摘要數(shù)控技術(shù)發(fā)展飛速的今天，數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)揮越來越重要的作用，數(shù)控機床是數(shù)控制造業(yè)的核心，隨著國際國內(nèi)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，機床工業(yè)也有了飛躍的發(fā)展：體現(xiàn)在新技術(shù)的廣泛應用和企業(yè)效益的明顯改善。目前機床行業(yè)的消費主流是數(shù)控機床。從國內(nèi)外市場對數(shù)控機床的需求來看，以后數(shù)控機床市場具有以下特征：一是經(jīng)濟型數(shù)控機床是以后的主流產(chǎn)品。二采用新技術(shù)，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性是企業(yè)生存的關(guān)鍵。本文主要介紹了對數(shù)控銑床的電氣系統(tǒng)設(shè)計的過程。立式加工數(shù)控銑削版，對其電氣系統(tǒng)設(shè)計是尤為重要的，其內(nèi)容包括進行立式加工中心強電系統(tǒng)設(shè)計，PLC 部分的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選型和電氣控制系統(tǒng)設(shè)計。本設(shè)計給出了整個數(shù)字電氣控制系統(tǒng)的電路圖繪制，重點部分模塊化，較詳細地介紹了各個部分的功能及用途。分為 808D 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計，電源分配電路，直流和交流控制電路，伺服電源電路，急?？刂齐娐罚ぜ彰麟娐吩O(shè)計，電氣元件選擇，伺服驅(qū)動器、伺服電機的選擇,電氣線路的連接與調(diào)試，常見連接故障處理。通過本設(shè)計說明書可以基本上掌握立式加工數(shù)控銑床的電氣原理，以及基本的電氣常識，使讀者無論是從整體上還是各個模塊中都能夠了解到數(shù)控銑床相關(guān)的一系列電氣知識。關(guān)鍵詞： 數(shù)控系統(tǒng)； 數(shù)控銑床； 主電路； 控制電路； PLC 控制；電氣原理圖AbstractNumerical control technology rapid development today, the numerical control technology play more and more important role in modern manufactuiring, numerical control machine tool is the core of the numerical control manufacturing, with the rapid development of international and domestic economy, the machine tool industry has a leap in the development, reflected in the wide application of new technology and enterprise efficiency improved significantly. The machine tool industry mainstream consumption is no machine tools. From domestic and international market demand for CNC machine tools, CNC machine after the market has the following characteristics: one is the economical no machine tool is the mainstream products later. 2 adopt new technology, reduce costs, improve product, stability is the key of enterprise survival. This article mainly introduced the process of CNC milling machine electrical system design.Vertical no milling machining, the electrical system design is particularly important, its content includes system design, vertical machining center part of PLC electrical control system design, selection of servo drive system and electric control system design. This design gives the whole circuit diagram drawing of digital electrical control system, the key part of modular, introduces in detail the function and usuage of the parts. Is divided into 808 d numerical control system design, power distribution circuit, do and at control circuit, servo power circuit, stop control circuit, and artifacts ligheing circuit design, electrical components selection, the choice of servo driver, servo motor, electrical wiring connection and debugging, fault handling common connection. Through this design manual can basically grasp the vertical processing electrical principle of CNC milling machine, as well as the basic electrical sense, make readers both as a whole and each module can be realized in the CNC milling machine, a series of electrical knowledge.Key words: CNC system; CNC milling machine; Main circuit; Control circuit; PLC control; Electrical schematic diagram目 錄第一章 緒論…………………………………………… 11.1 引言 ……………………………………………… 11.2 數(shù)控機床概述 …………………………………… 11.