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编程领域专家本科毕业设计说明书（论文）11.1第 1 页 共 41 页引言选题的意义从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度， 有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。数控机
床是一种高度机电一体化的产 品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改 型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周 期的急需零件以及要求 100%检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国 民经济和国防建设发展的重要装备。 进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床 制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加 入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床 制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现 代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应 生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开 放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一 些问题。1.2数控机床技术的发展史随着计算机技术的高速发展，在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高 效率，柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重 的作用。 数控技术（NC）是数字控制技术（Numerical Control）的简称。是指用数字指令 来控制机器动作的技术。一般来说，采用数控技术的控制系统称为数控系统（NCS） ， 装置了数控技术的机床称为数控机床[1]。 数控技术及装备是发展新兴技术产业和高端工业的使能技术和最基本的装备。世 界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造 能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术和数控本科毕业设计说明书（论文）第 2 页 共 41 页装备列为国家的战略物资， 不仅大力发展自己的数控技术及其产业， 而且在 “高精尖” 数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核 心的先进制造技术已成为世界发达国家加速经济发展、提高综合实力和国家地位的重 要途径[2]。 1952 年，美国研制成功世界上第 1 台三坐标数控铣床，标志着数控技术的诞生。 近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展： 1.1.1 数控(nc)阶段（1952 年～1970 年）第一代数控系统：1952 年至 1959 年，采用电子管元件； 第二代数控系统：1959 年开始，采用晶体管元件； 第三代数控系统：1965 年开始，采用集成电路； 1.1.2 计算机数控（cnc）系统（1970 年～现在）第四代数控系统: 1970 年开始，采用大规模集成电路及小型通用计算机； 第五代数控系统：1974 年开始，采用微处理和微型计算机； 第六代数控系统：1990 年开始，基于 PC[3]。1.3数控机床国内外发展现状自从 20 世纪 80 年代初，国内先后从日本、美国引进一些 CNC 装置及主轴、伺服系统的生产技术， 并陆续投入批量生产， 从而结束了数控机床发展徘徊不前的局面， 推动了数控机床的发展。到 20 世纪 90 年代初，国内的数控机床及数控系统的生产具 有了一定的规模，但前进中的数控机床产业面临十分严峻的形势。进入 WTO 后，中 国进入日趋完善的国内外想统一的大市场，大量数控机床及数控系统进口，将对发展 中的数控产业造成巨大的冲击。2003 年开始，中国已成为全球最大的机床消费国，也 是世界上最大的数控机床进口国。 第十个五年计划是我国数控机床高速发展时期， 我国数控机床的产量为 51861 台， 同期国内消费量近 7 万台，但在 5 万多台数控机床中，简单经济型数控机床占 70%， 高中档次机床几乎全部依靠进口，2004 年进口金额达到创纪录的 41.08 亿美元。近几 年，我国在数控机床高端的生产上虽然取得了一定的突破，已经可以供应网络化、集 成化、柔性化的数控机床。如我国所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有产品走 向市场。国产五轴联动机床在品种上，已拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中 心，适应大小不同尺寸的复合零件加工，还有五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中 心等，基本涵盖了国内市场的需求，也已获得国内市场的很大认同。大连机床集团已本科毕业设计说明书（论文）第 3 页 共 41 页研制成功一批主轴转速在
转/分以上的数控机床。虽然这样，但是我国的 数控技术和国外还是有一定的差距。国产数控机床的关键零部件和关键技术主要还是 依赖进口， 国内真正大而强的企业并不多。 目前世界最大的 3 家厂商是： 日本法兰克、 德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内的数控系统刚刚产 业化、水平质量一般。华中数控近几年发展迅速，软件水平相当不错，但在电器硬件 方面还需进一步提高。因此我国急需增强自主创新的研发能力，加快发展国产自主品 牌，尤其加快、加强高中档次数控机床的研发，并实现其商品化。由此，发展数控技 术是关键[4-6]。 目前，数控技术正发生根本性的变革，由专用型封闭式开环控制向通用型开放式 实时动态全闭环控制模式发展。 在集成化基础上， 数控系统实现了超薄型、 超小型化； 在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控 系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数； 在网络化基础上，CAD/CAM 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控 制的群控加工。