ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含4張CAD圖紙帶開題報告+外文翻譯】-jxsj80

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ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設計

摘  要

數(shù)控機床是來自于數(shù)字控制機床的簡稱，這是一種裝有可編程程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該可編程程序控制系統(tǒng)能夠邏輯處理數(shù)字控制編碼或其他規(guī)定的指令程序，并將其譯碼成執(zhí)行元器件的動作信號從而驅動機床動作以加工零件。數(shù)控機床的控制電路是由各種不同的控制電氣元器件組成，進給伺服系統(tǒng)的控制性能在一定程度上決定了數(shù)控機床的等級。本次設計任務是以ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設計為中心，全面、系統(tǒng)地介紹了低壓電器、電氣控制系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及接口、步進與伺服驅動器等內容，利用數(shù)控機床以機械與電氣相結合的形勢，完成相關電氣控制線路排布以及各種保護控制線路的設計。

為使步進電動機的控制精度能達到所要求的步距角()精度，于是在該機床選配所用驅動電機時要考慮到該電機的過載能力和機床傳動系統(tǒng)中絲杠與電機轉子的慣量是否匹配以及所提供轉矩是否足夠，在該設計中的進給驅動系統(tǒng)選用混合式五相十拍步進電動機進行驅動控制。由于開環(huán)控制系統(tǒng)簡單，精度要求不高，可靠性和穩(wěn)定性相對于經濟型數(shù)控機床好，故采用五相十拍的步進電動機進給驅動，同時也能因其相數(shù)大而達到明顯的振動抑制效果。

隨著設計的不斷深入而不斷熟悉了各種系統(tǒng)的適用條件，各種設備的選用標準及作用，各種電氣線路的保護設計，驅動進給系統(tǒng)的控制等。通過掌握電氣控制系統(tǒng)線路設計的原理、電氣元器件在線路中的作用，進給驅動系統(tǒng)的設計，完成對電動機的精度控制。這次的電氣控制部分設計也滿足一些企業(yè)對機床電氣高可靠高穩(wěn)定性、電氣使用壽命長等要求，具有進一步研發(fā)的潛力。

關鍵詞：ZK5132；數(shù)控系統(tǒng)；機電結合；步進電動機

Abstract

CNC machine is referred to Digital control machine tool, is a machine equipped with the automated process control system. The control system can have a control logic to process the instruction codes or other symbols required, decoded and processed so that making machine action and machining parts. CNC machine control circuit is controlled by a variety of electrical components whose performance servo feed control system to some extent determines the level of CNC machine tools. The design task is designing ZK5132 CNC Vertical Drilling electrical control system, there is a comprehensive and systematic introduction to the low-voltage electrical appliances, electrical control systems, numerical control systems and interfaces, stepper and servo drives, etc. By combining CNC machine tools with electrical machinery, finish the completion of related electrical control circuit and various protection control design.

To control the stepping motor step to achieve the required angle ( α= 0.36 °) the control precision, the machine motor is optional to consider the motor overload, overload conditions, the machine screw and the motor drive system rotor inertia matching. This design’s feed servo drive system used Five-phase-ten-pat hybrid stepping motor control. Because the open-loop control system is simple, less precision, reliability and stability with respect to the good economic type CNC machine tools, so using Five-phase-ten-pat hybrid stepping motor drive, vibration suppression effect is obvious because of the large number of phases.

With the deepening of the design, we know more about the applicable conditions of various systems, selecting criteria and effects of various devices,various electrical circuit protection designing and feeding drive control system and so on . By mastering the principles of electrical control system circuit design，the role of the electrical components in the circuit and feeding drive system designing so we can well completed the motor accuracy control. My electrical control part of the design but also to meet the high reliability, high stability, long life and other electrical requirements for some company, thus it worth well potential for further development.