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 …………………………… 41.4 SINUMERIK 808D ………………………………… 4第二章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計原理…………………………… 52.1 數(shù)控系統(tǒng)的供電 ………………………………… 52.2 伺服控制系統(tǒng)電氣控制線路設(shè)計 ……………… 52.3 主軸控制系統(tǒng)電氣控制線路設(shè)計 ……………… 62.3.1 單極性主軸 ………………………………… 62.3.2 雙極性主軸 ………………………………… 62.4 其他輔助功能的電氣控制線路設(shè)計 …………… 6第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路……………… 83.1 三相電源引入 …………………………………… 83.3 排屑系統(tǒng)控制 …………………………………… 103.3 斗笠式刀庫控制 ………………………………… 113.4 機床照明溫度控制 ……………………………… 143.5 潤滑控制 ………………………………………… 153.6 主軸驅(qū)動 ………………………………………… 173.7 伺服系統(tǒng)軸驅(qū)動控制 …………………………… 183.8 行程開關(guān) ………………………………………… 183.9 808D 數(shù)控系統(tǒng) ………………………………… 20第四章 電氣數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)動……………………… 214.1 機構(gòu)方式以及選型 ……………………………… 214.1.1 電動機 ……………………………………… 214.1.2 電動機玄星條件 …………………………… 214.1.3 電動機選型 ………………………………… 224.2 變頻器電動機主軸驅(qū)動裝置 …………………… 224.2.1 設(shè)備的選型方法 …………………………… 224.2.2 變頻器主軸伺服驅(qū)動電路 ………………… 23第五章 系統(tǒng)各部分元器件選型……………………… 245.1 低壓電器選擇及遵從的原則 …………………… 245.2 斷路器選擇標準 ………………………………… 245.3 自動開關(guān)的選擇——保護裝置 ………………… 255.4 接觸器的選擇 …………………………………… 255.5 熱繼電器的選擇 ………………………………… 255.6 中間繼電器的選擇 ……………………………… 26結(jié)論………………………………………………………… 27參考文獻…………………………………………………… 28致謝………………………………………………………… 29沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論1第一章 緒論1.1 引言隨著科學技術(shù)和市場經(jīng)濟的發(fā)展，國際化競爭日趨激烈，工業(yè)產(chǎn)品和制造產(chǎn)品更新越來越迅速，中、小型工廠批量的生產(chǎn)也越來越多。在機械、軍工、航空工業(yè)，其生產(chǎn)的零件幾乎占產(chǎn)品數(shù)量 75%－80%，而且零件外部結(jié)構(gòu)也越來越復雜，精度要求也越來越高標準。傳統(tǒng)的機床設(shè)備己不能滿足需求，硬性加工相對于柔性加工的劣勢更加明顯，相關(guān)裝備的數(shù)控技術(shù)需求也日益加大。數(shù)控技術(shù)是對機械運動和工作過程進行控制的數(shù)字信息技術(shù)，數(shù)控裝備是對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的，以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)機電一體化產(chǎn)品，即為所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：（1）機械加工制造工藝；（2）信息加工處理及傳輸技術(shù)；（3）機械自動化技術(shù)；（4）伺服驅(qū)動；（5）各種安全技術(shù)操控傳感器；（6）計算機軟件技術(shù)等。1.2 數(shù)控機床概述數(shù)字控制(Numerical Control 縮寫為 NC)簡稱為數(shù)控，是指一臺或多臺設(shè)備用數(shù)字指令來控制的動作。它所控制對象有以下幾類：1、順序的程序控制動作。2、輔助功能控制。如：主軸、坐標進給速度、更換刀具、開閉冷卻液等。3、決定有關(guān)部件位移量和相對位置關(guān)系的坐標控制。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論2通過多年機床的控制經(jīng)驗與數(shù)字技術(shù)的密切結(jié)合使數(shù)控技術(shù)發(fā)展起來，采用數(shù)字控制裝置的機床實現(xiàn)了自動化和高效率加工，于是數(shù)字控制機床統(tǒng)稱為數(shù)控機床。在加工合理化及高效率方面，數(shù)控機床與普通機床相比具有許多優(yōu)勢。數(shù)控加工作為機械加工多品種，小批量生產(chǎn)的一種自動化手段。其中突出的加工速度快、自動化程度高是數(shù)控機床的絕對優(yōu)勢。數(shù)控加工也能保持加工條件不變，而使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于加工所的條件(吃刀深度、進給量、主軸轉(zhuǎn)速、刀具等)都己事先由指令規(guī)定，所以無論由誰操作都能得到同一加工質(zhì)量。