就结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为 4 种类型： (1) 传统数控系统（2）“PC 嵌入 NC”结构的开放式数控系统(3)“NC 嵌入 PC”结构的开放 式数控系统 4)SOFT 型开放式数控系统。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式 体系结构，CNC 只能作为非智能的机床运动控制器。在复杂环境以及多变条件下，加 工过程中的加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更 无法通过反馈控制环节随机修正 CAD/CAM 中的设定量，因而影响 CNC 的工作效率 和产品加工质量。由此可见，传统 CNC 系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系 结构，限制了 CNC 向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此， 对数控技术实行变革势在必行，这样才能摆脱依赖进口，真正创造出属于中国的数控 机床[7-9]。1.4数控机床国内外发展趋势数控技术是实现机械制造自动化的关键，直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。作为制造系统最基本的加工单元，以数控技术为 核心的数控机床的生产和应用已成为衡量一个国家工业化程度和技术水平的重要标 志、 随着生产方式的变革和科技的发展，数控技术也发生了很大的变化，出现了一 些新的发展趋势。关注这些新趋势，制定正确的对策，对促进我国数控技术的发展具 有重要的战略意义。归纳起来,现代数控技术主要向以下几个方面发展：本科毕业设计说明书（论文）1.3.1 高速、高效第 4 页 共 41 页机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可 提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本 生产有广泛的适用性。 1.3.2 高精度从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微 米级到亚微米级，乃至纳米级（&10nm），其应用范围日趋广泛。。当前，在机械加 工高精度的要求下，普通级数控机床的加工精度已由± 10m 提高到± 5m；精密级加工 中心的加工精度则从± 3～5 m，提高到± 1～1.5m，甚至更高； 超精密加工精度进入纳 米级（0.001m），主轴回转精度要求达到 0.01～0.05m，加工圆度为 0.1m，加工表面 粗糙度 Ra=0.003um 等。 1.3.3 高可靠性随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商 和数控机床制造商追求的目标。 1.3.4 多轴化随着 5 轴联动数控系统和编程软件的普及，5 轴联动控制的加工中心和数控铣床 已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5 轴联动控制对球头铣刀的 数控编程比较简单， 并且能使球头铣刀在铣削 3 维曲面的过程中始终保持合理的切速， 从而显著改善加工表面的粗糙度和大幅提高加工效率。 1.3.5 智能化智能化是 21 世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控 制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的 智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。世界上 正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削 的智能加工方案具有代表性。 1.3.6 网络化数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其他控制系统或 与计算机进行网络连接和网络控制。 1.3.7 柔性化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本科毕业设计说明书（论文）第 5 页 共 41 页合加工机床）、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。 1.3.8 绿色化21 世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置， 即要实现切削加工工艺的绿 色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污 染环境和危害工人健康， 又增加资源和能源的消耗。 干切削一般是在大气氛围中进行， 但也包括在特殊气体氛围中不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工 件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润 滑（MQL）的准干切削[10-15]。1.5本课题研究的主要内容第一章：说明了选题的意义及应用前景。介绍了数控系统及其现状和发展趋势。 第二章：研究了数控车床控制系统的总体设计，包括了控制系统总体方案图与控制原理。 第三章：数控车床控制系统驱动单元的设计 第四章：分析了数控系统的电气原理图及各模块之间的连接图。 第五章：对机床操作面板的设计与 PLC 程序的编写。 第六章：对电气图中的各标准件（电机、接触器、断路器等）进行选型。本科毕业设计说明书（论文）22.1第 6 页 共 41 页数控车床控制系统的总体设计数控车床数控车床又称为 CNC 车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的 25%。数控机床是集机 械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。 是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动 化和高柔性化等优点的工作母 机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分 比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车 床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年 来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 CK6140 型数控车床，可进行机械零件的粗加工及精加工，结构可靠，操作方便， 经济使用。控制系统功能齐全，可靠性高。该机床可满足众多行业的需要，如：汽车、 拖拉机、军工、机械等行业。本机床特别适合轴类、盘类零件的内外圆柱的表面、锥 面、螺纹、钻孔、铰孔及曲面回转体等零件进行高效、大批量的车削加工，所以本论 文主要研究 CK6140 型数控车床。