数控铣床电气设计与调试正文

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1、毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝题目：SIEMENS 802D数控铣床电气设计与调试 毒竟贝毒竟贝专 业： 机械设计制造及其自动化 毒竟贝毒竟贝班 级： D数加工051 学 号： 231050103 毒竟贝学生姓名： 茅丽华 毒竟贝指导教师： 吴金娇（讲师） 毒竟贝起迄日期： 2009.3.9-6.12 毒竟贝设计地点： 工 程 中 心 1 号 楼 毒竟贝45毒竟贝毒竟贝毕业设计说明书（论文）中文摘要毒竟贝毒竟贝摘要：毒竟贝本文详细的介绍了SIEMENS 802D数控系统的电气设计和调试。该控制系统主要可分为三部分设计：伺服电机及电气元件的选型电气原理图的设计、数控系统PLC程序设计、机床基本参数设定

2、及整体调试。在绘制电气原理图时，清楚机床各电器部件连接，电机选用伺服电机，利用电机合理选择电气元件；在PLC程序设计中，采用编程工具PLC802编写；对于机床参数：轴机床数据、通用数据、通道数据等，依次按其重要性进行设置。毒竟贝总体来说设计的这套系统可以作为一套实验室设备，此外对机床数控化改造、数控技术的教学和研究有一定意义。毒竟贝毒竟贝关键字：数控系统，电气原理图，PLC程序设计毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毕业设计说明书（论文）英文摘要毒竟贝毒竟贝Title： The Electrical Design and Debugging of 毒竟贝SIEMENS 802D CNC milling m

3、achine 毒竟贝毒竟贝Abstract：毒竟贝This paper introduced the electrical design and debug of SIEMENS 802D CNC milling machine control system, which mainly includes three parts: Servo motor and electrical components of the Selection Electrical schematic design, CNC PLC programming, Set the basic parameters of m

4、achine tool and the overall debugging. When drawing electrical schematic ,understand each electrical components to connect of the machine,electric motor select and use Servo motor, use electric motor Choice the electrical components reasonable; In the PLC program design, use Programming Tool PLC802

5、Compose；About machine parameters: Axis machine tool data、interchangeable data、Channel data, etc. set Order according to their importance.毒竟贝The system that designed Can be used as a set of laboratory equipment, In addition, it have a certain significance in the transformation of numerical control ma

6、chine tool, numerical control technology in teaching and research毒竟贝Keywords：CNC milling machine，Electrical schematics, PLC Programming毒竟贝毒竟贝毒竟贝目录毒竟贝毒竟贝前 言毒竟贝1第一章 绪论毒竟贝21.1 选题背景和意义毒竟贝21.2 数控系统的现状及发展趋势毒竟贝41.3 数控系统的概况毒竟贝6第二章 SIEMENS 802D数控铣床的电气设计毒竟贝82.1 伺服电机的选型毒竟贝82.2 低压元器件选择毒竟贝102.2.1 中间继电器的选择毒竟贝102.

7、2.2 辅助元器件的选择毒竟贝112.3 电气设计的一般原则毒竟贝132.3.1 机床电气设计的基本要求毒竟贝132.3.2 电气传动形式的确定毒竟贝132.3.3 控制方案的确定毒竟贝142.4 电气原理图设计毒竟贝142.4.1 电气原理图定义毒竟贝142.4.2 绘制电气原理图的原则毒竟贝142.2.3 电气原理图设计遵循的原则毒竟贝152.2.4 分析802D数控铣床的部件连接画电气原理图 毒竟贝15第三章 数控铣床的PLC控制程序设计毒竟贝213.1 PLC概述毒竟贝213.1.1 PLC控制系统设计的基本原则毒竟贝223.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤毒竟贝223.2 802

8、D 数控系统内置PLC接口地址的分配毒竟贝243.3 PLC基本指令分类毒竟贝263.4 PLC控制程序的分析编写毒竟贝26第四章 802D系统基本参数调试毒竟贝324.1 系统初始化毒竟贝324.2 数控系统的参数设置毒竟贝33第五章 结论毒竟贝40毒竟贝40毒竟贝40毒竟贝40毒竟贝40毒竟贝40毒竟贝40致谢毒竟贝41毒竟贝41参考文献：毒竟贝42毒竟贝毒竟贝前 言毒竟贝毒竟贝制造技术是衡量一个国家工业化水平的标志。随着我国经济飞速发展，我国的制造业也取得了长足的进步。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的

9、先河，因此数控技术成为了先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用也促进了数控机床的进一步提升。数控机床在汽车工业、航空航天工业、模具等行业得到了广泛的应用。我国已经成为数控机床的消 费大国，我国已经可以大批量地生产各种各样的数控机床，同时，我国也是数控机床的进口大国 。数控机床的加工精度高，编程灵活，可以加工各种复杂的零件。 数控机床的广泛应用，提高了零部件的水平、加工质量和生产效率，为企业创造了巨大的效益。毒竟贝总而言之数控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