數(shù)控加工極大地提高外形復雜零件的加工效率和加工精度。通過數(shù)控加工的零件，由于提高了工件與基準面相關(guān)尺寸的加工精度，有可能大大提高零件裝配的互換性，而提高裝配質(zhì)量和效率。由于加工時間固定，有利于管理，更進一步促使加工定量化，以達到生產(chǎn)管理的合理化、標準化。這為實現(xiàn)計算機管理生產(chǎn)乃至建立計算機集成制造系統(tǒng)都打下了堅實的基礎(chǔ)。由于操作技術(shù)被數(shù)據(jù)化后，熟練工人就可以減少?？梢源蠓葴p少人為的操作失誤，而降低廢次品率?？梢圆婚g斷地連續(xù)加工，從而縮短了加工周期.由于工夾具的標準化，減少了工夾具的需用量。正是由于數(shù)控機床的這些特點，從本世紀五十年代以來，隨著電子、計算機、自動控制以及精密機械與測試技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，數(shù)控機床也在迅速發(fā)展和演變。世界上的第一臺數(shù)控機床是由美國在五十年代開發(fā)研制的，使用電子管元件，體積龐大。到六十年代，由于半導體晶體管的開發(fā)應用，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性提高、價格下降。七十年代隨著中小規(guī)模集成電路的應用并伴隨著紙帶傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大提高了機床的加工效率及使用的靈活性，也使數(shù)控機床日趨完善。八十年代以來，微處理器的發(fā)展與應用，數(shù)控技術(shù)也迎來了計算機數(shù)字控制(Computer Numerical Control縮寫為 CNC)時代，隨著微處理器的運算速度的不斷提高，數(shù)控機床的功能和應用范圍也在不斷的發(fā)展與擴大。數(shù)控車床可分為臥式和立式兩大類。臥式車床又有水平導軌和傾斜導軌兩種。檔次較高的數(shù)控臥車一般都采用傾斜導軌。按刀架數(shù)量分類，又可分為單刀架數(shù)控車床和雙刀架數(shù)控車，前者是兩坐標控制，后者是 4 坐標控制。雙刀架臥車多數(shù)采用傾斜導軌。 數(shù)控車床與普通車床一樣，也是用來加工零件旋轉(zhuǎn)表面的。一般能夠自動完成外圓柱面、圓錐面、球面以及螺紋的加工，還能加工一些復雜的回轉(zhuǎn)面，沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論3如雙曲面等。車床和普通車床的工件安裝方式基本相同，為了提高加工效率，數(shù)控車床多采用液壓、氣動和電動卡盤。 數(shù)控車床的外形與普通車床相似，即由床身、主軸箱、刀架、進給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。從這些年數(shù)控機床的發(fā)展可以看出，它正向著高精度、多功能、高速化。（1）高精度現(xiàn)代社會對工業(yè)產(chǎn)品對精度的要求越來越高，近十年來，普通數(shù)控機床的加工精度已由 10μm 提高到 5μm,精密加工中心則從 3～5μm 提高到 1～1.5μm，并且超精密加工已開始進入納米級（0.01μm） 。超精密加工機床在向更高精度（納米級）發(fā)展的同時，也向高效率、和大型化發(fā)展。與之相適應，在計算機技術(shù)發(fā)展的推動下，各種加工精度補償技術(shù)得到了應用和發(fā)展，機床結(jié)構(gòu)材料也開始普遍采用各種性能穩(wěn)定、溫度影響小的新型材料，如:花崗巖、精密陶瓷等，使得數(shù)控機床的各項精度越來越高。（2）高速度提高生產(chǎn)效率是機床技術(shù)發(fā)展的永恒主題，這也表現(xiàn)在提高機床主軸的轉(zhuǎn)速上。中等規(guī)格的機加中心的最高轉(zhuǎn)速為 4000-6000rpm，到了九十年代，則達到 8000-12000rpm;另一方面，坐標軸的快速移動速度的提高，換刀時間和托盤交換時間等非切削時間的縮短，也使機床的加工效率大幅提高。（3）高柔性當代產(chǎn)品的多樣化和個性化，對機床提出了更高的柔性加工要求。如銑削加工中心可以銑削、鉆孔、攻絲等。這種將各種加工功能在一臺機床上進行集成，均是為了在一臺機床上實現(xiàn)一次裝夾就能完成對零件的不同加工要求，這充分展示了機床加工的柔性，并有利于提高加工精度。（4）高自動自動化是指在全部加工過程中，減少“人”的介入，而能自動地完成規(guī)定的任務(wù)。傳統(tǒng)的自動化往往與大批量生產(chǎn)聯(lián)系在一起，使用大量的專用設(shè)備和組合機床。而目前可以通過數(shù)控機床和機械加工中心，既可在大批量生產(chǎn)中實現(xiàn)自動化，也可在小批量、多品種產(chǎn)品生產(chǎn)中實現(xiàn)自動化加工。（5）造型宜人好的數(shù)控機床不僅功能齊全、操作安全可靠、性能良好，而且要成為外觀宜人沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論4和符合操作人體學的一件藝術(shù)品。（6）操作簡單從 LED 顯示到 TFT 液晶顯示，操作從按大量按鈕到菜單選擇甚至對話框操作使操作越來越簡單，顯示信息越來越多、越來越明快。（7）高可靠性大規(guī)模集成電路及計算機的應用，使得數(shù)控機床越來越可靠。同時，數(shù)控機床的這些特點也使得機床的數(shù)控化不僅從傳統(tǒng)的銑、銼、車、鉆一類切削機床，日益廣泛地向磨床、壓力機等塑性加工機床、繪圖機、氣割機等特殊加工設(shè)備方面發(fā)展,也向柔性制造系統(tǒng)(FMS)，高速機床、專業(yè)機床發(fā)展。應用范圍日益擴大。但是，數(shù)控機床畢竟是一種高自動化的設(shè)備，技術(shù)復雜、成本較高，從其使用的經(jīng)濟效益出發(fā)，在目前階段，特別是在我國，仍多用于精度高、形狀復雜的批量零件的加工。相信在不遠的將來，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)控機床為核心的柔性制造系統(tǒng)、無人工廠必將逐步取代現(xiàn)有的生產(chǎn)模式，成為機加行業(yè)的主導力量。1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)自動化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。