数控机床电气设计.doc

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1、第二章系统的总体设计一个较完善的机电一体化系统，包括以下几个要素：机械本体、能源部分、测试传感部分、驱动装置、控制及信息处理单元，各要素之间通过接口相联系。 2.1机械部分机械部分设计与分析将根据机械设计原理提出几种机械设计方案，并对这些方案进行比较选择，阐明设计方案选择的理由以及所采用方案的特点；同时，就设计过程阐述本人对有关设计的一些表述.本设计是一个主要用于教学实验用的数控铣床系统，是要对零件进行铣削加工的。我们要论证教学实验用的数控铣床系统的总体方案，就需要对该系统有一个整体的了解。要进行总体方案论证，先要熟悉设计参数，我们才能以此为依据进行取舍。下面就是我这次设计的参数。实验用的数控

2、铣床系统，其工作参数如下：机床尺寸（宽长高）：76014751400()；最大加工范围(XYZ)：400300150()；主轴电机功率：60(W)；主轴转速：3000(r/min)平；工作台尺寸160160()；空间加工范围170160()；工作台最大承重s50()；工作速度:05(min)快速移动速度8min；数控机床的结构形式有很多，通过对其主要的结构形式的分析，大体上最常见的可分为如下两类：工件沿X坐标方向移动的类型，这类机床主要采用的是龙门式结构，其工作的原理为：工作台沿X方向移动。而Y坐标则为打印头在由双立柱及横梁构成的龙门上的运动，既可用于二、三坐标作平 面铣削，又可以扩展为四坐标

3、机床用于切割管件和型材，还能构成五坐标机床加工空间曲面。这类机床的规格尺寸较大。另外工件沿X坐标方向移动式结构还有两种悬臂式的结构,一者是为工作台沿X坐标方向移动，另一者为工件及夹具同时沿X坐标方向移动，其规格尺寸都比龙门式的要小。工件沿X,Y二坐标方向移动的类型这类机床多为单纯用于切割的二、三坐标机床，其切割头悬臂伸出，在水平面内并无移动；而工件则可以沿X、Y两个方向运动，这类机床的结构比较简单，规格尺寸也较小，最大2000x1500（mmmm）。工件沿二坐标方向移动的类型又可分为十字工作台式和工件与夹具移动式两种；前者工件与工作台连动，规格更小些；后者规格尺寸稍大，工作台固定不动，而工件则

4、由夹具夹持着移动，大多是与自动冲裁技术结合在一起成为可完成切割铣削，冲裁等多种加工功能的多功能机床。 2.2电气控制系统方案要实现对机电一体化的数控机床的有效控制，这样的电气控制系统有多种方案可以选择。其中最主要的是采用：采用单片机的控制系统；采用了集成DSP芯片的控制板与PC机相联系的控制系统；采用PLC与PC机相联系的控制系统。各控制系统方案的特点与比较：采用单片机的控制系统所谓的单片机即是一块集成了CPU、RAMROM(EPROM或EEPROM)、定时/计数器、时钟、多种功能的串行和并行I/O口的芯片。如 Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的单片机还集成有A/D、D/

5、A，如Intel公司的8098系列。概括起来说，单片机具有如下特点：（1）可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；程序指令，常数，表格固化在ROM中不易破坏；许多信号通道 都在一个芯片内部，故可靠性高。（2）易于扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件，芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行I/O管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。（3）控制功能强。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有丰富的条件分支、I/O口的逻辑操作以及位处理指令。一般来说，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。（4）单片机一般采用了面向控制的

6、指令。（5）价格低廉。如低档单片机价格只有几元钱。开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多,后备人才充足。并且国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机 实验。采用PC与PLC相联系的控制系统可编程逻辑控制器。 （ProgrammableLogicController，简称PLC）是以微处理器为核心的工业控制装置。它是计算机家族中的一员，是为了工业控制应用而设计的，主要用于代替继电器实现逻辑控制。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配 线上试用，获得了成功。这种控制装置将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性，灵活通用，易于编程，使用方