10、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。毒竟贝本课题为SIEMENS 802D数控铣床的电气设计与调试，该系统数控机床为一经济型机床与普通机床相比大大提高了加工精度和生产效率。本次设计的主要内容为：1电气元件的选型及电气原理图的设计；2PLC程序设计；3机床基本参数设定及整体调试；4外文资料的翻译。 毒竟贝电气原理图与PLC程序设计是这次设计中的重点内容，同时也是难点。通过广泛查阅文献资料，参观数控铣床实物样机以及与指导老师相互

11、讨论等途径使问题得以解决。本次的设计任务是我在大学里所接触到技术含量最高、设计任务最难、质量要求最高的一次。由于本人水平有限，设计中的错误和不足之处在所难免，敬请各位指导老师和验收老师批评指正。毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝第一章 绪论毒竟贝1.1 选题背景和意义毒竟贝我国数控铣床发展，始于20世纪70年代，通过30余年的发展，我国目前生产的数控铣床，分为普及型数控铣床、中档型铣控车床和高档型数控铣床三种档次，其中普及型数控铣床约占数控车床产量90%。普及型型数控车床，价格低廉，设备费用投入较少，可以广泛地满足企业发展初期的需要，特别是受到民营经济企业的欢迎，仍是我国当前数控铣床的主流产品。普

12、及型数控铣床主要特点有：毒竟贝1）价格低廉，性价比适中。它特别适合于普通机床的改造，适合在生产第一线大面积推广。毒竟贝2）适合于多品种、中小批量的自动化生产，对产品的适应性强，在普通机床上加工的产品大都可以在经济型数控产品上加工。加工不同零件，只需改变加工工序，并且能很快适应和达到批量生产。毒竟贝3）提高产品质量，降低废品损失。数控装置有较高的加工精度，加工出的产品尺寸一致性好、合格率高。毒竟贝4）能解决复杂零件的加工精度控制问题。毒竟贝5）节约大量工装费用，降低生产成本。手工操作需要大量不同类型的靠模和成形刀具，用普及型数控铣床加工可以不用工装，不仅节约了工装费用，还减轻了工具制造部门的压力

13、。毒竟贝6）减轻了工人的劳动强度。使用普及型数控铣床可将工人从紧张、繁重的体力劳动中解脱出来。毒竟贝7）提高工人素质，促进技术进步。数控系统的出现扩大了工人的视野，带动了学习微电子技术的热潮，为工人由“体力型”向“智力型”过渡创造了条件，促进了工厂的技术进步。毒竟贝8）增强了企业应变能力，为提高企业竞争能力创造了条件。企业应用经济型数控系统对设备进行改造后，提高了加工精度和批量生产的能力，同时又保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代所需要的应变能力，增强企业的竞争能力。毒竟贝全功能的数控铣床虽然功能丰富，但成本高，我国一般中小企业购置困难，中小企业为了发展生产，希

14、望对原有机床进行改进，进行数控化、自动化，以提高生产效率。普及型数控铣床就是结合现实的生产实际和我国的国情，在满足基本功能的前提下，尽可能降低价格。毒竟贝由于其独特的优点，普及型数控铣床被大量的中小企业看好。当前，我国步入市场经济不久，一般国有制造企业正处于在改革和调整的时期，资金严重不足；制造业的民营企业刚刚成长，同样资金也非常紧张，不可能付出大量资金购买高档次数控设备。而大量的机械零件需要高速加工制造，需要大量便宜且自动化程度很高的设备。由于步进电动机的数控系统在某种意义上可以装备这个档次的设备，作为中高档数控铣床的替补和填充，因此它仍有存在的空间和时间，有它在一定时期存在的必要性。 毒竟

15、贝1.2 数控系统的现状及发展趋势毒竟贝现阶段国内外数控技术现状：毒竟贝随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。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。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式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、

16、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，实现了在线诊断和智能化故障处理。 毒竟贝长期以来，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。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因

17、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，己不适应日益复杂的制造过程，因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我们国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。毒竟贝今后数控机床的发展趋势：毒竟贝1）性能发展方向 毒竟贝高速高精高效化：速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。毒竟贝柔性化：包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求。毒竟贝工艺复

18、合性和多轴化：以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。毒竟贝实时智能化：在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。毒竟贝2）功能发展方向 毒竟贝用户界面图形化：图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。毒竟贝科学计算可视化：科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接

19、使用图形、图像、动画等可视信息。毒竟贝插补和补偿方式多样化：多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。毒竟贝内装高性能PLC：数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。毒竟贝多媒体技术应用:在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统

20、和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。毒竟贝3）体系结构的发展 毒竟贝集成化：采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。毒竟贝模块化：硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。毒竟贝网络化：机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机

21、床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。毒竟贝通用型开放式闭环控制模式：采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。毒竟贝智能化新一代PCNC数控系统：当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。毒竟贝1.3