1.4 SINUMERIK 808D西門子公司 2012 年發(fā)布的 SINUMERIK 808D 數(shù)控系統(tǒng)，為經(jīng)濟型車床和銑床提供了最新的數(shù)控技術(shù)。這款結(jié)構(gòu)緊湊、具有友好用戶體驗的數(shù)控控制器，適用于經(jīng)濟型的車削和銑削應用，并將進一步替代現(xiàn)有的 SINUMERIK 802S/C 控制器。SINUMERIK 808D 數(shù)控系統(tǒng)分為兩個版本，即銑床版和車床版。 現(xiàn)以銑床版為例，沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論5闡述配合數(shù)控系統(tǒng)的外圍電氣控制線路的設(shè)計。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計原理6第二章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計原理2.1 數(shù)控系統(tǒng)的供電SINUMERIK 808D 使用直流 24V 電源，通過接口 X1 與直流 24V 電源連接。 系統(tǒng)所使用的電源建議與 PLC 輸入輸出的 24V 電源獨立。直流電源的容量和質(zhì)量是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。 進行 24V 直流電源容量計算時，需要注意 4 個方面：（1）數(shù)控系統(tǒng)瞬時啟動消耗的電流為 5.0A，正常運行消耗的電流為 1.5A。（2）驅(qū)動器 SINAMICS V60 消耗的 24 V 電流，不帶抱閘電機時為 0.8A/軸，帶抱閘電機時為 1.2A/軸。（3）PLC 輸入輸出點的最大負載能力為 0.25A/輸入點。（4）機床上使用的其他電氣設(shè)備（如電磁閥、風扇、指示燈等） ，根據(jù)銘牌標識計算。另外，還需考慮工廠內(nèi)部的設(shè)計規(guī)范，以及考慮相關(guān)冗余量。2.2 伺服控制系統(tǒng)電氣控制線路設(shè)計數(shù)控機床進給伺服控制系統(tǒng)完成對進給軸速度和位移的控制，直接決定所加工零件的精度和質(zhì)量。對于經(jīng)濟型數(shù)控車床， 進給軸一般為半閉環(huán)控制，推薦使用SINAMICS V60 服驅(qū)動器與 808D 數(shù)控系統(tǒng)配套使用（也可以使用其他驅(qū)動器） 。SINUMERIK 808D 數(shù)控系統(tǒng)通過脈沖驅(qū)動接口 X51 和 X53 輸入輸出進給軸控制信號， 本文以 X 軸接口 X51 為例， 簡述與伺服驅(qū)動器的連接。V60 的 X5 接口接收來自于808D 的軸控制信號，包括脈沖（PULS） 、方向（DIR）和使能（ENA）信號。V60 的X6 接口，其中 RST 引腳接收來自于數(shù)控系統(tǒng)的報警清除信號， ALM 引腳輸出驅(qū)動報警信號至數(shù)控系統(tǒng)，RDY 引腳輸出“驅(qū)動就緒”信號至系統(tǒng)，Z-M 引腳輸出零脈沖信號至數(shù)控系統(tǒng)， 數(shù)控系統(tǒng)需要利用此信號完成回零操作。 另外， +24V 引腳接收來自于數(shù)控系統(tǒng)的直流電源，M24 引腳同理。需要注意的是：由于 V60 的+24V沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計原理7電源來自于數(shù)控系統(tǒng)的脈沖驅(qū)動接口，此接口由數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字量輸出接口 X200 供電，所以即使 X200 的數(shù)字輸出量用戶不使用，但 X200 接口的+24 V 和 M 信號也必須連接。需要強調(diào)的是：808D 數(shù)控系統(tǒng)與之前的 802C 連接不同，808D 根本沒有位置反饋輸入的接口，所以電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)這三環(huán)的 PID 調(diào)節(jié)全部交由伺服驅(qū)動完成，數(shù)控系統(tǒng)只是負責發(fā)出指令而已。2.3 主軸控制系統(tǒng)電氣控制線路設(shè)計數(shù)控銑床的主軸帶動工件高速旋轉(zhuǎn)，通過與刀具的相對運動完成零件的切削。對于經(jīng)濟型數(shù)控銑床而言，主軸只需要能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速即可，這可以通過普通變頻器實現(xiàn)。 根據(jù)轉(zhuǎn)向的控制方式，具有兩大類別：單極性主軸和雙極性主軸。2.1.1 單極性主軸單極性主軸以 X54 為 808D 主軸控制信號輸出接口，AO 和 AGND 引腳輸出 0～10 V 模擬量電壓信號控制主軸的轉(zhuǎn)速，使能信號一般不用。轉(zhuǎn)向由快速輸入輸出接口X21 的 CW 和 CCW 信號輸出。快速輸入輸出是由 NC 直接控制的數(shù)字量輸入輸出接口，用于需要 NC 快速響應的場合。作為銑床，銑削螺紋是必須的功能，所以數(shù)控系統(tǒng)的X60 接口接收來自主軸編碼器的信號。2.2.2 雙極性主軸與單極性主軸不同，雙極性主軸轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速控制信號都由 X54 輸出，所以 AO和 AGND 引腳輸出±10V 的模擬量電壓指令，指令電壓的正負即代表了旋轉(zhuǎn)的方向，此時主軸使能信號應該連接上。應該強調(diào)的是：無論是單極性主軸還是雙極性主軸，808D 的 X60 接口都連接了主軸編碼器，但此處的編碼器與進給軸的編碼器有著本質(zhì)的區(qū)別。對于經(jīng)濟型數(shù)控車床而言，主軸的編碼器并不是為了構(gòu)成主軸轉(zhuǎn)速的半閉環(huán)控制，而是車削螺紋的需要。事實上，數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速就是一個開環(huán)控制，鑒于主軸轉(zhuǎn)速對被加工的零件質(zhì)量的影響程度，沒有必要完成轉(zhuǎn)速的閉環(huán)調(diào)節(jié)。