Keywords: ZK5132 ; CNC system ; Electrical components ; Stepping motor

目    錄

引言 1

1.  數(shù)控機床常用電氣控制元件 3

1.1 低壓斷路器 3

1.2 接觸器 3

1.3 繼電器、變壓器及其他電器 4

2.  數(shù)控系統(tǒng) 5

2.1 數(shù)控鉆床系統(tǒng)的組成 5

2.1.1 操作面板 6

2.1.2 輸入/輸出裝置 6

2.1.3 CNC裝置 6

2.1.4 伺服單元 7

2.1.5 驅動裝置 7

2.1.6 機床本體 7

2.2 數(shù)控機床驅動控制的分類以及選擇 7

2.2.1 開環(huán)控制 8

2.2.2 閉環(huán)與半閉環(huán)控制 8

2.2.3 數(shù)控系統(tǒng)類型 8

2.3 數(shù)控鉆床用途及特點 9

2.4 數(shù)控鉆床的相關技術參數(shù) 9

2.5 數(shù)控機床對于進給驅動系統(tǒng)的相關要求 10

3.  傳動系統(tǒng)相關計算 10

3.1 傳動系統(tǒng)對驅動電機的相關要求 11

3.1.1  X、Y水平直線運動軸 11

3.1.2  Z垂直直線運動軸 12

3.2 步進電動機速度的控制 13

4.  步進電動機驅動進給系統(tǒng) 13

4.1 步進電動機的選用原則以及性能指標 13

4.1.1 選用原則 13

4.1.2 步進電動機性能指標 14

4.2 步進電動機的選擇 14

4.3 步進電動機的工作原理 15

4.4 主軸步進電機的控制 16

4.5 步進電動機的位置控制 18

4.6 步進電動機的驅動電源 19

4.7 步進電動機的正反轉運動控制 19

5.  機床的電氣控制系統(tǒng)設計 20

5.1 主電路電氣控制設計 20

5.1.1 主軸正轉 20

5.1.2 主軸反轉 21

5.1.3 主軸停轉 21

5.1.4 冷卻泵 21

5.2 電路電源分析 21

5.3控制電路設計 22

5.3.1 電機制動方式 22

5.3.2 零壓保護啟動 22

5.4 數(shù)控系統(tǒng)中的啟動與停止 23

5.5 輸入/輸出及各軸限位 23

5.6 光軸輸出接口 23

5.7 M功能輸出 23

5.8 X、Y、Z軸的驅動控制信號接口 24

6.  ZK5132數(shù)控立鉆機床電氣控制原理設計 25

7.  ZK5132數(shù)控立鉆機床電氣外觀設計 28

結論 29

謝辭 30

參考文獻 31

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CAXA圖紙副本

ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設計.doc

ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設計中期檢查表.doc

ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設計任務書.doc

ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設計開題報告.doc

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電氣主控制原理圖.dwg

電氣伺服控制原理圖.dwg

電氣控制原理圖.dwg

裝配圖.dwg

1．畢業(yè)設計的主要內容、重點和難點等 數(shù)控技術是 20 世紀機械工程領域的重大成就之一，是一個綜合了計算機技術、自動控制技術、信息技術、檢測技術和機械加工技術的交叉和綜合技術領域。本課題 畢業(yè)設計主要研究 內容如下： 1、 參觀調研 ,查閱資料。到生產、制造企業(yè)調研 ,了解生產、制造、加工情況。結合本設計課題 ,查閱相關資料。 2、 完成機床電器控制電路的設計（電器原理圖），包括各種保護。 3、 根據(jù)步進電機的特點：完成對電機的精度控制（α =)。 4、 完成數(shù)控機床總體的電氣控制設計。 控立鉆機床 電氣外觀圖（附見圖紙） 本 課 題畢業(yè)設計 研究的重點 是 數(shù)控 立鉆 機床 的電氣控制部分 ， 以其 氣控制原理圖的設計為研究對象，以電氣控制部分原理知識為理論基礎，重點分析電氣控制過程的工作原理和電氣控制電路圖的設計。