22、 数控系统的概况毒竟贝数控机床在汽车工业、航空航天工业、模具行业等得到了广泛的应用随着人们对数控技术重视，它的发展越发迅速。它正不断走向集成化，并行化，仍有广阔的发展空间。毒竟贝SIEMENS数控系统，以较好的稳定性和较优的性能价格比，在我国数控机床行业被广泛应用。SIEMENS数控系统的产品类型，主要包括802、810、840等系列。毒竟贝1) SIEMENS 802S 可以控制 3个进给轴 (步进电动机 )和一个主轴 ,具有图形编程功能和丰富的工艺循环 ,有较强的数控功能。毒竟贝2) SIEMENS 802C 可以控制 3个进给轴 (伺服电动机 )和一个主轴 ,可以进行全闭环控制。 模块化

23、设计 ,特别适用于传统设备的改造和升级。毒竟贝3) SIEMENS 802D 是数字化数控装置 ,快速精确 、高可靠性 ,可控制 4 个数字进给轴和一个主轴。10.4英寸 TFT显示 ,单显或彩显。 具有车、铣工艺循环和模拟功能。毒竟贝4) SIEMENS 810D是一个全数字化构造的控制器，高集成数字化数控系统，可将CNC和驱动系统集成在一块板子上；可控制5轴或4个进给轴和1个主轴；可实现4轴线性插补；采有SIMATIC S7-300家族紧凑I/O模块；高速加工中的综合运动控制；提供机械扰动补偿等。毒竟贝5) SIEMENS 840D 采用全数字模块化数控设计 ,用于复杂机床和传送线 。 最

24、大可控制 31个坐标轴 ,其中可有 6个主轴。 最多可有 10个方式组 ,10个加工通道。 其系统的开放性 ,如 PLC、 HM I(人机对话单元 ),尤其是 HM I的开放性可使您的机床更具特色 ,功能实现的灵活性可使您在高档机床的制造业任意弛骋。毒竟贝SINUMERIK 840D 是西门子数控产品的突出代表。于20世纪90年代推出。它保持西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。三部分在功能上既相互分工，又互为支持。它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各

25、种控制技术。840D 与SINUMERIK 611 数字驱动系统和 SIMATIC S7 可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。由于开放的结构，这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工等。毒竟贝SINUMERIK 840D 的突出之处在于其不断扩展的特性：毒竟贝NC现在包括神经网络，其自学习，自优化系统使系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。毒竟贝交互式编程是操作简单但功能强大的

26、编辑工具，它给操作人员极大的自由度使零件设计到工件成形的时间大幅度缩短。毒竟贝为便于 PLC编程，开发了S7-HiGraph点阵图形辅助编程工具，用于快速、简单的机械运动及时序的逻辑设计。毒竟贝全新的AUTOTURN软件使车削工件的编程大幅度简化，加工计划也可简单的通过按键生成。毒竟贝在SINUMERIK 840D 和 SIMODRIVE 611 的基础上，只需最少的硬件和软件投资，即可生成易于使用的仿形数字化系统。毒竟贝本设计中SIEMENS 802D数控系统是西门子公司推出的一款普及型型数控系统，包括面板控制单元（PCU）、键盘、机床控制面板（MCP），611U驱动系统、带编码器的1FK7

27、伺服电机、I/O模块PP72/48、电子手轮等。它的特点主要是NCK、PLC、HMI集成一体，通过PROFIBUS连接各部件SIMODRIVE 611U 数字驱动系统。可控制4个进给轴、一个数字或模拟主轴；集成大量CNC功能；提供编程模拟及图形循环支持功能，PC卡备份数据，可实现一次编程批量安装。毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝第二章 SIEMENS 802D数控铣床的电气设计毒竟贝2.1 伺服电机的选型毒竟贝伺服电机是电气元件选型的依据。机床的机械设计

28、完成后，根据各个坐标传动系统的机械数据以及该轴的设计指标，可以选择出合适的伺服电机。 毒竟贝合理的选择伺服电机是从驱动机械设备的具体对象、加工规范，也就是说从机械设备的使用条件出发，经济、合理、安全等多方面考虑是电动机能够安全可靠的运行。伺服电机选型的三大前提为：毒竟贝1）惯量匹配毒竟贝由于伺服电机是在其恒转矩范围内工作，所以首先应按照各个坐标传动系统所需要的转矩选择伺服电机。每个坐标铀需要的转矩与工作台的质量、导轨的摩擦因数以及丝杠的惯量等参数相关，并且还要考虑切削时需要的动力。伺服电机与丝杠的惯量是否匹配，将直接影响该坐标轴的加速度特性。毒竟贝2）伺服电机的轴端受力毒竟贝伺服电机对其轴端的

