【正文】 ............................42 施耐德變頻器參數(shù)設(shè)置 .................................................................................45 第五章 總結(jié) ...................................................................................... 49 致謝 .................................................................................................... 50 參考文獻(xiàn) .............................................................................................. 51 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） 1 第一章 緒 論 概述 國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 ２０世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的科技成果是計(jì)算機(jī)的發(fā)明與應(yīng)用，計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)在機(jī)械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進(jìn)步。主要接觸器與空氣開(kāi)關(guān)選用施耐德與正 泰電器的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性與系統(tǒng)使用的穩(wěn)定性，減少產(chǎn)品故障率。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)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。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 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。 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。因其社會(huì)條件不同，各有特點(diǎn)。 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。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。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 %。 數(shù)控化是制造業(yè)的一場(chǎng)革命。 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)買外國(guó)的生產(chǎn)線和各種工農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化設(shè)備。 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)品傾銷的歧視政策。這一創(chuàng)新的技術(shù)路線避開(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)。 3）調(diào)試數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)。本機(jī)床床身為樹(shù)脂砂鑄鐵。中央處理器又由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器和 總線組成。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。 ? 小線段連續(xù)加工功能，特別適合于復(fù)雜模具零件加工。電源接口在數(shù)控裝置背部的開(kāi)關(guān)電源上。 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。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。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) ,出廠設(shè)定 4200 轉(zhuǎn) /每分鐘為最高轉(zhuǎn)速。 24V 中間繼電器直流電源。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。 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)。 主軸的啟停控制由 PLC 承擔(dān)，利用 和 控制中間繼電器線圈的通斷，從而實(shí)現(xiàn)控制觸點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)。 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 碼盤輸入等效電路如圖 所示： 圖 碼盤信號(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。 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。 （ 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 )。本次設(shè)計(jì)不加外接電阻。 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 ? 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。 8 BK 9 U 伺服電機(jī)輸出 伺服電機(jī)輸出端子，必須和電機(jī) U、 V、 W端子對(duì)應(yīng)連接 10 V 11 W 12 PE 系統(tǒng)接地 接地端子，伺服電機(jī)輸出和電源輸入公共一點(diǎn)接地 2）串 口端子 XS1如表 ： 表 串口端子 XS1 注：本次設(shè)計(jì)中不使用串口端子。 ? 轉(zhuǎn)矩控制方式（模擬量接口） :HSV16 系列 伺服驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)內(nèi)部參數(shù)設(shè)置為轉(zhuǎn)矩控制方式 ,可接收幅值不超過(guò) 10V 的 (如 10V~+10V) 模擬量。該驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)小巧、使用方便、可靠性高等特點(diǎn)。 脈沖指令的三種類型如表 所示： 表 脈沖指令的三種類型 采用脈沖指令接口時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)裝置一 般工作在位置半閉環(huán)控制模式下，速度環(huán)和位置環(huán)的控制都是由伺服驅(qū)動(dòng)裝置完成。 變頻器 R1C 和 R1A 是故障繼電器觸點(diǎn)，用于遠(yuǎn)程指示變頻器狀態(tài)。 ? 主軸速度模擬電壓信號(hào) 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） 17 電壓范圍： 0V~+10V 負(fù)載電流：最大 10mA 施耐德變頻器接口定義 1）變頻器接口原理圖如圖 所示： 圖 變頻器接口原理圖 2）變頻器控制端子布局圖如圖 所示： 圖 變頻器控制端子布局圖及主要引腳定義 在變頻器的控制端子中，僅僅使用到了 COM(模擬 I/O 公共端 ， 0V)和 AI1（模擬南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 電壓輸入， +10V）。 當(dāng)系統(tǒng)上電后，直流電源的 0V 電壓連接到 X 軸伺服故障連鎖輸入端，再由 X 軸故障連鎖輸出端連接到 Y 軸故障連鎖輸入端，如此依次連接到 Z 軸故障連鎖輸入端，由 Z 軸故障連鎖輸出端連接到中間繼電器觸點(diǎn) KA1。按下系統(tǒng)上電按鈕 SB2，接觸器 KM1 通電，輔助觸點(diǎn)閉合自鎖，主觸點(diǎn) KM1 閉合， 220V 系統(tǒng)電源上電，系統(tǒng)通電。水泵電機(jī)的啟停是通過(guò)系統(tǒng)操作面板上的冷卻開(kāi)關(guān)和用戶程序指令來(lái)控制完成的。首先由外部提供交流三相四線制 AC380V 電源接到電柜內(nèi)的電源開(kāi)關(guān)上，即 L L L3 和 PE 接地端子。主軸電機(jī)為三相異步電機(jī)。數(shù)控裝置通過(guò) XS1~XS3 接口控制進(jìn)給裝置。 ? 反向間隙和單、雙向螺距誤差補(bǔ)償功能，有效提高加工精度。具有高性能、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高、價(jià)格低的特點(diǎn)： ? 最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為 3 軸。計(jì)算機(jī)和其它裝置之間可通過(guò)接口設(shè)備聯(lián)接。其啟動(dòng)、停止和轉(zhuǎn)動(dòng)等動(dòng)作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過(guò)裝在主軸上的刀具參與切削運(yùn)動(dòng)，是切削加工的功率輸出部件。 2）參數(shù)清單。 具有自主 知識(shí)產(chǎn)權(quán)的華中 “ 世紀(jì)星 ” 高、中、低端系列數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品，年銷售近萬(wàn)臺(tái)套，與國(guó)內(nèi)數(shù)十家著名主機(jī)廠實(shí)現(xiàn)了批量配套， 主要包括 HNC21/22T、 HNC21/22M、HNC18iT/19iT、 HNC18i