如图 2.1 所示图 2.1车床外形图本科毕业设计说明书（论文）2.2 控制系统组成第 7 页 共 41 页如图 2.2 所示数控机床的控制系统主要由输入／输出装置、 计算机数控装置(CNC 装置)、 可编程控制器、 主轴控制模块、 进给伺服控制模块及位置检测装置等部分组成。图 2.2系统组成图2.2.1输入／输出装置输入／输出装置的主要作用是输入程序和数据、打印和显示。数控机床是严格按 照外部输入的加工程序完成自动加工的。加工程序是用字母、数字和其他编码指令表 示的程序，是按零件加工顺序记载机床加工所需的各种信息，它包括零件加工的轨迹 (如几何尺寸、几何形状等)、工艺信息(如进给速度、主轴转速等)及开关命令(如换刀、 冷却液开或关等)。加工程序常常记录在各种信息载体上，这些载体可以是穿 7L 带、 磁带、磁盘等。输入装置是将程序载体上的数控代码转换成相应的电脉冲信息，传送 并存人数控装置内。输出装置显示输入的内容及数控工作状态等信息，监控数控系统 的运行。常用的输入／输出装置有光电阅读机、磁带录放机、磁盘驱动器、键盘和 CRT 显示器等。 2.2.2 数控装置这是数控机床控制系统的核心。其余各部分都由该装置发出指令，并根据接收各 部分的反馈信号，按照情况发出新的指令。目前，数控装置采用的是数字计算机，数 控软件是一种特殊的操作系统，是用于机床实时控制的操作系统。数控系统的特性主 要表现在软件的不同。 2.2.3 可编程序接口该部分用来实现机床的强电控制，也就是执行数控装置发出的 T 功能(选刀与换 刀)和(辅助)功能。本科毕业设计说明书（论文）2.2.4 主轴驱动系统第 8 页 共 41 页主轴驱动是速度控制系统，通常的调速范围为 100：1，并要求有较宽的恒功率范 围。 主轴驱动系统接收的指令， 是数控装置输入、 输出的代表某一速度的模拟电压值。 关于主轴的定向准停，通常采用的是简单的继电控制或简易定位装置。 2.2.5 坐标轴进给伺服系统被控量是坐标轴移动的位置。机床有几个坐标，就应有几套进给系统，根据加工 零件的形状，由插补器进行计算，并以一系列脉冲的方式，在单位时间内将位置指令 传递给进给系统。用于各坐标轴的脉冲数不等，因此各坐标的位移量也就不同，从商 形成了所需的刀具运动轨迹。 2.2.6 位置检测装置位置检测装置的主要作用是完成主轴、进给轴的位置检测，配合主轴控制模块、 进给伺服控制模块完成位置的控制。 位置控制模块主要由检测装置(如光电编码器、 光 栅等)和各种信号处理电路组成。 2.2.7 控制系统的选用控制系统有很多， 比如海德汉(HEIDENHAIN)、 西门子(SIeMENS)、 法兰克(FANUC) 三菱、法格等。本论文采用法兰克系统，因为法兰克系统比较稳定，加工效率高[16]。2.3FS-0i 的组成与硬件FS-Oi 系列 CNC 中，FS-OiA/FS-OiB 为 FANUC 前期的产品，目前已停止生产，所以主要在本文中研究 FS-OiC 系列的产品[17]。 如图 2.3 所示 FS-Oi 硬件包括驱动模块、显示输入单元、数控系统模块、控制面 板、I/O 接口等等组成。图 2.3硬件组成图本科毕业设计说明书（论文）2.4 数控车床的工作原理和过程第 9 页 共 41 页图 2.4工作原理图1）输入：零件加工程序一般通过 DNC 从上一级计算机输入而来。 2）译码：译码程序将零件加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。 3）数据处理：包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能的处理。 4）插补：是在已知一条曲线的种类、起点、终点以及进给速度后，在起点和终 点之间进行数据点的密化。 5）伺服输出：伺服控制程序的功能是完成本次插补周期的位置伺服计算，并将 结果发送到伺服驱动接口中去[18]。如图 2.4 所示2.52.5.1控制系统总体设计步骤编制数控程序在充分的工艺分析的基础上，确定零件的编程坐标系，计算零件的几何元素的坐 标参数，然后确定加工工艺路线或加工顺序，主运动的启、停、方向、变速；进给运 动的速度大小，选择刀具等工艺参数，以及冷却液开、关等辅助作，再按标准格式用 文字、数字和符号编制零件加工的数控程序单，而编程的工作，可由人工进行，或者 由自动编程计算机系统来完成。比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编 程， 编好的数控程序，存放在便于保存和输入到数控装置的一种存储载体上。 2.5.2 输入装置编制好的程序载体上的数控程序代码，经输入装置传送并存人数控装置内。输入 装置可以是光电阅读机、 磁带机、 软盘驱动器或是数控装置上的键盘。 有些数控装置， 可与计算机用通信方式直接传送数控程序。 2.5.3 数控装置数控装置是数控机床的控制单元，由专用或通用计算机作为核心，输人装置接收本科毕业设计说明书（论文）号控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。 2.5.4 伺服驱动系统第 10 页 共 41 页的数控程序，经数控装置系统软件和逻辑电路进行编译、运算和处理后，输出控制信接收数控装置发来的速度和位移信号，控制伺服电机的运动速度、方向。伺服驱 动系统一般由伺服电路和伺服电机组成，并与机床上的机械传动部件组成数控机床的 进给系统。对机床的每个作伺服进给运动的轴，都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动 系统有开环和闭环之分。 2.5.5 辅助机能控制装置辅助机能控制装置是介于数控装置和机床的机械、液压部件之间的强电控制装 置，其主要作用是接收数控装置输出的主运动变速、刀具的选择与交换、辅助装置的 动作等信号，经必要的逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机 械部件，完成指令所规定的动作。此外，还有机床的某些状态经它送给数控装置进行 处理[19]。 2.5.6 总体设计框图在对数控车床控制系统的设计中， 我们需要设计操作面板、 PLC、 输入/输出装置、 驱动单元、驱动装置、电路和辅助装置等等如图 2.5 总体设计框图的工作原理图 2.5总体设计框图本科毕业设计说明书（论文）33.13.1.1第 11 页 共 41 页数控车床控制系统驱动单元的设计伺服系统伺服驱动系统的选择伺服驱动系统分为开环、半闭环、闭环驱动。该系统采用半闭环控制，这类伺服 系统的位置检测点是从驱动电机（常用交直流伺服电机）或丝杠端引出，通过检测电 机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。 由于在半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性 能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。