29、径向受力有严格的要求。在图27中描述了某型号伺服电机对轴端径向受力的定义。图中，F为作用在电机铀的径向力；2为径向力作用在轴向的距离；2为袖长度；图28为802D伺服电机轴端径向受力的技术指标。可以看出，伺服电机的工作速度越高，其轴端允许的径向受力越小。如果伺服电机需要在3000rmin的速度下长时间运行，那么在机械设计上，要考虑伺服电机轴端与丝杠的连接方式对电机轴端施加的径向力。如果超出伺服电机允许的范围，伺服电机轴承的使用寿命缩短，而且可能导致伺服电机的轴承损坏。毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝图27 伺服电机轴端径向受力定 图28 伺服电机轴端径向受力的指标毒竟贝3)伺服电机过

30、载能力毒竟贝伺服电机具有很强的过载能力，有些甚至可达300的过载，但是伺服电机的过载是有条件的，这个条件就是过载的时间限制。毒竟贝总之，伺服电机选型的依据，首先是机床设计时定义的性能指标，如坐标轴的最高速度和最大加速度，加工时作用在该坐标轴上的最大分力。其次是机械部件的数据，如伺服电机与丝杠的连接方式(直连方式、减速方式等)、工作台的质量和丝杠的惯量等，另外还需要考虑伺服电机的工作温升。通常数控系统的供货商会提供相应的工具软件，用于计算、分析，并确定合适型号的伺服电机。另外，很多机床制造厂通常根据自己的经验选择伺服电机，这种经验是建立在批量生产的基础上的。对于新型号的机床则需要精密计算，或利用

31、系统提供的软件工具来选择匹配的伺服电机。毒竟贝依据以上准则选定的各个电机的型号为：毒竟贝主轴电机：1PH7107-2NF02-OCAO X轴电机：1FK7060-5AF71-1AG0毒竟贝Y轴电机：1FK7060-5AF71-1AGO Z轴电机：1FK7063-5AF71-1AH0毒竟贝2.2 低压元器件选择毒竟贝低压元器件是指工作在直流1200V、交流1500V及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的电器。采用电磁原理构成的低压电器，称为电磁式低压电器；利用集成电路或电子元器件构成的低压电器，称为电子式低压电器；利用现代控制原理构成的低压电器，称为自动化电

32、器、智能化电器或可通信电器等。毒竟贝2.2.1 中间继电器的选择毒竟贝继电器主要用于控制与保护电路或用于信号转换。当输入量变化到某一定值时，继电器动作，其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。毒竟贝继电器的种类很多，常用的分类方法有：按用途分，有控制继电器和保护继电器；按动作原理分，有电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器和热继电器；按输入信号的不同来分，有电压继电器、中间继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等。毒竟贝一、电磁式中间继电器毒竟贝电磁式中间继电器实质上是一种电磁式电压继电器，其特点是触头数量多，在电路中起增加触头数量和起中间放大作用。由于中间继电器只要求线

33、圈电压为零时能可靠释放，对动作参数无要求，故中间继电器没有调节装置。毒竟贝二、电磁式继电器的选用毒竟贝1）使用类别的选用 继电器的典型用途是控制接触器的线圈，即控制交、直流电磁铁，按规定，继电器使用类别有：毒竟贝DC-11控制交流电磁铁负载与DC-11控制直流电磁铁负载。毒竟贝2）额定工作电流与额定工作电压的选用 继电器在对应使用类别下，继电器的最高工作电流为继电器的额定绝缘电压，继电器的最高工作电流应小于继电器的额定发热电流。选用继电器电压线圈的电压种类与额定电压值时，应与系统电压种类和电压值一致。毒竟贝3）工作制的选用 继电器工作制应与其使用场合工作制一致，且实际操作频率应低于额定操作频率

34、。毒竟贝4）继电器返回系数的调节 应根据控制要求来调节电压和电流继电器的返回系数。一般采用增加衔铁吸合后的气隙、减小衔铁打开后的气隙或适当放松释放弹簧等措施来达到增加返回系数的目的。毒竟贝2.2.2 辅助元器件的选择毒竟贝一、电源毒竟贝根据自动装配机控制系统的功能要求和实际输入输出设备的情况。系统选用交流220V 50Hz的电源为气泵供电。并经直流变压器变为24V直流电源为控制系统PLC、手动按钮、传感器及电磁换向阀线圈供电。毒竟贝二、按钮毒竟贝按钮在低压控制电路中用于手动发出控制信号。毒竟贝按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成，按用途和结构的不同，分为启动按钮、停止按钮和复位按钮等。

35、毒竟贝启动按钮带有常开触头，手指按下按钮帽，常开触头闭合；手指松开，常开触头复位。启动按钮的按钮帽采用绿色。停止按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开；手指松开，常闭触头复位。停止按钮的按钮帽采用红色。复合按钮带有常开触头和常闭触头，手指按下按钮帽，先断开常闭触头再闭合常开触头；手指松开，常开触头和常闭触头先后复位。毒竟贝在机床电气设备中，常用的按钮有LA-18、LA-19、LA-20、LA-25系列。毒竟贝低压断路器毒竟贝低压断路器俗称自动空气开关，由操作机构、触头、保护装置（各种脱扣器）、灭弧系统等组成。它相当于刀开关、熔断器、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有