2.4 其他輔助功能的電氣控制線路設(shè)計沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計原理8關(guān)于冷卻、刀架等相關(guān)輔助功能，都是標準連接，此處不再贅述。需要注意的是：西門子數(shù)控系統(tǒng)在出廠時都配置有相應的樣例 PLC 程序，相應的 PLC 輸入輸出點已經(jīng)定義完成，設(shè)計控制線路時需要據(jù)此連接，才能保證軟硬件的配合。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路9第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路3.1 三相電源引入設(shè)計三相 380V/50HZ 電源引入電路：用空氣開關(guān)實現(xiàn)電源分斷和短路保護，帶接地保護端，確保電路接入安全，是 808D 數(shù)控系統(tǒng)的動力來源。U，V，W 為三相 380V/50H 電源，附有 PE 接地端，QF1，QF2 分別為空氣控制開關(guān)，實現(xiàn)安全接入斷開，實現(xiàn)電源電壓通電保障，確保電路安全。整體組成了三相380V 電源，通入三相 380V 電壓，通過電路的流程使電壓安全可控輸入，保證其他電路設(shè)施正常運作，電路中的接地線也符合了安全用電的準則，電路設(shè)計如下圖所示： -QF123456-2143=D0+C1-RST2-4V6=10 接 地 銅 牌GROUNDE123-W60-59SXT3UVWPE1234-XS分 勵 脫 口 器 門 控 開 關(guān)dorswitch圖 3-1設(shè)計變壓器控制電路：將 380V 變換為 220V 供開關(guān)電源等電路。實現(xiàn)變壓，使電路系統(tǒng)正常工作運行，主要部件變壓器，使用 380V AC 通過沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路10TC1 3.5KVA 變壓為 220VAC 輸入到系統(tǒng)電路連接端。確保穩(wěn)定電流電壓輸入。整體通過電源干路得電，通過電路過濾疏導，使電源電壓可控，即通過變壓器元件將380V 電轉(zhuǎn)化成 220V 有用電的過程，附有接地安全控制導向，具體電路情況如下圖： 513624-TC-W8X7UVPE=K10-TSR=D0-R1STR2ST圖 3-2設(shè)計開關(guān)電源電路：輸入 220V 交流，輸出 24V 直流，給 PLC 輸入輸出部分供電。小塊電路控制采用直流電 24V 安全電壓，確保操作人員安全，引用了交流變直流，空氣控制開關(guān)實現(xiàn)過載保護，控制系統(tǒng)模塊化接入，連入干路傳輸。具體過程是通過 220V 電壓電源導線得電，經(jīng)過空氣控制開關(guān)以及交變直流轉(zhuǎn)換，形成 24V 安全電壓控制端，實現(xiàn)安全操作系統(tǒng)，這一步將不可觸及的資源通過電路得以實現(xiàn)控制的重要操作步驟，具體圖示如下：沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路11PE =D21+C-SR=D20+C1-SR-24V019876-53241-0V5-67180294 接 地 銅 牌GROUND 接 地 銅 牌GROUNDE123-SQF6圖 3-33.2 排屑系統(tǒng)控制設(shè)計螺旋排屑控制電路：實現(xiàn)排屑電動機的正反轉(zhuǎn)，包括 PLC 輸入輸出，中間繼電器，交流接觸器。排屑電路分為排屑電機正反轉(zhuǎn)，排屑電機輔觸實現(xiàn)螺旋排屑，三相輸入過載控制反饋調(diào)節(jié)，安全接地線。主要由 PLC 控制整個電機電路的運行邏輯，實現(xiàn)電路安全，排屑正常。通入三相 380V 電源通過過載控制閥導入電機，實現(xiàn)運轉(zhuǎn)，中間部分通過電磁效應形成自動控制開關(guān)，使兩邊線互換位置導通電流形成正向和反向電流通入電動機，實現(xiàn)了電動機的正反轉(zhuǎn)確保排屑系統(tǒng)順利進行，具體如下圖所示：沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路1221-KM-3-K3-2A129543-KA-1XTD21+C-R=E20+C1-R=D21+C-S=E0+C1-S531642-KM-642531-QF9654PE-M3-W1+C8接 地 銅 牌 ~=E0ST=E0+C-RST M4XT-QF924VQF9D-1431-KA14-343=0-T=M0-T-W50XS7-25T0431VUPE圖 3-4此圖為 PLC 輸入和 PLC 輸出系統(tǒng)圖：沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路1315.763.49152.3047.619523.4719.0365.71493.25047=M40-XT18.7635.49182.3057.619243.5719.0635.71496.235047=M40-XT=E0/.A:FM/.:8=A/.:M/.:=FAE/.:K=M2/.A:F/.:=EAG/.:M11-Q9:42+-S17-4+S-Q0:164-:+1B-0S-3+C2X65:B4-S5排 屑 電 機 輔 觸潤 滑 電 機 輔 觸Z軸 正 極 限Y軸 零 點zero軸 負 極 限軸 正 極 限X軸 零 點r軸 負 極 限冷 熱 交 換 器 輔 觸軸 正 極 限機 械 手 輔 觸冷 卻 輔 觸 A主 軸 風 扇 輔 觸刀 具 松 開 unclamp刀 具 卡 緊松 刀 按 鈕 lkey潤 滑 油 位 低 報 警 wtrlv冷 卻 水 箱 液 位 低 報 警 al 氣 源 壓 力 低 報 警 ifounhdprs急 停 信 號 tigl潤 滑 壓 力 低 報 警刀 庫 輔 觸軸 負 極 限軸 零 點r =M/.A:/.:=K/.A:/.:E8=A/.:=E/.:1A1+6-K2:S-:-M:712-:+B04M2-6+B:4-1:右 側(cè) 門 打 開 rightsdeopn左 側(cè) 門 打 開 lf右 前 門 打 開 i左 前 門 打 開 ltr驅(qū) 動 故 障directonal準 停 到 位 vy驅(qū) 動 就 緒 gwh速 度 到 達fu機 械 手 原 點orin機 械 手 扣 刀 bcklet刀 套 垂 直 upghs刀 套 水 平v刀 庫 原 點orin刀 庫 記 數(shù) ct機 械 手 剎 