另外，由于在位置环内各组成 环节的误差可得到某种程度的纠正，而位置环外的各环节如丝杠的螺距误差、齿轮间 隙引起的运动误差均难以消除。因此，其精度比开环要好，比闭环要差。但可对这类 误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精 度也较高，因而在现代 CNC 机床中得到了广泛应用。该控制如图 3.1 所示图 3.1半闭环控制结构图3.1.2伺服系统选择CK6140 数控车床可以采用交直流伺服驱动系统。直流电机结构复杂、成本高、 对其他设备易产生干扰。这些问题的存在，限制了直流伺服系统在高精度、高性能要 求伺服驱动场合的应用。针对直流电动机的缺点，人们一直在努力寻求以交流伺服电 动机取代具有机械换向器和电刷的直流伺服电动机的方法，以满足各种应用领域，尤 其是高精度、高性能伺服驱动领域的需要。交流伺服系统除了具有稳定性好、快速性 好、精度高的特点外，与直流伺服电机系统相比有一系列优点：交流电机不存在换向 器圆周调速限制，也不存在电枢元件中电抗电势数值限制，其转速限制可以设计得比 相同功率的直流电机高；调速范围宽，目前大多数的交流伺服电机的变速比可以达到 1:5000，高性能的伺服电机的变速比已达 1:10000 以上。满足数控机床传动调速范围 宽、静差率小的要求；矩频特性好，交流电机为恒力矩输出，即在其额定转速以内输本科毕业设计说明书（论文）第 12 页 共 41 页出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。并且具有转矩过载能力，可克服惯性负 载在启动瞬间的惯性力矩。满足机床伺服系统输出转矩大、动态相应好、定位精度高 的要求。综上所述选择交流伺服驱动系统。3.2PLC 的选择PLC 在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。内装式 PLC 也称集成式 PLC， 采用这种方式的数控系统， 在设计之初就将 NC 和 PLC 结合起来考虑，NC 和 PLC 之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较 高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个 CPU 也可以是单独的 CPU 这种结构从软硬件整体上考虑, PLC 和 NC 之间没有多余的导线连接, 增加了系统的 可靠性, 而且 NC 和 PLC 之间易实现许多高级功能。 PLC 中的信息也能通过 CNC 的 显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。数控系统一般都采用这种形 式的 PLC。如图 3.2 所示图 3.2内装型 PLC 框图相对于 PLC，机床和 CNC 就是外部。PLC 与机床以及 CNC 之间的信息交换，对 于 PLC 的功能发挥，是非常重要的。通过 PLC 以顺序扫描的方式读入所有输入端口 的信号状态，并将此状态，读入到输入映象寄存器中。程序执行阶段系统会对程序进 行特定顺序的扫描， 并且同时读入输入映像寄存区、 输出映像寄存区的读取相关数据， 在进行相关运算后，将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。所指令 执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段 转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。本科毕业设计说明书（论文）第 13 页 共 41 页系统操作面板的控制信号先是进入 NC，然后由 NC 送到 PLC，控制数控机床的 运行。机床操作面板控制信号，直接进入 PLC，控制机床的运行。将机床侧的开关信 号输入到送入 PLC，进行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号。PLC 输 出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。系统送出 T 指令给 PLC，经过译码，在数据表内检索，找到 T 代码指定的刀号，并与主轴刀号进 行比较。如果不符，发出换刀指令，刀具换刀，换刀完成后，系统发出完成信号。系 统送出 M 指令给 PLC，经过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。 M 指令完成，系统发出完成信号[20-22]。3.3元器件的选择CNC 控制系统是为了使控制对象达到规定的性能指标而采用的一种控制方法和手段，系统设计必须确保实现对象的全部动作，达到各项技术指标。为此我们应该掌握 设备中各执行元件的性能和参数，以便合理的展开设计工作。在这基础上我们应该根 据控制系统的总体设计方案，明确实现不同的控制要求而在系统中采用不同的措施， 并选择主要的组成部分，如 CNC 的型号与规格、主轴电机、伺服电机以及配套驱动器 的规格等。下面列出一些元器件的选择见表 3.1 所示表 3.1 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 代 号 CNC SVM1 SVM2 MX MZ TC1 SPM M1 PSM 名 称 主控制单元 单轴伺服单元 双轴伺服单元 X 轴伺服电机 Z 轴伺服电机 主轴变压器 主轴伺服单元 主轴电机 电源模块 元器件 规 格 FANUC OiMC A20B- A068- SVM1-80I A068- SVM-80/80I AO6B-
12i A06B- A816- A06B-#H550 SPM-111
iI8/07-B103 A06B- A iPS15 数 量 1 2 1 1 1 1 1 1 1 备 注 FANUC FANUC FANUC FANUC FANUC FANUC FANUC FANUC FANUC本科毕业设计说明书（论文）44.1第 14 页 共 41 页数控系统的电路设计主电路本机床采用三相 380V 50HZ 三相动力电源供电，并且可靠接地。电源控制开关QF1 控制机床总电源的通断，对整个动力线路进行过流保护、过载保护、电压保护。 机床通电后，操作面板上机床电源指示灯亮。断路器 QF2 开关为主轴变压器 TC1 供 电，TC1 输出三相 200V 通过 QF2 开关、KM1 接触器给电源模块 PSM 供电，交流接 触器 KM1 用来控制电源模块 PSM 的通断， 断路器 QF4 开关为冷泵电机 M2 供电， 交 流接触器 KM2 用来控制冷却电机 M2 的启动和停止，断路器 QF5 开关为冲削电机 M3 供电，交流接触器 KM3 用来控制冲削电机 M3 的启动和停止，断路器 QF6 开关 为换刀电机 M5 供电，交流接触器 KM4 用来控制换刀电机 M5 的启动和停止，断路 器 QF3 为主轴电机风扇供电，主电路直接为电源变压器 TC2 供电。电器主电路图如 图 4.1 所示图 4.1电气主电路图本科毕业设计说明书（论文）4.2 主回路第 15 页 共 41 页控制系统主回路设计如图 4.2 所示。