36、手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的电器。毒竟贝低压断路器的选用毒竟贝1）断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流。毒竟贝2）断路器的极限通断能力应大于或等于电路最大短路电流。毒竟贝3）欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。毒竟贝4）过电流脱扣器的额定电流应大于或等于线路的最大负载电流。毒竟贝四、低压开关毒竟贝低压开关又称低压隔离器，是低压电器中结构比较简单、应用广泛的一类手动电器。主要有刀开关、组合开关以及熔断器式刀开关3种。毒竟贝低压开关主要在电源切除后，将线路与电源明显的隔离，以保障检修人员的安全。熔断器式刀开关由刀开关和熔断器组

37、合而成，故兼有两者的功能，即电源隔离和电路保护功能，可分断一定的负载电流。毒竟贝五、熔断器毒竟贝熔断器是一种简单而有效的保护电器，在电路中主要起短路保护作用。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当电路发生短路故障时，熔体被瞬时熔断而分断电路，从而起到保护作用。毒竟贝熔断器的选择主要包括熔断器的类型、熔断器额定电压、额定电流和熔体额定电流的选择等。毒竟贝1）熔断器类型的选择 主要根据负载的保护特性和短路电流大小。用于保护照明电路和电动机的熔断器，一般考虑它们的过载保护，要求熔断器的熔化系数适当小些。对于大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时的分断短路电流能力。毒竟贝2）熔断器额定电

38、压的选择 熔断器的额定电压应大于或等于所接电路的额定电压。毒竟贝3）熔体、熔断器额定电流的选择 熔体额定电流大小与负载大小、负载性质有关。对于负载平稳无冲击电流的照明电路、电热电路等可按负载电流大小来确定熔体的额定电流；对于有冲击电流的电动机负载，为起到短路保护作用，又保证电动机的正常启动，则最小熔断电流必须大于额定电流。毒竟贝4）熔断器额定电流的校验 对于选定的熔断器类型及熔体额定电流，还需校验熔断器的保护特性，看其与保护对象的过载特性是否有良好的配合。同时，熔断器的极限分断能力是否大于或等于保护电路可能出现的短路电流值，这样才能获得可靠的短路保护。毒竟贝本设计中选择的电气元件如下：毒竟贝1

39、）QS电源隔离开关，并不用它来直接起停电动机，可按电动机额定电流来选，显然应该根据三台电动机来选。主轴电机额定电流为23.5A、X、Y轴的额定电流为4.5A；Z轴的额定电流为8A再冷却、润滑的额定电流后选用HZ260/3型毒竟贝2）熔断器 熔断器FU是对主电路进行保护熔体电流为：毒竟贝毒竟贝 毒竟贝代入最大电流23.5A、所有电动机额定电流总和57.5A得出结果选择RL60型。毒竟贝3）空气开关 机床的自动空气开关有DZ系列、DW系列根据技术参数选择DZ4760型。毒竟贝4）接触器 接触器根据电动机的额定电流选择CJ20-10型。毒竟贝5）控制变压器 根据式毒竟贝毒竟贝 毒竟贝变压器容量应大于

40、68.4VA。考虑到照明灯等其他电器容量，选用BK-100型。毒竟贝2.3 电气设计的一般原则毒竟贝2.3.1 机床电气设计的基本要求毒竟贝1）熟悉所设计的机械设备的总体技术要求及工作过程。毒竟贝2）了解所设计机械设备的现场工作条件、电源及测量仪表种类等情况。毒竟贝3）设计机构简单、技术先进、工作可靠、维护方便、经济耐用的电气控制电路。毒竟贝4）保证使用安全，贯彻最新的国家标准。毒竟贝2.3.2 电气传动形式的确定毒竟贝1）多电机拖动 毒竟贝本数控铣床除了必须的内在联系外，主轴、工作台及其他辅助运动机构，都分别由单独的电动机驱动这种拖动方式不仅大大简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活。毒竟贝

41、2）调速性能 毒竟贝本数控铣床的主运动和进给运动要求一定的调速范围，采用交流调速系统。毒竟贝3）负载特性 毒竟贝不同机械设备的各个工作机构，具有不同的负载特性T=Error! No bookmark name given.f(n);P=f(n)。一般机床的主运动为恒功率负载，而进给运动为恒转矩负载。毒竟贝2.3.3 控制方案的确定毒竟贝可编程序控制器 它可以大大缩短机床的电气设计、安装和调试周期，并且可以使工作流程易于变更。毒竟贝2.4 电气原理图设计毒竟贝2.4.1 电气原理图定义毒竟贝电气原理图是用来表示电路各个电气元件导电部件的连接关系和工作原理的图。该图应根据简单、清晰的原则，采用电气

