【正文】 本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明 并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以電器元件實(shí)物為基礎(chǔ)，以公司資料為參考，獨(dú)立完成了數(shù)控銑床的電氣控制部分設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： 華中數(shù)控 ； CNC；數(shù)控銑床；升降臺(tái) 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） II ABSTRACT This thesis plete the electrical control system design of the CNC milling machine based on HNC18iM. The main use of electrical ponents in the design include Huazhong HNC18i milling system, HVS16 alldigital AC servo drive unit, Schneider ATV31 series of the spindle converter and GK6 series of permanentmag synchronous motors. The main contactor and airswitch select the quality products of Schneider and Chint, and ensure the safety and stability of the system to reduce the failure rate of the product The thesis plete the electrical control system design of the CNC milling machine based on the product standards, electrical ponents and pany information independent. With the problems in projects, that overes the lack of handspractice abuses. Not only participated to product the electrical counter and distribution of electrical ponents and wiring, but also participated in missioning. Through the actual test and debug, it’s proved the correctness and feasibility of the electrical schematics. Key words： Huazhong NC。自從１９５２年美國(guó)第１臺(tái)數(shù)控銑床問(wèn)世至今已經(jīng)歷了５０個(gè)年頭。 多年來(lái)，由于我國(guó)數(shù)控軟硬件研究開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)積累少，研發(fā)隊(duì)伍的實(shí)力較弱，研發(fā)的投入力度不夠，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在性能與功能上與國(guó)外的差距較大。然而技術(shù)上的突破并不等于市場(chǎng)上的突破。因其社會(huì)條件不同，各有特點(diǎn)。 但是 偏重 于 基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì) 80 代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增加緩慢，于 1982 年被后進(jìn)的日本超過(guò)，并大量進(jìn)口。 德國(guó)特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。德國(guó)特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測(cè)量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。自 1958 年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，1978 年產(chǎn)量 (7,342 臺(tái) )超過(guò)美國(guó) (5,688 臺(tái) )，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位。銷(xiāo)售額在世界市場(chǎng)上占 50%，在國(guó)內(nèi)約占 70%，對(duì)加速日本和世界數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速， 1998～ 20xx 年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為 %和 %。 研究與學(xué)習(xí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的意義 對(duì)比世界數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展格局，我們認(rèn)識(shí)到國(guó)產(chǎn)數(shù)控系 統(tǒng)與國(guó)外著名系統(tǒng)之間還存在巨大的差距，尤其在系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性方面，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)急待提高，延長(zhǎng)系統(tǒng)的連續(xù)加工時(shí)間。 數(shù)控化是制造業(yè)的一場(chǎng)革命。高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造技術(shù)被列入國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃 16 個(gè)重大專(zhuān)項(xiàng)。 目前我國(guó)每年需進(jìn)口 1400 億美元商品，其中 70%是用來(lái)購(gòu)買(mǎi)外國(guó)的生產(chǎn)線(xiàn)和各種工農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化設(shè)備。