机床主回路三相总电源进线的接通/断开由电 源总开关 Q51 进行控制。在总开关 Q51 前还有安全防护门紧急打开的辅助电源 （DC24V） ，可以在总开关 Q51 断开时打开安全防护门。 通过 Q51 输入的电源，在控制系统中被分为 3 条独立的支路：驱动总电源（2L1、 2L2、2L3，单独供给伺服、主轴驱动器） 、控制回路总电源（3L1、3L2、3L3，供给 分布式 I/O 单元、强电控制回路、CNC 等） 、电机动力总电源（4L1、4L2、4L3，用 于液压、冷却等辅助电机的主回路） 。 对于驱动器与控制回路，由于负载相当稳定，因此采用了各自独立的自动开关 Q52、Q4 进行过载、短路保护。对于辅助电机的动力电源主回路，由于工作状态下负 载变化大，且每一个电机均安装有独立的自动开关进行过载、短路保护（如 Q5 等） ， 因此，主回路仅采用了断路器 F1 作为短路保护。 这样的主回路设计，可以调试、维修提供便利，例如在调试时，只要断开断路器 F1，既可以切除全部辅助电机的动力电源，断开自动开关 Q52，既可以切除驱动器的 动力电源。同样，在进行电机手动旋转试验时，只需要断开控制回路总电源开关 Q4， 切断控制回路，既可以防止由于接触器辅助触点接通引起的其他部分动作。图 4.2控制系统主回路本科毕业设计说明书（论文）4.3 电源回路第 16 页 共 41 页11L+为 CNC 与 PMC 分布式 I/O 单元的电源输入，采用断路器 F10 进行保护。此 支路不受 DV24V 继电器-接触器控制回路的控制，在总电源接通后，CNC 与 PMC 的 从站直接投入工作，以便对设备进行有效的控制。 串联与 12L+（机床各类指示灯）的触点 K4/1 为机床启动信号它在机床启动（安 全继电器 K4 接通）后接通。图 4.3电源回路控制电源支路 13L+为控制系统的继电器-接触器控制回路用电源，主要用于紧急 分断电路、机床启动/停止控制电路、安全电路等。 PMC 输出模块的电源 14L+同样有本支路供给，但必须在紧急分断回路正常、机 床启动后才能提供。 PMC 输入电源支路（15L+）为 PMC 的全部输入信号的公用电源支路，采用断路 器 F12+进行保护。 16L+为电机制动器电源支路， 此电源控制 X、 轴伺服电机的制动器的松开。 Y 16L+ 通过紧急分断继电器 K4 与机床启动继电器 K4/1 的控制。 PMC 输出电源支路 1（17L+）是驱动安全防护门闭锁装置的 PMC 输出电源，中 总电源接通后直接工作，以便打开防护门进行维修与调整。 PMC 输出电源支路 2（18L+）是提供机床液压系统电磁阀的 PMC 输出电源，此本科毕业设计说明书（论文）第 17 页 共 41 页支路受继电器-接触器控制回路中的安全防护门用安全继电器组合装备 K6/1 的控制。 它必须在机床启动、安全防护门完全关闭后才能工作。如上图 4.3 所示4.4控制电路电源控制电路由 TC2 电源变压器供电。变压器 TC2 的原边接 AC380V，副边三组绕组分别提供 AC220V、AC110V、AC22V 电压。AC110V 为润滑电机（M9） ，热交换 器（FN1、FN2）供电，并作为交流控制回路的控制电源；AC22V 给工作灯（HL101、 HL102）供电；AC220V 给 24V 直流稳压电源 VC1 供电。熔断器 FU2、FU3、FU4 用 来对线路进行过载及短路保护。控制电路电源图如图 4.4 所示图 4.4控制电路电源本科毕业设计说明书（论文）4.5 交流控制电路第 18 页 共 41 页交流控制线路，所需 110V 电源有电源控制电路接入，线路中与 KM1 至 KM7 接 触器线圈并联的 RC21 至 RC27 为单项阻容吸收器（灭弧器） 。交流控制电路如图 4.5 所示 KM1 伺服变压器通断 KM2 冷却点击启停 KM3 控制器电源通断 KM4 刀库正转 KM5 刀库反转 KM6 冲削电机通断 KM7 换刀机构启停 YV1 刀具放松夹紧 TV2 主轴锥孔吸气 接触器线圈的通断受运行允许继电器 KA 的控制。图 4.5交流控制电路本科毕业设计说明书（论文）4.6 直流控制电路第 19 页 共 41 页直流控制电源所需 24V 电源由电源控制电源接入。该电路具有两方面的功能，第 一是 PMC I/O 接口的输出控制信号进行转化以控制执行机构的操作， 第二是将急停信 号送入控制器并停止主轴、伺服、冷泵等执行机构的动作。KA2、KA3 是机床强点急 停复位继电器。机床超程（通过开关 SQ1-1、SQ2-1、SQ3-1 控制与限位保护） ，外部 急停（按钮 SB3 控制） ，冷泵过热（热继电器 FR 保护） ，伺服失电（KM1）控制等任 一种异常信号一经出现 CNC 即产生急停并切断外部的所有的动作如主轴、伺服、冷 泵等。正常开机时，当上述异常状态不存在，拔出急停按钮后，按下面板上急停复位 按钮 SB4，可使 CNC 脱离急停，进入正常工作状态。有故障时，须排除故障后，才 可以复位。HL1、HL36、HL2、HL101 分别为电源指示灯、机床准备还指示灯、控制 器电源指示灯、手动指示灯。如图 4.6 所示图 4.6直流控制电路本科毕业设计说明书（论文）4.7 主轴伺服模块第 20 页 共 41 页主轴启停有 PLC 承担，利用 Y101、Y102、Y103 的输出信号送入 CNC 装置，控 制主轴电机的反转、启停及正转。一般定义接通有效。这样当 Y101 接通时，主轴电 机反转；当 Y102 接通时，主轴电机停止；当 Y103 接通时，主轴电机正转。 主轴伺服系统控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。CNC 通过 JA7A 主轴接口 中的模拟量输出可控制主轴转速。主轴伺服模块接受 CNC 发出的命令，并将输入信 号转换成电压信号，经过功率放大后，驱动主轴电机旋转。转速的大小由指令控制。 主轴伺服模块左侧的 TB1，CXA2B 接口分别与电源模块 PSM 的 TB1、CXA2A 接口 相连，其 JYA2 接口接入主轴编码器；主轴伺服模块右侧的 TB1、CXA2A 接口分别与 SVM2 上的 TB1、CXA2B 接口相连。如图 4.7 所示图 4.7主轴伺服模块连接原理图本科毕业设计说明书（论文）4.8 CNC 连接单元第 21 页 共 41 页CP1 为 24V 直流的输入接口； JD36A 为 RS232C 的输入接口； CNC 的 JA7A 接口 与 SPM 的 JA7B 接口相连，将指令送入主轴伺服模块 SPM；COP10A 接口与 SVM2 的 COP10B 接口相连，将指令送入进给伺服模块 SVM2；JD1A 接口与 I/O 板相连。 如图 4.8 所示图 4.8CNC 连接单元原理图本科毕业设计说明书（论文）4.9 速度控制单元第 22 页 共 41 页由两个单轴伺服模块 SVM1 和 SVM2 组成。 两个单轴伺服模块通过接口 JF1 分别 控制 X 轴伺服电机和 Z 轴伺服电机。SVM2 的左侧 TB1、CXA2B 接口分别与 SPM 的 TB1、CXA2A 连接，其 COP10B 接口与 CNC 的 COP10A 接口相连，SVM1 上的另一 个 TB1、CXA2A、COP10A 接口分别与 SVM1 的 TB1、CXA2B、COP10B 接口相连， 其上的 CZ2N 接口接入 Z 轴伺服电机。 