42、元件展开形式来绘制，它不按电气元的实际位置来画，也不反映电气元件的大小、安装位置，只用导线将这些导电部件连接起来，反应器连接关系。所以电气原理图结构简单、层次分明、关系明确，适用于分析研究电路的工作原理，且为其他电气图的依据，在设计部门和生产现场获得广泛的应用。毒竟贝2.4.2 绘制电气原理图的原则毒竟贝1）图中所有的元器件都应采用国家统一规定的图形符号和文字符号。毒竟贝2）电气原理图的组成毒竟贝电气原理图由主电路和辅助电路组成。主电路是从电源到电动机的电路，其中有刀开关、熔断器、接触器主触头、热继电器发热元件与电动机等。主电路用粗线绘制在图面的左侧或上方。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号

43、电路及保护电路等。它们由继电器、接触器的电磁线圈、继电器、接触器辅助触头、控制按钮、其他控制元件触头、控制变压器、照明灯、信号灯及控制开关等组成，用细实线绘制。毒竟贝3）电源线的画法毒竟贝原理图中直流电源用水平线画出一般直流电源的正极画在图纸上方，负极画在图面的下方。三线交流电源线集中水平画在图面上方，相序自上而下依L1、L2、L3排列，中性线和保护接地线排在相线之下。主电路垂直于电源线画出，控制电路与信号电路垂直在两条水平电源线之间。耗电元件（如接触器、继电器的线圈、电磁铁线圈、照明灯等）直接与下方电源水平线相接，控制触头接在上方电源水平线与耗电元件之间。毒竟贝4）原理图中电气元件的画法毒竟

44、贝原理图中的各电气元件均不画实际的外形图，原理图中只画出其带电部件，同一电气元件上的不同带电部件是按电路中的联接关系画出，但必须按国家标准规定的图形符号画出，并且用同一文字符号标明。对于几个同类电器，在表示名称的文字符号后加上数字序号，加以区别。毒竟贝5）电气原理图中电器触头的画法毒竟贝原理图中各元器件触头状态均按没有外力作用时或未通电时触头的自然状态画出。毒竟贝6）原理图的布局毒竟贝原理图按功能布置，即同一功能的电气元件集中在一起，尽可能按动作顺序从上到下或从左到右的原则绘制。毒竟贝7）线路连接点、交叉点的绘制毒竟贝在电路图中对于需要测试和拆接的外部引线端子，采用“空心圆”表示；有直接电联系

45、的导线连接点，用“实心圆”表示；无直接电联系的导线交叉点不画黑圆点，但在电气图中尽量避免线条的交叉。毒竟贝2.2.3 电气原理图设计遵循的原则毒竟贝1）应最大限度地满足生产机械的工艺要求。毒竟贝2）力求控制线路安全、可靠、简单、经济。毒竟贝3）合理选择各种电气元件。毒竟贝4）便于操作和维修，符合人机关系。毒竟贝2.2.4 分析802D数控铣床的部件连接画电气原理图毒竟贝SIEMENS 802D数控系统中，数控单元(PCU)中集成了人机界面、数控运算和可编程控制系统（P LC）三个功能软件，采用实时操作系统控制。与之配套的有数控编程键盘、手轮、机床控制面板、数字量输入输出模块以及数字式伺服驱动系

46、统。其中驱动系统又是由三部分组成，即驱动电源模块、功率模块和速度环控制模块。数控系统与伺服驱动系统之间采用了现场总线PROFIUS连接，构成位置的闭环控制。现场总线的传输速度为12Mb/s毒竟贝SIEMENS 802D数控系统的部件连接图如下21所示。毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝图21 SIEMENS 802D数控铣床系统的部件连接图毒竟贝从数控系统的部件连接图可以看出，数控单元是整个系统的核心，相当于人的大脑。操作人员可以通过键盘、机床控制面板、通信接口 ，向

47、数控系统发出控制指令或加工零件程序。数控系统经过复的计算和处理，通过作为神经中枢的现场总线，向数字量输入输出模块发出逻辑控制指令，向伺服驱动器发出速度、位置以及轨迹控制指令。伺服驱动器控制伺服电机完成操作人员发出的加工程序和控制指令。毒竟贝根据所选电机、电气元件、导线，清楚系统整体部件连接后绘制电气原理图现就部分强电、驱动电源模块、I/O接线分配三部分电气原理图作如下分析：毒竟贝1） 部分强电电气图如图22所示：毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝图22 部分强电电气图毒竟贝该电气图中机床的三相电源由电源

48、引入QS引入，由FU作短路和过电流保护。主电机M1的过载保护，由热继电器F1实现，它的短路保护可由机床前一级配电箱中的熔断器担任。冷却电机M2的过载保护，由热继电器F2实现。润滑电机由于工作时间短，不设过载保护。毒竟贝2）驱动器电源模块电气图如图23所示：毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝图24驱动器电源模块毒竟贝驱动电源模块将三相交流进线电源转化为600V直流，直流电通过直流母线为功率模块供电，伺服控制模块根据数控系统发出的速度指令，控制伺服电机运动。伺服驱动系统完成电流和速度的闭环控制。数控单元通过