7、便等特点，而且随着技术的发展，它的功能早已大大超出了逻辑控制的范围，因此近年来在工业自动控制，机电一体化，改造传统产业方面得到广泛地应用。虽然各种PLC的组成各不相同，但是在结构上是基本相同的，一般由CPU，存储器，输入输出设备（I/O）和其他的可选部件组成。CPU是PLC的核心，它用于输入各种指令，完成预定的任务。自整定，预测控制和模糊控制等先进的控制算法也已经在CPU中得到了应用存储器包括随机存储器RAM和只读存储器 ROM，通常将程序以及所有的固定参数固化在ROM中，RAM则为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间；输入输出系统I/O使过程状态和参数输入到PLC的通道以及实时控制

8、信号输出的通道，这些通道可以有模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出、脉冲量输入等，使PLC的应用十分 广泛。在本控制系统中，PLC模块除了能够实现对机床各轴的顺序运动控制功能，还能实现X,Y轴的插补运动控制功能。所以选择PC与PLC相联系的控制系统。参考文献：1 朱晓春，数控技术（第2版），机械工业出版社，2006年4月；2 周 军，电器控制及PLC，机械工业出版社，2005年11月；3 梁 静，数控机床设计手册，机械工业出版社，2003年1月；4 华天宇，数控机床设计系统参考，机械工业出版社。2007年6月；序号代号名称型号、规格数量备注1TC2控制变压器AC380V/AC220V

9、/AC80V/AC24V 900W R型 400W 400W 100W 1九川2VC开关电源AC220V/DC24V/ 145W S-145-241明玮3NC数控装置HNC-21TD-08-F161套自制4FDD软驱单元组件HFD-1101(含电缆)1套自制5+M-MX步进电机90BYG501(5NM,带航插)1华惠6+M-MZ交流伺服电机GK6053-6AC31-FE(带键)4NM1登奇7+T-SDMX步进驱动模块WD5LD01（带插头）1华兴8QF1空气开关DZ15-40/390 10A1九川9手操机构DZ151九川10QF2空气开关DZ47-63(5A/3P)1九川11QF3空气开关DZ

10、108-20/211(0.1-0.16A)1九川12QF4空气开关DZ108-20/211(0.16-0.25A)1九川13FU1、3熔断器芯RT18,10,3X,500V/6A214FU2熔断器芯RT18,10,3X,500V/4A115熔断器座RT18-32X316ZL低通滤波器6A/250V1个上海埃德17RC1-RC2、6三相灭弧器JD63561003P-3P3个昆山18RC3-RC5、7单项灭弧器JD6310200TF-2P4个昆山19KM1-KM4交流接触器CJX1-9/22(220V 9A)4个九川20电柜轴流风扇SJ1238H2B AC220V+4个风扇罩2套卡固21吊挂轴流风

11、扇AVP-1225H24B DC24V+2个风扇罩1套卡固2223标准手持单元HWL-10031套自制24APHRPLC输出继电器板HC5301-R1自制25US变频器SJ100-022HFE1套日立26TC1电抗器ALI-5.5H21同力27RB制动电阻220W 1001上海设计制图 周风校核部件名称 元器件清单武汉华中数控股份有限公司HNC-21TD世纪星教学变频车床数控系统序号代号名称型号、规格数量备注1380V电源线Rvv4*35米乐庭2X轴行程、回零线8*0.2mm2Bu3米自制3Z轴行程、回零线8*0.2mm3Bu3米自制4互联线14*0.2mm4Bu5米自制5塑料软管黑色AD15.811米订购6管接头PG113个订购789101112131415161718192021222324252627设计部件名称 元器件清单武汉华中数控股份有限公司制图 周风HNC-21TD校核世纪星教学变频车床数控系统日期 07.11.05 共3张 第3张13