进给伺服系统控制机床坐标轴的切削进给运动， 以直线运动为主。如图 4.9 所示图 4.9速度控制单元连接原理图本科毕业设计说明书（论文）4.10 电气电缆互连图第 23 页 共 41 页CNC、PSM、SPM、SVM2 与 SVM1 模块之间互连接的电缆图。直观地表明了各 模块之间的关联[23-25]。如图 4.10 所示图 4.10电气电缆互连图本科毕业设计说明书（论文）55.1第 24 页 共 41 页操作面板的设计与 PLC 程序编制操作面板的设计数控车床的类型和数控系统的种类很多，以及各生产厂家设计的操作面板也不尽相同，但操作面板中各种旋钮、按钮和键盘上键的基本功能与使用方法基本相同。本 节通过数控车床型号 CK6140， 以选用 FANUC 0-TC 系统为例， 介绍数控车床的操作。 CK6140 数控卧式车床操作面板可以分为 2 个部分，上半部分是弱电操作面板， 直接与数控系统连接与通讯，称其为 CRT/MDI 面板；下半部分是强电操作面板，通 过面板上的按扭与开关直接控制机床工作，又称其为机械操作面板。图 5.1CRT/MDI 面板图 5.2机械操作面板本科毕业设计说明书（论文）第 25 页 共 41 页5.1.1 CRT/MDI 面板简介 CRT/MDI 面板是弱电操作面板，直接与数控系统连接与通讯。其功能见表 1 主 功能键的功能表 5.1 键 RESET 名称 复位键 主功能键的功能 功能说明 按下此键，复位 CNC 系统。包括取消报警、主轴故障复 位、中途退出自动操作循环和中途退出输入、输出过程 等。 CURSOR PAGE 光标移动键 页面转换键 移动光标至编辑处 CRT 画面向前变换页面 CRT 画面向后变换页面 地址和数字键 POS PRGRM 位置显示键 程序键 按下这些键，输入字母、数字和其它字符 在 CRT 上显示机床现在的位置 在编辑方式，编辑和显示内存中的程序 在 MDI 方式，输入和显示 MDI 数据 在自动方式，指令值显示 MENU OFFSET DGNOS PARAM OPR ALARM AUX GRAPH INPUT 自诊断参数键 报警显示键 图形显示键 输入键 偏置值设定和显示 参数设定和显示，诊断数据显示 报警号显示及软件操作面板的设定和显示 图形显示功能 用于参数或偏置值的输入；启动 I/O 设备的输入；MDI 方式下的指令数据的输入 OUTPT START ALTER INSRT CAN DELET 输出启动键 修改键 插入键 取消键 删除键 输出程序到 I/O 设备 修改存储器中程序的字符或符号 在光标后插入字符或符号 取消已键入缓冲器的字符或符号 删除存储器中程序的字符或符号5.1.2机械操作面板简介机械操作面板是强电操作面板，通过面板上的按扭与开关直接控制机床工作。 1）面板指示灯 这些指示灯分别表示电源指示灯、报警指示灯、刀具定位指示灯、卡盘夹紧指示本科毕业设计说明书（论文）图 5.3 所示第 26 页 共 41 页灯、X 轴回参考点指示灯、Z 轴回参考点指示灯、低排挡指示灯和高排挡指示灯。如图 5.3面板指示灯2) 操作方式选择开关 通过选择开关选择回参考点（HOME） 、示教（TEACH IN JOG） 、手动（JOG） 、 单步进给（STEP） 、手动数据输入（MDI） 、自动循环（AUTO）和程序编辑（EDIT） 七种操作方式。如图 5.4 所示图 5.4操作方式选择开关3) 倍率开关 如图 5.5 所示分别表示进给倍率修调旋钮、主轴倍率修调旋钮和快速进给倍率修 调旋钮，用这些旋钮分别调整切削进给速度、主轴转速和快速进给速度。图 5.5倍率修调旋钮4) 单步进给选择开关 单步增量进给选择开关有四档：1μ、10μ、100μ 和 1000μ。通过单步增量进给选 择开关设定增量进给值后，每按一次手动进给按钮，刀具移动的距离为增量进给选择 开关指定的增量进给值（步距当量） 。如图 5.6 所示本科毕业设计说明书（论文）第 27 页 共 41 页图 5.6增量进给选择开关5) 工作模式选择开关 如图 5.7 所示为数控车床的选择开关，通过工作模式选择开关设定程序的运行方 式、机床辅助设备的工作状态，其功能见表 2。图 5.7 表 5.2 名称 单段 机床锁定 跳步 M01 中心架夹紧 排屑器正转 排屑器反转 卡盘夹紧 倒屑选择开关 选择开关功能 功能开关处于 ON 状态下，每按一次循环启动按钮，则执行一段程序段 开关处于 ON 状态下，机床运动指令锁住，机床不能运动 开关处于 ON 状态下，跳过″M″记号程序段 开关处于 ON 状态下，执行 M01 指令，程序运行暂停 开关处于 ON 状态下，中心架手动夹紧 开关处于 ON 状态下，排屑器按正转方向运转 开关处于 ON 状态下，排屑器按正转方向运转 开关向右，外圆夹紧；开关向左，内圆夹紧 开关处于 ON 状态下，倒屑6) 选择按扭 如图 5.8 所示为数控车床的选择按钮，这些选择按钮的作用是控制程序的运行、 尾架的夹紧与松开、手动换刀以及排除超程故障。其功能见表 3。本科毕业设计说明书（论文）第 28 页 共 41 页图 5.8 表 5.3 名 称 机床启动按钮 二次限位释放按钮选择按扭选择按钮功能表 功 能按下此按钮，机床的液压系统启动，机床处于工作状态 此按钮在机床超程报警时起作用。 按下此按钮， 机床超程报警消失， 再进行正常的手动操作，待刀架退到正常工作区域内后释放此按 钮。尾座手动夹紧、 松开按 钮 手动换刀按扭 程序锁定按钮 自动循环按钮该按钮交替按下即为尾座的手动夹紧和放松，尾座夹紧时，按钮指 示灯亮，该按钮在自动方式时无作用 按下此按钮，刀架转过一个工位 该锁定按钮有效时，才能进行程序的编辑及存贮 在自动方式时按下该按钮，机床进入自动循环状态，此时按钮指示 灯亮，同时进给保持按钮指示灯熄灭；在 MDI 方式下按下此按钮， 机床执行被编制的指令进给保持按钮在运行期间，按下此按钮，按钮指示灯亮而循环启动按钮灯灭，此 时进给立即停止或执行完 M、S、T 指令后停止进给7) 手动进给按钮 如图 5.9 所示，四个方向键分别控制刀架的纵向和横向运动，同时按中间键与方 向键，则控制刀架快速运动。图 5.9手动进给按钮8) 主轴操作按扭 （如图 5.10 所示） (1)主轴手动增速按钮 （“＋”标记按钮） 主轴手动增速按钮的功能是每按一次主轴本科毕业设计说明书（论文）1000rpm 七档。第 29 页 共 41 页手动增速 按钮，主轴转速向上增大一档，主轴转速为 30，50，100，300，500，700，(2)主轴手动减速按扭 （“－”标记按钮） 主轴手动减速按扭的功能是每按一次主轴 手动减速 按钮，主轴转速向下减小一档，主轴转速为 ，500，300，100， 50，30rpm 七档。 (3)其余按钮 其余按钮分别为主轴点动、主轴正转、主轴停和主轴反转按扭。图 5.10主轴操作按扭5.1.3常用操作面板的键位设计在上面的操作面板设计中有很多键位很少用到，所以下面的设计中将常用的键位 放在操作面板中，从而优化操作面板的设计[26-27]。