如果 外國(guó) 公司不再為我國(guó)提供數(shù)控系統(tǒng)，中國(guó)的裝備制造業(yè)將面臨滅頂之災(zāi)。 國(guó)外對(duì)我國(guó)卻一直采取技術(shù)封鎖、高檔產(chǎn)品限制、低檔產(chǎn)品傾銷(xiāo)的歧視政策。中國(guó)的數(shù)控技術(shù)趕超世界先進(jìn)水平是任重而道遠(yuǎn)，通過(guò)以企業(yè)為核心的新 型產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新模式組織下，充分利用通用技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，通過(guò)堅(jiān)持不懈的努力，自主創(chuàng)新，逐步打破技術(shù)封鎖和遏制，加速技術(shù)進(jìn)步，是大有希望的 。這一創(chuàng)新的技術(shù)路線(xiàn)避開(kāi)了制約我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的硬件制造“可靠性”瓶頸，使得中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與國(guó)際同行站在了同一起跑線(xiàn)上，通過(guò)軟件技術(shù)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的突破，用通用的工業(yè)計(jì)算機(jī)和電子器件，自主開(kāi)發(fā)出打破國(guó)外封鎖的 4 通道、 9軸聯(lián)動(dòng)的“華中 I 型”高性能數(shù)控系統(tǒng)。 在 伺服驅(qū)動(dòng) 方面，開(kāi)發(fā)出 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)單元和主軸伺服驅(qū)動(dòng)單元系列產(chǎn)品。 3）調(diào)試數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第二章 數(shù)控銑床電氣設(shè)計(jì)方案 CNC6KI精密升降臺(tái)數(shù)控銑床參數(shù)簡(jiǎn)介 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì) CNC6KI 精密升降臺(tái)數(shù)控銑床配用華中 HNC18iM 數(shù)控系統(tǒng)。本機(jī)床床身為樹(shù)脂砂鑄鐵。本機(jī)床采用臺(tái)灣專(zhuān)用數(shù)控銑頭，通過(guò)變頻調(diào)速。中央處理器又由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器和 總線(xiàn)組成。 4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，其性能是決定機(jī)床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。輔助裝 置雖不直接參加切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此，也是數(shù)控機(jī)床不可缺少的部分。 ? 配置標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床工程面板不占用 PLC 的輸入 /輸出接口。 ? 小線(xiàn)段連續(xù)加工功能，特別適合于復(fù)雜模具零件加工。 內(nèi)置以太網(wǎng) RS232 接口易于實(shí)現(xiàn)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)。電源接口在數(shù)控裝置背部的開(kāi)關(guān)電源上。 畢業(yè)設(shè)計(jì)基本思路 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成基于華中 HNC18iM 數(shù)控系統(tǒng)的精密升降臺(tái)數(shù)控銑床的電氣設(shè)計(jì)。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 數(shù)控裝置與外圍設(shè)備連接框圖 數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)主軸變頻器控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速與方向。 另外，由于華中數(shù)控系統(tǒng)的面板與系統(tǒng)集成于一體，很多面板操作功能都集成在系統(tǒng)中，不需要額外設(shè)計(jì)，因此機(jī)床輸入輸出量比較簡(jiǎn)單。綜上所述，設(shè)計(jì)數(shù)控裝置與外圍設(shè)備連接框圖如圖 所示。 在電源總開(kāi)關(guān)合上的情況下，按機(jī)床操作面板上的系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕 SB2，系統(tǒng)上電啟動(dòng)， 系統(tǒng)讀完數(shù)據(jù)執(zhí)行 PLC 后開(kāi)始工作， X、 Y、 Z 軸故障連鎖無(wú)異常，伺服驅(qū)動(dòng)器準(zhǔn)備好，軸制動(dòng)器釋放，顯示屏無(wú)報(bào)警，這個(gè)時(shí)候說(shuō)明已經(jīng)開(kāi)始可以工作。改變變頻器輸入信號(hào)就可以完成對(duì)主軸的無(wú)級(jí)調(diào)速控制，主軸的正反轉(zhuǎn)及停止信號(hào)由系統(tǒng)指令控制或手動(dòng)控制，主軸正反轉(zhuǎn)由繼電器 KA2 和 KA3 控制，速度從 70 轉(zhuǎn) /每分鐘 —4200 轉(zhuǎn) /每分鐘可調(diào) ,出廠(chǎng)設(shè)定 4200 轉(zhuǎn) /每分鐘為最高轉(zhuǎn)速。 本機(jī)床共用了 5 個(gè)空氣開(kāi)關(guān)，其中 QF QF QF5 是三相空氣開(kāi)關(guān)， QF QF3是單相空氣開(kāi)關(guān)。 24V 中間繼電器直流電源。 當(dāng)加工工 作完畢需要關(guān)閉系統(tǒng)電源時(shí)，按下按鈕 SB3，接觸器 KM1 線(xiàn)圈斷電，主觸點(diǎn)斷開(kāi)，系統(tǒng)關(guān)閉。電路如圖 所示： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 伺服變壓器控制電路設(shè)計(jì) 如圖 所示，伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)額定電壓為 220V，所以采用 220V 三相變壓器，通過(guò)空氣開(kāi)關(guān) QF4 連接到接觸器 KM5。 