車圖 3-5Q3.7465.2341.0Q9782.6534.Q21.03=E/.B:8A9M/.:=F/.:EA=K/.:7EA98M40-T132冷 卻 電 磁 閥magnetic vl主 軸 吹 氣松 /卡 刀UNCLAMPTO 潤 滑 電 機 啟 動 otrstaup機 床 照 明 wkieclighn機 械 手 轉(zhuǎn) 動刀 盤 后 退b f刀 盤 反 轉(zhuǎn) turnaos刀 盤 前 進d主 軸 氣 封外 冷 卻 電 機 mp氣 冷 aicl刀 盤 正 轉(zhuǎn)e排 屑 正 轉(zhuǎn)d排 屑 反 轉(zhuǎn) roks/.:-564013-:89-40123-5=4-TQ5.7164.3251.0Q9478.65.342Q1.0=M/.A:=K/.A:710-M3:門 鎖 線 圈 windgoflck控 制 使 能 extro準 停 dicn主 軸 反 轉(zhuǎn)CW主 軸 正 轉(zhuǎn)剛 性 攻 絲 ap-K65:1=-X8/.:2-:4圖 3-6沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路143.3 斗笠式刀庫控制設(shè)計斗笠式刀庫控制電路：電動機驅(qū)動刀盤的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) ，電磁閥控制刀盤的前進和后退。這個控制系統(tǒng)分為三部分，也是機械加工中的三個刀庫進給旋轉(zhuǎn)的三個模塊。一圖刀庫控制與排屑電路有類似之處，電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)工件切削，電源接入變壓，開關(guān)控制實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)。二圖刀庫控制較復雜，分為：刀庫輔助電路，刀庫計數(shù)電路，刀庫原點電路，刀庫前進電路，刀庫后退電路，刀盤正轉(zhuǎn)電路，刀盤反轉(zhuǎn)電路，刀盤前進電路，刀盤后退電路。三圖刀庫控制通過一條電源接入，兩個開關(guān)并聯(lián)接入系統(tǒng)控制，實現(xiàn)三刀庫進給，切削。具體通過電磁線圈自動控制使電動機正反轉(zhuǎn)，通過導線觸點空開保護控制使刀具正常運作，實現(xiàn)加工零件銑削工序具體如下圖： 21-KM0---A129537-A-4XT=E0+C1-R2=F0+C1-R2=E30+CS=F30+C1-S2531642-KM-0642531-QF987PE-M10-W5+C42接 地 銅 牌 XT3~K-/S=E30+CRST圖 3-7沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路15-W50-KA45-6KA733=M0T1=M40-T13536747543147543134566GS10V48+2211212-B-7-XT5WCM-13425-XT1=E20+C-QFV5=M0-T1刀 庫 輔 助 AS刀 庫 記 數(shù) count刀 庫 原 點rig刀 庫 前 進 onwad刀 庫 后 退bckf刀 盤 正 轉(zhuǎn)turn deasil刀 盤 反 轉(zhuǎn)cokwe刀 盤 前 進 nard刀 盤 后 退bckof圖 3-823161295-W85+MC-14YXT9GS 0V2758129-71 0-KA6-=E21+C-4V=K1+C-24V圖 3-9沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路163.4 機床照明溫度控制輔助電路機床照明電路設(shè)計：交流 220V 供電，有短路保護，PLC 控制燈的亮滅。照明電路相對簡單，就是一般正常并聯(lián)照明電路通過 PLC 自動控制，PLC 燈亮則正常照明，PLC 燈滅則停止工作。電源得電后通過空氣控制閥使其形成安全過載保護電路，通過照明元件形成照明工件的功能，實現(xiàn)銑床精細加工前提條件，具體電路如圖：-W50=M40-T1=M40-T13939KAF+CR2S=D21+C-RS3593124-KAXT-W10+M6EL機 床 照 明workpiec lghtn圖 3-10設(shè)計冷熱交換器控制電路：220V 交流供電，帶過載保護，并且可由 PLC 檢測。通過 PLC 檢測自動控制電路開關(guān)閉合，實現(xiàn)冷熱過載保護，220V 交流提供電流供給。電源得電，經(jīng)過空氣控制過載保護閥流通冷熱交換器，實現(xiàn)冷熱交換控制系沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路17統(tǒng)，接地電路，確保安全，如圖所示： 23134=M40-XT12VQFO=K0+C-=F20+C1-RS-312-W 冷 熱 交 換 器ExchangeroltLN-2接 地 銅 牌GROUND圖 3-11這一部分是電路安全很重要的一步，確保工作系統(tǒng)正常，高效率運作的唯一保障，也比較容易忽略。因此，也起到了很大的作用。3.5 潤滑控制設(shè)計潤滑控制電路：由 PLC 控制自動進行。通過電源接入通過空氣控制開關(guān)流入電動機，PLC 自動控制信息提供給電路開關(guān)，將其打開閉合實現(xiàn)電動機運作，輸送潤滑油，其中有機床潤滑檢測電路反饋，使其自動控制潤滑輸出，實現(xiàn)潤滑工序，保障設(shè)備正常運作，確保加工安全性，高精度，高效率進行，具體電路如下圖：沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路184040-W5=M-T1=M-T1KA-KA-3739XF0+C-R2F30+CS2A3941=M0-XT2VQF=0+C-O134-W15238GS+24V6179XT143522143PE--KMXT213PE~ 接 地 銅 牌GROUND+-S+R=F0+C-SR 潤 滑 電 機輔 觸AS潤 滑油 位 低 報 警water lvm潤 滑壓 力 低 報 警psu lr潤 滑 電 機 啟 動motrsaup圖 3-12設(shè)計氣源氣壓低報警電路：傳感器檢測到壓力低信號時，送到 PLC 輸入端，實現(xiàn)報警顯示。 45=M0-XT1GS+2V6 019-CW-B24氣 源 壓 力 低 報 警airfounthedpslm圖 3-13沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路19如上圖所示，通過氣源電壓控制報警，傳感器檢測電壓低信號，通過 PLC 顯示報警信號，進而實現(xiàn) PLC 自動控制通過潤滑供給電路開關(guān)控制實現(xiàn)潤滑，確保工件正常無誤差的工作，完成切削流程。