了解常用機床電器元件電路控制中的應用，如熔斷器、接觸器、繼電器等在控制線路中的作用，熟悉電動機運轉過程和驅動系統(tǒng)。 本 課 題 的 難點是交流電機的各元器件線路連接和電路圖的識別 。 2．準備情況（查閱過的文獻資料及調研情況、現(xiàn)有設備、實驗條件等） 調研情況 : 數(shù)控機床的電氣控制主要由數(shù)控系統(tǒng)（ 伺服系統(tǒng)及機床強電控制等幾大部分組成， 控鉆床的電氣控制設計也就是圍繞這幾大部分進行設計。機床電氣系統(tǒng)是控制機床各部分的工作，協(xié)調完成機床加工任務的核心部分，它由繼電器、接觸器等構成復雜的邏輯控制電路，通過接受由操作面板及機床各部分位置開關傳來的信號經硬件邏輯運算，確定并控制機床的狀態(tài)。從功能上可分為：對主軸的控制，各個坐標軸的控制包括各坐標軸伺服電機速度、位置控制，刀具庫（對于數(shù)控車床指電動刀架）、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等輔助功能的控制。 伺服電機是數(shù)控機床驅動坐標運動的執(zhí)行部件 。伺服驅動系統(tǒng)控制伺服電機驅動數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)。因此驅動系統(tǒng)也是數(shù)控機床性能的保證。伺服電機不僅具有恒定輸出轉矩的特性，既在額定轉速范圍內可輸出恒定的轉矩，而且電機還具有非常強的過載能力。目前數(shù)控機床制造商使用的伺服電機有：步進電機、直流伺服電機、交 流伺服電機、直線電機等 。 在機床選配伺服電機時，要根據(jù)機床的設計性能指標，比如進給軸的最高速度、加速度、主軸的功率和調速范圍，以及機床實際應用條件，比如切削的材料、加工工藝參數(shù)、使用的刀具等條件 。本題設計使用步進電機， 可用控制脈沖數(shù)量、頻率及 電動機各相繞組的通電 順序來控制步進電機的轉動。 文獻參閱資料： [1] 蔣大明 ,戴勝華 M]北京交通大學出版社 . [2] 劉元揚主編 M]冶金工業(yè)出版社 . [3] 李曉輝 ,薛欣 M]清華大學出版社 . [4] 陳遠齡主編 M]重慶大學出版社 . [5] 彭榮濟 M]北京出版社 . [6] 董杰主編 M]上海交道大學出版社 . [7] 宋寶玉主編 M]哈爾濱工業(yè)大學出版社 . [8] 邱公偉 M]清華大學出版社 . 9] 高兆安譯 M]機械工業(yè)出版社 . [10] 王德發(fā) M]?？茖W技術出版社 . [11] 張寧 數(shù)控機床電氣控制 [M]利水電出版社 . [12] 丁景江 M]國勞動社會保障出版社 . [13] 馮清秀，鄧星鐘 M]中科技大學出版社 . [14] 陳子銀 M]京理工大學出版社 . [15] 王愛玲 M]防工業(yè)出版社 . [16] of o M]. 2007. [17] M]儀器設備 : 1、 計算機一臺； 2、 電氣 件 。 3． 實施方案、進度實施計劃及預期提交的畢業(yè)設計資料 總體內容安排 ： 1、 參觀調研 ,查閱資料；到生產、制造企業(yè)調研 ,了解情況； 2、 結合本設計課題 ,查閱相關資料，熟悉相關設計所需的知識，編寫控制軟件； 3、 用電氣 件繪制電氣原理圖； 4、 完成電氣控制電路的設計（電氣原理圖），包括各種保護； 5、 繪圖工作量折合 紙 1張 以上； 6、 完成二萬字左右的畢業(yè)設計說明書 (論文 ),并包括 300詞的英文摘要； 7、 完成主要零件制造工藝文件和技術要求； 8、 完成四萬字符的英文翻譯資料 (附英文原文 )； 9、 完成開題報告一份； 10、 進一步完善軟、硬件設計，完成整張電氣控制線路設計。 進度實施計劃： 2014 年 1 月 7日 3 日 理解課題 ,根據(jù)課題內容完成開題報告； 2014 年 1 月 14 日 17 日 開展調研 ,完成譯文翻譯； 2014 年 3 月 18 日 5 日 查閱資料 ,熟悉各電器設計所需計算及原理 ； 2014 年 4 月 6日 0 日 完成設計計算任務、總體結構設計及各電器原理圖草圖設計任務； 2014 年 5 月 1日 日完成設計、圖紙繪制任務、工藝規(guī)程文件書寫任務； 2014 年 5 月 4 日 8 日 整理打印畢業(yè)論文及相關資料，交指導老師評閱，準備答辯。 指導教師意見 指導教師（簽字）： 2013 年 12 月 日 開題小組意見 開 題小組組長（簽字）： 2014 年 1 月 日 院（系、部）意見 主管院長（系、部主任）簽字： 2014 年 1 月 日