數(shù)控裝置與主軸裝置的連接 HNC18i數(shù)控裝置通過(guò) XS5 主軸控制接口可連接各種主軸驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)、定向、調(diào)速等控制，還可以通過(guò) XS4 外接主軸編碼器，實(shí)現(xiàn)螺紋車(chē)削和銑床上的剛性攻絲功能。 主軸控制接口 XS5 定義 XS5 主軸控制接口，包括主軸速度模擬電壓指令輸出和主軸狀態(tài)控制 PLC 開(kāi)關(guān)量信號(hào)，其信號(hào)引腳分布如圖 ： 圖 主軸控制接口 XS5 引腳分布 信號(hào)定義如表 所示： 表 主軸控制接口 XS5 引腳定義 信號(hào)名 說(shuō)明 +24V,24VG PLC DC24V 電源 主軸定向完成 主軸速度到達(dá) 主軸零速度 主軸報(bào)警 復(fù)位（報(bào)警消除） 主軸正轉(zhuǎn) 主軸反轉(zhuǎn) 主軸制動(dòng) 主軸定向 AOUT 主軸模擬量指令 0~+10V 輸出 GND 模擬量輸出地 注：上表中加粗信號(hào)為本次設(shè)計(jì)中需要的信號(hào)。 變頻器的正反轉(zhuǎn)控制是通過(guò)控制端子上的 24V、 LI LI2 進(jìn)行的， LI1 控制電機(jī)正轉(zhuǎn)， LI2 控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，它們分別與中間繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)相連，當(dāng)數(shù)控裝置的 和 發(fā)出正反轉(zhuǎn)信號(hào)后，相應(yīng)的中間繼電器線(xiàn)圈通電，觸點(diǎn)閉合。 主軸的啟?？刂朴?PLC 承擔(dān)，利用 和 控制中間繼電器線(xiàn)圈的通斷，從而實(shí)現(xiàn)控制觸點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)。 數(shù)控裝置與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置的連接 HNC18i數(shù)控裝置脈沖式軸控制接口提供脈沖 +方向、雙向脈沖、正交脈沖三種指令類(lèi)型，具備反饋接口，可以控制脈沖指令式的伺服驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置。 XS1— XS3接口布局如圖 ： 圖 軸控制接口 XS1XS3 布局圖 軸控制接口各引腳定義如表 所示： 表 XS1XS3 接口引腳定義 1）技術(shù)規(guī)格 ? 高脈沖頻率： 800KHZ ? 24V 電源： 200ma ? 編碼器信號(hào)： RS422 電平 2)等效電路脈沖指令輸 出等效電路如圖 所示： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 脈沖指令輸出等效電路 碼盤(pán)輸入等效電路如圖 所示： 圖 碼盤(pán)信號(hào)輸入接口等效電路 3）脈沖形式 在數(shù)控裝置內(nèi)部，通過(guò)修改參數(shù)，可以將脈沖輸出形式設(shè)定為脈沖 +方向，雙向脈沖，兩相正交三種模式。 脈沖指令接口有如上表所示三種類(lèi)型。 3）正交脈沖： CP 與 DIR 的相位差為脈沖信號(hào)， CP 與 DIR 的相位超前與落后關(guān)系決定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 HSV16 交流伺服驅(qū)動(dòng)器具有以下特點(diǎn)： 1 控制簡(jiǎn)單靈活 通過(guò)修改伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，可對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的工作方式、內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行修改以適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境和要求。 （ 1）伺服驅(qū)動(dòng)器 運(yùn)行模式簡(jiǎn)介 HSV16 系列伺服驅(qū)動(dòng)器有五種控制方式 : ? 位置控制方式（脈沖量接口） :HSV16 系列伺服驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)內(nèi)部參數(shù)設(shè)置接收三種形式的脈沖指令 (正交脈沖；脈沖 +方向；正、負(fù)脈沖 )。 ? 內(nèi)部速度控制方式： HSV16 系列伺服驅(qū)動(dòng)器在內(nèi)部速度控制方式下可根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)定的速度運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)不加外接電阻。 該電機(jī)采用自冷式，防護(hù)等級(jí)為 IP64IP67 。 GK6 系列交流伺服電動(dòng)由定子、轉(zhuǎn)子、高精度反饋元件（如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器）等組成 GK6系列交流永磁同步伺服電機(jī)特點(diǎn)： ? 力矩 70Nm ? 額定轉(zhuǎn)速 1200、 1500、 20xx、 3000rpm ? 光電編碼器： 2500線(xiàn) ? 失電制動(dòng)器電源： DC24V ? 過(guò)熱保護(hù)：熱敏電阻輸出 ? 多種機(jī)座安裝尺寸 ? 正弦波交流伺服電機(jī) ? 結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高 ? 轉(zhuǎn)子慣量小、響應(yīng)速度快 ? 超強(qiáng)矯頑力稀土永磁 ? 抗去磁能力強(qiáng) ? 全密封設(shè)計(jì) 1） GK6交流永磁同步伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)如表 ： 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 表 GK6交流永磁同步電機(jī)技術(shù)參。由脈寬調(diào)制變頻器控制運(yùn)行，具有良好的力矩性能和寬廣的調(diào)速范圍。 8