潤滑電路同樣也是起到輔助正常工作的電路系統(tǒng)，容易被忽略，其中的潤滑控制也對工件正常加工起到不可或缺的作用，是機械加工數(shù)控系統(tǒng)重要的一部分。3.6 主軸驅(qū)動設(shè)計主軸伺服驅(qū)動電路：包括三相 380V 供電，主軸驅(qū)動器，主軸電動機，主軸編碼器，主軸風扇電動機等。通過電源得電流經(jīng)過載保護安全控制閥，流入電動機使其正常運轉(zhuǎn)，主軸編碼系統(tǒng)控制信息輸送，使其接受正確命令，經(jīng)過主軸驅(qū)動程序處理給電動機發(fā)信號使其自動控制工作工序，具體如下圖所示： -QF261354K10-RS-T-XT1W4接 地 銅 牌 +M-53~-W32CTB+PEM~-9=M40-XT1GROUNDE 接 地 銅 牌GROUNDE=K0+C-1SMPX6TRST=10G主 軸 電 機S OTR轉(zhuǎn) 碼 器CD2主 軸 風 扇 電 機 spindlefa3+PE4532876543129SCIT QMOABC=D+1-24V3=D21+C-0V=M40+P1-X5734531=M0-XT14-QF6圖 3-14沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路203.7 伺服系統(tǒng)軸驅(qū)動控制設(shè)計 X、Y、Z 軸驅(qū)動控制電路：包括三相 220V 供電；X、Y、Z 驅(qū)動器，伺服電動機，編碼器；控制指令信號等。立式加工中心為了合理高效的控制，設(shè)計了伺服驅(qū)動系統(tǒng)，通入三相電后經(jīng)過安全閥控制電路開合，使驅(qū)動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)行成指令，驅(qū)動各方位軸的運轉(zhuǎn)形式，使其有目的的加工零件實現(xiàn)立體 360 度三面加工，具體還通過 PLC 控制操作，實現(xiàn)方便，快捷，高效加工驅(qū)動，具體如下圖： 12345678910 123456123456 7891078910L-XUVWUVWUVWLL-X-X24PE24PE24PE666M3~GY軸 電 機AXIS OTR編 碼 器CDE+P3~GY軸 電 機AXIS MOTR編 碼 器CDE+P3~GY軸 電 機AXIS MOTR編 碼 器CDE+P-W46=D10+C-R2=D2+C-V145=21-04接 地 銅 牌GRUND B+- -1LF51LF5LF5QF315246STZY-W47-W48圖 3-153.8 行程開關(guān)沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路21設(shè)計 X、Y、Z 軸的正負限位行程開關(guān)、回零減速開關(guān)控制電路。設(shè)計急停信號控制電路。這一步分是通過開關(guān)控制來解決了控制的輸出實效，每種開合實現(xiàn)一種加工模式，實現(xiàn)了多自由度的加工工程，如下圖： Z9 8GS1+24V75-W- zeroM015 4S+2V3-6Y- zero71 20GS+4V97-W5X- zeroMT=-圖 3-16-W36478GS1+2VCOMEP急 停 =0T急停信號圖 3-17沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 SINUMERIK 808D 組成及電路223.9 808D 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 808D 數(shù)控系統(tǒng)連接電路：包括 PLC 輸入輸出、手輪、機床操作面板 MCP、各軸位置和速度指令、24V 供電。 、808D 數(shù)控系統(tǒng)是整體機床控制的核心，通過電路連接形成信號輸出，傳給工作電路，形成驅(qū)動加工具體連接如下圖，808D 數(shù)控系統(tǒng)一目了然是集結(jié)整體機床控制的全部操作方式，我們可以通過操作系統(tǒng)來實現(xiàn)工件的高精高效加工，是工業(yè)技術(shù)進步的重要標志，也是現(xiàn)代工業(yè)的主流形式。 ?á124VXYZL+-1AB-+5VM01234567891012345678910-HAND-PUX6045-W34=D21+C0V7XXX-W--52301=D+CVKYZRELG-WT繼 電 器 模 組 --3MCP-W49-X10SIK 圖 3-18沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 電氣數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)動23第四章 電氣數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)動4.1 結(jié)構(gòu)方式以及選型電動機選擇應了解電動機的使用環(huán)境，以便滿足電動機的使用要求。高壓電機電動機的結(jié)構(gòu)型式主要指電動機的外殼防護型式、冷卻方法及安裝方法等。電動機的外殼防護型式按防止人體觸及、固體異物進入電動機內(nèi)，選用電動機時應格外謹慎從事。按電動機的結(jié)構(gòu)及安裝型式，可分為臥式安裝和立式安裝兩種，它們又分為端蓋無凸緣和端蓋有凸緣兩種型式。一般情況下大多采用臥式安裝，特殊情況下才考慮采用立式安裝。立式和有凸緣安裝的電動機價格較貴。軸伸是電動機轉(zhuǎn)子與機械負載連接，從而傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速并輸出機械功率的部分，有單軸伸、雙軸伸、圓柱形軸伸、圓錐形軸伸等型式。大多為圓柱形單軸伸結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實際需要選用。