移的距离二螺距X丝杠的转数；3、工件平移的距离二螺距X伺服的转数/减速比4、伺服的转数二伺服输入的驱动脉冲/伺服每转一周的驱动脉冲数；5、工件平移的距离/伺服输入的驱动脉冲二螺距/（减速比X伺服每转一周的驱动 脉冲数）； 6、脉冲当量二螺距/ （减速比X伺服每转一周的驱动脉冲数）机床进给电机采用交流伺服电动机，伺服驱动器型号为ASD-B2-1521-B，丝 杠螺距6mm。
10、参考下表1选择对应的伺服电机。表1伺服驱动器与电机机种名称对应参照表伺服驱动器对应的伺屡电机100WASD-B2-D121-BECMA-C20d0ios200WASD-B2-D221-BECMA-C20602nS iS=14mm)4Q0WASD 旧2-0421 日&GMA-G20604nS S=14mm)ECMA-C20S04n7 C7=14mmiLCMA-E21305QS ECMA-G21303DS I3=22mm3750WASD-02-O72BECMA-C20807nS rS=l9nwn)ECMA-G21306D5 S=22mm3100UWASD-B2-1O21-BECMA-Q2101QU
11、S iS=22mmECMA-E2131 OUS tS22fXmECMA-G2l309n (S=22min)ASD-B2-1521-BECMA-E21315US(S=22mm200 QW&CMA-Q21020QS XS=22rrn)ECMAE21320nS (S=22mniECMA-E2l820nS lS=35mmSOOOWASD-B2-3O23BECMA-E21S30CS (S=35nnm)ECMA-F21830QS (S=35mm)上表以伺服电机的额定电流的三倍来设计伺服驱动器的规格。根据设计内容要求，所选择的伺服电机为ECMA-E21315 S（S=22mm）ModelE21310OSE2
12、13I5OSC21O2DnSE2i32tansLC1301301g13DL.Z9gw9LA145115145s卫心0122CSoi322C3ai3)LB1 1。式口33IM隽心| LL （不微利幸,1475167 5191875LL （带剥车）183.5202226216ILS47473747LR55554555ILE65&6LG1 1.511.5121 1.5LW滴363256RH1-8ia18ISWK3g&QW8患&8T7777TPMGDepth 20M6 oeptti 20M6Depth 20M6Depth 20图1电机的外型尺寸伺服驱动器电源接线法分为单相与三相两种，单相仅允许用于1.
13、5kW与 1.5kW以下机种，而三相电源接线法全系列皆适用。图中，Power On为a接 点，Power Off与ALRM RY为b接点。MC为电磁接触器线圈及自保持电源，与主回路电源接点。ALRM_RYDC24VRY表2电机U、V、W引出线的连接头规格电机型号U、V、VW也磁刹4堆接虫瑞子建义ECMA-G21303GS 300W iECMA-E21305HS ECMA-C2101DnS (1000W)ECMAE21310aS i 1000W1ECfM-E2l315DS15QDWECMAC21O2OS OOQW)ECW-E21320S 2O0OW iECMA-E21820DS 保OGOW JE
14、CMA.E2l83n$( 30CJCJW i3106A2OI 8S3106A-24-11SECMA-F21330ljS 30D0W表3端子定义接统名称看W 臬）CASE GROUND(绿)BRAKE1蹈BRAKE2(蓝)端fSX A123J*描定义B124536端于艰义CFI日EGH 端定文DDEFGAB 4.1伺服驱动器伺服驱动器，又称为，伺服电机驱动器，伺服马达驱动器全数字交流伺服 驱动器。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用 于数字控制系统中。如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩 模式。如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩 模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制 功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时 性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。就伺服驱动器的响应 速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快，位置模式运算 量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。关于伺服的三种控制方式，一般伺服都有三种控制方式：速度控