49、现场总线发出位置控制指令，获得实际位置信息，形成位置的闭环控制。毒竟贝驱动器的电源模块中没有制动电阻，而采用向电网馈电方式制动。在电机或主轴制动时，驱动器将制动时产生的能量以电流形式馈回电网。就是说在制动时，驱动器的作用就像发电机。采用馈能制动的方式，可以达到快速的制动效果，同时可以节约能量。对于此类采馈能制动的驱动器， 对其上电和断电必须严格按照驱动器所要求的控制时序进行控制。 必须在直流母线开始放电后，才能切断电源模块的三相进线电源。毒竟贝在驱动器电源模块上还有两个状态信号：毒竟贝端子72（就绪状态）表示所有驱动器模块均进入就绪状态。毒竟贝端子52（故障状态）表示驱动器过热（I2t）或过载

50、状态。 驱动器电源模块对上电与断电的时序有严格的要求。图25说明了驱动器控制端子的控制时序。 驱动器电源模块的控制端子的不同状态，确定了伺服系统的工作状态。从图中可以看出，伺服驱动器有三种不同的工作状态，即自由状态、工作状态和制动状态。上电过程中，首先接通驱动器的端子48，这时驱动器的直流母线开始充电；经过延时之后可以 接通驱动器端子63，使驱动器的脉冲控制使能；再经过延时之后，或由操作人员通过机床控制面板上的伺服使能按钮，或者由PLC延时后自动接通驱动器控制使能端子64。通常机床的操作面板上设有伺服使能按钮，用来接通控制器的控制使能。控制使能接通后，驱动器进入工作状态。断电时，首先断开端子6

51、4，使驱动器进入制动状态，与之连接的主轴和进给轴会迅速制动。通常通过急 停按钮直接控制端子64，使各个轴可以在紧急情况下快速制动。毒竟贝当检测到所有轴均已停止运动进入静止状态后，断开端子63，关断脉冲控制。延时后，断开端子48，使直流母线进入放电状态。直流母线完全放电需要大约4min。因此在安装或断开直流母线的倒流条时，一定要确认直流母线完全放电。否则可能有高压触电的危险。需要注意的是，如果在主轴没有完全进入静止状态时，就断开端子63或端子48，主轴就会进入自由状态，影响制动效果。毒竟贝当检测到所有轴均已停止运动进入静止状态后,断开端子63，关断脉冲控制。延时后,断开端子48，使直流母线进入放

52、电状态。直流母线完全放电需要大约4min因此在安装或断开直流母线的导流条时，一定要确认直流母线完全放电。 否则可能有高压触电的危险。 需要注意的是，如果在主轴没有完全进入静止状态时，就断开端子63或端子48，主轴就会进入自由状态，影响制动效果。毒竟贝毒竟贝毒竟贝图25驱动器要求的上电与断电时序毒竟贝驱动器电源模块的详细连接可参考图26。从图26可以看出，驱动器电源模块的三个控制端子需要外部控制。不论采用哪种控制方案，都需要符合伺服电源模块的时序要求。端子NS1和NS2必须短接，否则状态信号 “驱动器就绪” 永远无效。毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝

53、毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝图26 驱动器的连接毒竟贝3）I/O接线分配电路如图27所示毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝I/O口可接刀具、 各坐标轴、冷却、润滑等一系列机床面板功能。毒竟贝上图中I0.0I0.5分别接了至六号刀；I0.7I1.7接个坐标轴的各运动：I0.7接+X；I1.0接+Z；I1.1接X减速；I1.2接Z减速；I1.3接-X；I1.4接-Z；I1.5接+Y；I1.6接Y轴减速；I1.7接-Y。毒竟贝详细电气原理图见附录1。毒竟贝毒竟

54、贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝毒竟贝第三章 数控铣床的PLC控制程序设计毒竟贝3.1 PLC概述毒竟贝可编程逻辑控制器(Programmable Logical Control),简称PLC。毒竟贝它是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，被广泛应用于自动化控制的各个领域。毒竟贝PLC控制是仿照电机的转子与线圈的动作来编写的控制程序。在硬件电路中，继电器的触点数量是有限的要使用多个触点，需要使用中间继电器来增加触点的数量，以便于得

55、到要用的触点数。其触点地闭合与断开之间有电流流过，对继电器的机械寿命和电器寿命都有一定的要求。而在PLC控制中，线路的连接是通过用梯形图来表示对线路连接的一种逻辑关系，其触点的数量可以有无数个，但只能有一个输出。它们之间没直接电流流过，是一种软接触。毒竟贝在SINUMERIK 802D数控系统中，PLC属于一内装型的PLC。内装型PLC是指PLC内置于CNC装置内，从属于CNC装置，与CNC装置集于一体。毒竟贝内装型PLC的性能指标(如输入/输出点数、程序扫描时间、每步执行时间、程序最大步数、功能指令数目等)是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的。其硬件和软件都被作为CN