如图所示 5.11 所示图 5.11常用操作面板框图5.2操作面板的 PLC 编程PLC 在数控机床中用来控制机床的强电回路，机床辅助设备的控制由 PLC 来完本科毕业设计说明书（论文）元件、运行部件的状态，根据程序设计的控制逻辑进行控制[28]。 5.2.1 机床的开机第 30 页 共 41 页成。它是在数控机床运行过程中，根据 CNC 内部标志以及机床的各控制开关、检测如图 5.12 所示， 因为机床的开机需按照严格的顺序，所以在编程时采用步进梯形 图。其中，YO23、Y066、Y063、Y065、Y064 对应的输出量分别为机床准备好、机 床电源指示灯、控制器电源指示灯、控制器断电按钮灯，X000、X001、X002、X003 分别为急停、CNC 通电、CNC 断电、准备好四个按钮的输出量。l图 5.12 机床的开机梯形图5.2.2报警如图 5.13 所示，报警输入量是由 CNC 送到 PLC，控制机床的运行，机床操作面 板上报警灯亮，当故障处理好后按下复位按钮，取消报警。Y16、Y17、Y20、Y21、 Y30 分别为 CNC 报警显示灯、主轴报警显示灯、润滑显示报警灯、气压显示报警灯、 复位灯，X120、X121 是来自 CNC 装置的输出量，X005、X006 为润滑液和气压的检 测元件输入量。本科毕业设计说明书（论文）第 31 页 共 41 页图 5.13报警梯形图5.2.3冷却泵启动与停止图 5.14冷却泵启动与停止梯形图如图 5.14 所示， 当按下冷却泵启动按钮时冷却泵启动，当松开时冷却泵仍然要保 持原来的接通，直到按下冷却泵停止，所以，编程时要实现冷却泵的自锁功能。上图 中，X030、X031 为冷却泵启动、停止按钮，Y006 输出到相应的接触器控制冷却泵的 启停，并采用自锁控制，Y054、Y055 为冷却泵启动和停止的按钮灯。 5.2.4 机床锁定与 Z 轴锁定与冲屑与工作灯对于机床锁定按钮、Z 轴锁定按钮、冲屑按钮、工作灯按钮，在按下它们时，触 电闭合，机床执行相应的操作，而当再次按下它们时，触电断开，机床停止相应的操 作。X035、X045、X025、X015 分别为机床锁定、Z 轴锁定、冲屑按钮、工作按钮的 输出量，Y40、Y41、Y35、Y53 分别为机床锁定按钮、Z 轴锁定、冲屑按钮、工作按本科毕业设计说明书（论文）阀，Y004、Y013 输出到相应的继电器。如图 5.15 所示第 32 页 共 41 页钮的显示灯。Y100 的输出量送入 CNC 装置，Y003 输出到继电器，控制相应的电磁图 5.15机床锁定与 Z 轴锁定与冲屑与工作灯梯形图5.2.5主轴停止与正转与反转如图 5.16 所示，X016、X017、X020 分别为主轴反转、停止、正转按钮的输入量， Y051、Y052、Y050 输出量分别传送到主轴反转、停止、正转的显示灯，Y101、Y102、 Y103 输出量送入 CNC。图 5.16主轴停止与正转与反转梯形图5.2.6程序启动与进给保持本科毕业设计说明书（论文）第 33 页 共 41 页图 5.18程序启动与进给保持梯形图图 5.18 所示 M87 为中间继电器，X036、X037 为程序启动、进给保持的输出量并 互锁，Y061、Y062 为程序启动和进给保持的按钮显示灯，Y104、Y105 输出量送入 CNC。本科毕业设计说明书（论文）66.16.1.1第 34 页 共 41 页标准件的选型设计电机进给驱动自 80 年代以来，随着电子电力等各项技术的发展，特别是现代控制理论的发展， 在矢量控制算法方面的突破，原来一直困扰着交流电动机的问题得以解决，交流伺服 发展地越来越快。交流伺服系统除了具有稳定性好、快速性好、精度高的特点外，与 直流伺服电机系统相比有一系列优点:交流电机不存在换向器圆周调速限制， 也不存在 电枢元件中电抗电势数值限制，其转速限制可以设计得比相同功率的直流电机高；调 速范围宽，目前大多数的交流伺服电机的变速比可以达到 1:5000，高性能的伺服电机 的变速比已达 1:10000 以上。在数控机床上应用的交流电机一般都为三相交流伺服电 机。交流伺服电机依据电机运行原理不同，可分为永磁同步式、永磁直流无刷式、感 应式、磁阻同步式交流伺服电机[29]。 永磁式同步电机的优点是结构简单、运行可靠、效率高；缺点是体积大、启动特 性欠佳。但采用高剩磁感应、高矫顽力的稀土类磁铁材料后，电机在外形尺寸、质量 及转子惯量方面都比直流电机大幅减小。所以，在机床进给驱动系统采用永磁式同步 电机。 进给运动是由伺服电机通过联轴器与滚珠丝杠直联来传递运动的，选用Φ 40×24 型号的单头滚珠丝杠，即滚珠丝杠直径为 40mm，螺距为 24mm。 根据要求，进给速度范围为 1～5000mm/min，快速移动速度为 15m/min， 转矩为 30Nm。mm ) min ? 15000 ? 625 r min N? P(mm) 24 U(P0 (kw) ? M ( Nm) ? N (rmp) / 9550 ? 2.0kw滚动丝杠的传动效率一般在 92%～96%之间，联轴器的传动效率为 99.3%。P ? P0 ? (0.95 ? 0.993) ? 2.1kw所以，X、Z 轴选用功率为 2.5kw 的伺服电机，5.5kw 的伺服驱动。 6.1.2 主轴驱动交流伺服电机的结构有笼型感应电机和永磁式同步电机两种结构， 而且大都为后本科毕业设计说明书（论文）第 35 页 共 41 页一种结构形式。笼型绕组是一个自行闭合的绕组，它由插人每个转子槽中的导条和两 端的环形端环构成，如果去掉铁心，整个绕组形如一个“圆笼” ，为节约用铜和提高 生产率，小型笼型电机一般都用铸铝转子；对中、大型电机．由于铸铝质量不易保证， 故采用铜条插入转子槽内、再在两端焊上端环的结构。笼型感应电机结构简单、制造 方便，是一种经济、耐用的电机。所以应用极广。图 6.1 表示一台小型笼型感应电动 机的结构图。因此，采用感应电机进行矢量控制就完全能满足数控机床主轴的要求， 此课题主轴电机就采用笼型感应电机。图 6.1小型笼型感应电动机的结构图根据要求，主轴转速为 80～8000r/min，额定转矩为 6Nm。P(kw) ? M ( Nm) ? N (rpm) 9550P(kw) ? 6 ?8000 ? 5.0kw 9550所以选用功率为 5.5kw 的主轴电机，选择 5.5kw 的驱动。 6.1.3 数控车床的冷却装置和润滑装置三相交流异步电机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安 装、维护方便等特点，被广泛应用于各个领域。三相异步电动机从接通电源开始运 转，转速逐渐上升直到稳定运转状态，这一过程称为启动。按照启动方式不同， 它可以分为直接启动和降压启动。 直接启动的启动电流大， 对供电变压器影响较大， 容量较大的鼠笼异步电动机一般都采用降压启动。降压启动就是将电源电压适当降低 后，再加到电动机的定子绕组上进行启动，待电机启动结束或将要结束时，再使电动 机的电压恢复到额定值。这样做的目的主要是为了减小启动电流，但是因为降压，电 动机启动转矩也将降低。因此，降压启动仅适用于空载或轻载启动。所以此课题的冷 却泵 I 及冷却泵 II 的电机均采用三相鼠笼型异步电机，润滑电机采用单相异步电机。 