4.1.1 電動機如果供電電壓不變,負載轉(zhuǎn)矩不變,那么就可以認為電機是勻速旋轉(zhuǎn)的,因為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和電壓密切相關(guān),當電壓沒有波動的時候也就是說電磁轉(zhuǎn)矩是恒定的,電磁轉(zhuǎn)矩是促使電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的,負載轉(zhuǎn)矩是阻止電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的,兩個力是相反的,這樣的話當兩個力平衡時電機就是做的勻速轉(zhuǎn)動,當負載轉(zhuǎn)矩變小時,電機速度會有所升高,但是當升高到一定程度后又會恒定在某一個速度上轉(zhuǎn)動!4.1.2 電動機選型條件：首先，一般應用建議選用交流電機。第二，根據(jù)功率確定是采用單相電機還是三相電機。一般幾個千瓦以上的都建議采用三相電機，三相電機的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性較好。再根據(jù)電網(wǎng)和實際功率選擇電壓等級和容量。第三，根據(jù)你對電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性的要求，比如說，負載變化后，是否允許轉(zhuǎn)速有少量的變化，如果允許，建議選用異步電機，否則，只能選用同步電機。沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 電氣數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)動24第四，根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍選擇電機極對數(shù)。你說的不清楚，只能提供上述建議。首先，一般應用建議選用交流電機。第二，根據(jù)功率確定是采用單相電機還是三相電機。一般幾個千瓦以上的都建議采用三相電機，三相電機的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性較好。再根據(jù)電網(wǎng)和實際功率選擇電壓等級和容量。第三，根據(jù)你對電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性的要求，比如說，負載變化后，是否允許轉(zhuǎn)速有少量的變化，如果允許，建議選用異步電機，否則，只能選用同步電機。第四，根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍選擇電機極對數(shù)。4.1.3 電動機選型根據(jù)功率確定是采用單相電機還是三相電機，高壓還是低壓電機。一般幾個千瓦以上的建議選用三相電機，三相電機轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性較好。再根據(jù)電源和實際功率大小選擇電壓等級和容量。對電機轉(zhuǎn)速的要求，比如負載變化后，是否允許轉(zhuǎn)速有少量的變化，如果允許，建議選用異步電機，否則，只能選用同步電機，還有是否有多級變速要求，如果有那在控制上還要加變頻器或串電阻變速。然后根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍選擇電機極對數(shù)，2 極電機是 3000 轉(zhuǎn)/分，4 極 1500 轉(zhuǎn)/分，6 極 1000 轉(zhuǎn)/分等等。部分同功率電機還有大、中、小型機座等，根據(jù)現(xiàn)場要求選。4.2 變頻器電動機主軸驅(qū)動裝置4.2.1 設(shè)備的選型方法根據(jù)負載特性選擇變頻器，確定變頻器的負載后，選擇變頻器額定容量為電動機額定容量, 即把變頻器的容量提高一個等級。變頻器的選擇應將電機的額定功率只能作為參考，以電機實際電流值作為變頻器選擇的依據(jù)。另外, 應充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波, 會使電動機的功率因數(shù)和效率變壞。因此, 用變頻器給電動機供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較, 電動機的電流會增加，溫升會增加。所以在選擇電動機和變頻器時, 應考慮到這種情況 , 防止溫升過高, 適當留有余量, 避免影響電動機的使用壽命。符合的電動機過載力矩一般為 212～218 倍, 為了充分發(fā)揮電動機的負載能力,提高位能負載設(shè)備的安全性能, 采用變頻器進行控制，因沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 電氣數(shù)控系統(tǒng)主軸驅(qū)動25此必須提高所適配的變頻器容量, 以便提高變頻器 —電動機系統(tǒng)的瞬時過載能力。用于控制幾臺并聯(lián)的電動機時，一定要考慮到電動機變頻器的電纜的總長度在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，變頻器選擇要擴大一檔或兩檔來選擇。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只為一種方式，并且變頻器無法實現(xiàn)電動機的過流、過載保護，此時需在每臺電動機側(cè)加熔斷器來實現(xiàn)保護。4.2.2 變頻器主軸伺服驅(qū)動電路采用數(shù)字信號處理器作為控制核心,可以實現(xiàn)比較復雜的控制算法,事項數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化.功率器件普遍采用以智能功率模塊為核心設(shè)計的驅(qū)動電路,其內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊.功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流,得到相應的直流電.經(jīng)過整流好的三相電或市電,再通過三相正弦電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機.功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是 AC-DC-AC 的過程.整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路.一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，如今是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。伺服驅(qū)動器廣泛應用于注塑機領(lǐng)域、紡織機械等領(lǐng)域。