56、C系统的基本功能与CNC系统统一设计制造的。因此系统结构十分紧凑。毒竟贝在系统的结构上，内装型PLC可与CNC共用一个CPU，内装型PLC一般单独制作一个电路板，插装到CNC主板的插座上，PLC与所从属CNC装置之间的信号传送均在其内部进行，不单独配置I/0接口，而是使用CNC装置本身的I/0接口，PLC控制部分及部分I/0电路所用电源由CNC装置提供。毒竟贝3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则毒竟贝任何一种电气控制系统都是为了实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率。因此在设计PLC应用系统时，应遵循以下原则：毒竟贝1）充分发挥PLC功能，最大限度地满足被控

57、对象的控制要求。毒竟贝2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。毒竟贝3）保证控制系统的运行安全、稳定、可靠。毒竟贝4）应考虑生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I/O点数和存储容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。毒竟贝3.1.2 PLC控制系统设计的一般步骤毒竟贝PLC控制系统设计的方法与传统的继电器接触器控制控制系统的设计相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。毒竟贝1）根据工艺流程分析控制要求、明确控制任务、拟定控制系统设计的技术条件。毒竟贝确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等

58、）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算PLC的I/O点数；分析控制对象与PLC之间的关系、信号性质，根据控制要求的复杂程度、控制精度估算PLC的用户存储器容量。毒竟贝2）选择PLC。PLC是控制系统的核心部件正确选择PLC对于保证整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用。PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。选择PLC的依据是输入输出形式与点数、控制方式与速度、控制精度与分辨率、用户程序容量。毒竟贝3）分配、定义PLC的I/O连接图。根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅

59、助继电器、定时器、计数器、数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义专用的信号名和地址。在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。毒竟贝4）PLC控制程序设计，包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统正常、安全、可靠的关键，因此，控制程序的设计必须经过反复测试、修改，直到满足要求为止。毒竟贝5）控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。在设计继电器控制系统时，必须在控制电路设计完成

60、后，才能进行控制柜（台）设计和现场施工。可见，采用PLC控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。如果需要的话，尚需设计操作台、电气柜、模拟显示盘和非标准电器元部件。毒竟贝6）试运行、验收、交付使用，并编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件包括说明书、设计说明书、和使用说明书、电器图及电器元件明细表等。毒竟贝传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图，及电器安装图。在PLC控制系统中，这一部分可以统称为“硬件图”。它在传统电气图的基础上增加了PLC部分，因此在电气原理图中应增加PLC的I/O连接图。此外，在PLC控制系统的电气图中还包括程序图（梯形图），可以称它为

61、“软件图”。向用户提供“软件图”，可便于用户修改程序，并有利于用户在维修时分析和排除故障。毒竟贝3.2 802D 数控系统内置PLC接口地址的分配毒竟贝802D数控系统内置PLC的操作数共分9类，其中地址范围见表31.其中的V、I、Q、M四种继电器可以按位、字节、字和双字来寻址；SM可以按位、字节来寻址；T、C可以按位和字来寻址；AC可以按字节、字和双字来寻址；常量可以按字节、字和双字来寻址。毒竟贝表31 802D数控系统内置PLC操作数毒竟贝操作数地址符毒竟贝说明毒竟贝范围毒竟贝V毒竟贝数据毒竟贝V10000000.0V79999999.7毒竟贝T毒竟贝定时器毒竟贝T0T15(100ms);

62、T16T31(10ms)毒竟贝C毒竟贝计数器毒竟贝C0C31毒竟贝I毒竟贝数字输入映像区毒竟贝I0.0I17.7毒竟贝Q毒竟贝数字输出映像区毒竟贝Q0.0Q17.7毒竟贝M毒竟贝标志位毒竟贝M0.0M255.7毒竟贝SM毒竟贝特殊标志位毒竟贝SM0.0SM0.6毒竟贝AC毒竟贝累加器毒竟贝AC0AC3毒竟贝L毒竟贝局部数据毒竟贝L0.0L51.7毒竟贝V地址是NC与PLC信号接口的数据存储区域，其地址的结构见表32，地址范围为V10000000.0V79999999.7。毒竟贝32 NC与PLC信号接口的数据存储地址结构毒竟贝类型标记毒竟贝区号毒竟贝分区毒竟贝分支毒竟贝位址毒竟贝00（1079）毒竟贝00（0099）毒竟贝0（09）毒竟贝000（000999）毒竟贝符号八位毒竟贝T、C分别为定时器和计数器。定时器有100ms和10ms两种定时精度，其地址范围分别为T0T15(100ms)；T16T31(10ms),并且既可以用作一般的接通延时定时器（TON）也可以用作具有积