一般起冷却作用的冷却泵 I 选取 600w 功率的电机，起冲屑作用的冷泵 II 选取 800w 功率的电机，润滑电机为 50w。如表 1 所示本科毕业设计说明书（论文）表 6.1 电机 主轴电机 进给电机 X、Z 向 冷泵 I 电机 冷泵 II 电机 润滑电机 各电机的功率 功率 5.5KW 2.5KW 600W 800W 50W第 36 页 共 41 页6.2断路器 低压断路器也称为自动空气开关，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、失压继电器、热继电器 及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。 低压断路器具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断 能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。 因为机床采用 380V 的交流电压输入，且断路器用作不频繁地接通和断开电路， 所以低压断路器的类型选择为塑料外壳式。 QF1 选型： QF1 后接的负载： Z 轴的伺服驱动， X、 总功率为 5.5kw； 主轴驱动， 功率为 5.5kw； 冷却泵 I，冷却泵 II，润滑电机等，总功率为 2.0kw。P(kw) ? 5.5 ? 5.5 ? 2.0 ? 13kwI1 ? P 1000 ? 13 ? ? 34.2 A U 380所以选用额定电流为 63A、额定电压为 380V 的断路器 DZ15-63/3。 QF2 的选型： QF2 后接的负载：电源模块 PSM，为伺服驱动和主轴驱动供电，总功率为 11kw； 主轴风扇功率为 120w。P(kw) ? 11 ? 0.12 ? 11.12kwI2 ? P 1000 ? 11.12 ? ? 55.6 A U 200所以选用额定电流为 100A、额定电压为 380V 的断路器 DZ15-100/3。本科毕业设计说明书（论文）第 37 页 共 41 页同理 QF3 选型为额定电流为 1A、额定电压为 380V 的断路器 DZ47-1/3。 QF4 选型为额定电流为 3A、额定电压为 380V 的断路器 DZ47-3/3。 QF5 选型为额定电流为 5A、额定电压为 380V 的断路器 DZ47-5/3。 6.3 接触器 接触器是指供电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的 电器。接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动 化切换器，主要控制对象是电动机，此外也用于其他电力负载，如电热器，电焊机， 照明设备，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器 控制容量大。适用于频繁操作和远距离控制[30]。 KM1 选型： KM1 控制电源模块 PSM，总功率为 11kw；I? P 11 ? ? 1000 ? 55 A U 200所以，选择额定电压为 380V，主触头额定电流为 100A 的接触器 CJ20-100。 KM2 选型； KM2 控制冷泵 I，其功率为 600W；I?P 600 ? ? 1.6 A U 380所以，选择额定电压为 380V、主触头额定电流为 10A 的接触器 CJ20-10。 同理 KM3 是连接在直流电路中， 选择额定电压为 440V， 主触头额定电流为 40A、 吸引线圈电压为 22V 的接触器 CZ0-40。 KM4、KM5、KM6、KM7 均选择额定电压为 380V、主触头额定电流为 10A 的 接触器 CJ20-10。本科毕业设计说明书（论文）结 论第 38 页 共 41 页通过数控车床控制系统的设计与研究，了解了数控车床控制系统的工作原理，学 会了使用 protel 绘制电气原理图，完成了数控系统电气主电路图、主回路图、电源回 路图、控制电路电源图、交流控制电路图、直流控制电路图、主轴伺服模块连接原理 图、速度控制单元连接图等的设计与绘制，对数控车床控制系统有了更深的了解。同 时，在通过上网查阅文献资料和利用以前所学到的知识，了解了操作面板各按钮的功 能及运行的先后顺序， 然后通过学习 PLC 程序编制， 掌握了对数控车床操作面板按钮 的功能并进行 PLC 编程。更重要的是，在黄老师的带领下，我们来到数控车间，黄老 师打开了数控车床的两侧电柜，现场讲解了数控车床的结构及控制过程，让我对数控 车床有更进一步的了解，同时通过数控系统完全应用手册的运用，使我大致了解了数 控车床控制系统。 总而言之， 通过这次毕业论文， 我学到了很多， 学到了做好一件事没有那么容易， 必须要持之以恒。本科毕业设计说明书（论文）第 39 页 共 41 页致 谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号， 我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦 却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人 为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我 不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃， 视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳 濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会 了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导，经由您悉心的点拨，再经 思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。 同时还要感谢王伟 学长，您给我们提供了很多资料，帮助我修改论文，是我的论文更加完善。 感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康 快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到 论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受 我诚挚谢意！ 同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。 最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计 中被我引用或参考的论著的作者。本科毕业设计说明书（论文）第 40 页 共 41 页参 考 文 献[1] 冯银兰,周会成. 当代数控技术的发展特点及趋势[J]. 科学之友,):207-210. 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