【文章內(nèi)容簡介】 率的主要因素之一。數(shù)控機床普遍采用開環(huán)、半閉環(huán)和全閉環(huán)三種控制方式。本次設(shè)計采用半閉環(huán)方式。5）輔助裝置 包括潤滑、冷卻、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助裝置雖不直接參加切削運動，但對數(shù)控機床的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此，也是數(shù)控機床不可缺少的部分。 數(shù)控系統(tǒng)功能簡介世紀(jì)星HNC18i/19i 系列數(shù)控裝置（HNC18i/T、HNC18i/M、HNC19i/T、HNC19i/M ）采用先進的開放式體系結(jié)構(gòu)內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC機、高性能32位中央處理器，” 單色（18i系列）/彩色（19i系列）液晶顯示屏和標(biāo)準(zhǔn)機床工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC 接口于一體，采用大容量電子盤程序存儲方式支持CF卡、DNC 、以太網(wǎng)、USB 等程序交換功能主要適用于數(shù)控車，銑床和簡易加工中心的控制。具有高性能、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高、價格低的特點：l 最大聯(lián)動軸數(shù)為3 軸。l 可選配各種類型的脈沖指令交流伺服驅(qū)動器或步進電機驅(qū)動器。l 配置標(biāo)準(zhǔn)機床工程面板不占用PLC 的輸入/輸出接口。l 配置32路輸入接口和24路功率放大光電隔離開關(guān)量輸出接口、手持單元接口、模擬主軸控制接口與主軸編碼器接口。l ” 單色（18i 系列）/彩色（19i 系列）液晶顯示器(分辨率為240320 )全漢字操作界面,具有故障診斷與報警設(shè)置,圖形加工軌跡顯示和仿真功能,操作簡便,易于掌握和使用。l 采用國際標(biāo)準(zhǔn)G 代碼編程與各種流行的CAD/CAM 自動編程系統(tǒng)兼容,具有直線、圓弧、螺旋線插補、固定循環(huán)、旋轉(zhuǎn)、縮放、鏡像、刀具補償、宏程序等功能。l 小線段連續(xù)加工功能，特別適合于復(fù)雜模具零件加工。l 加工斷點保存/恢復(fù)功能，為用戶安全、方便使用提供保證。l 反向間隙和單、雙向螺距誤差補償功能，有效提高加工精度。l 巨量程序加工能力,配置大容量存儲器時可直接加工高達2GB的G代碼程序。內(nèi)置以太網(wǎng)RS232 接口易于實現(xiàn)機床聯(lián)網(wǎng)。l 512K 用戶存儲區(qū)其中400K 可用作用戶零件程序存儲區(qū),其余的為用戶數(shù)據(jù)區(qū)。l 系統(tǒng)外形尺寸為420260115 毫米（W H D 體積小巧，結(jié)構(gòu)牢靠，造型美觀。 數(shù)控裝置型號編號說明： ： 華中數(shù)控系統(tǒng)型號編號說明 HNC18i/19i ： HNC18i/19i數(shù)控裝置接口數(shù)控裝置接口介紹如下：XSXSXS3:進給軸控制接口XS4:主軸編碼器接口XS5:主軸控制接口XS6:PLC輸入接口XS7:手持單元接口XS9:PLC輸出接口XS10:外接鍵盤接口XS11：RS232接口XS12: USB接口XS13:以太網(wǎng)接口XS14:CF卡接口若使用DNC單元，則XSXS1XS13為DNC單元的轉(zhuǎn)接口。電源接口在數(shù)控裝置背部的開關(guān)電源上。 HNC18i數(shù)控系統(tǒng)綜合接線圖、單元連接的總體框圖： 總體框圖圖中除電源接口外，其它接口都不是必須使用的，在本次設(shè)計中，鍵盤、以太網(wǎng)、USB、主軸編碼器接口不使用。數(shù)控裝置通過XS1~XS3接口控制進給裝置。一套系統(tǒng)中的進給裝置類型可以相同，也可以不同，但最多只能連接三個進給軸。 畢業(yè)設(shè)計基本思路 本次畢業(yè)設(shè)計完成基于華中HNC18iM數(shù)控系統(tǒng)的精密升降臺數(shù)控銑床的電氣設(shè)計。以數(shù)控系統(tǒng)為核心，圍繞數(shù)控系統(tǒng)的相應(yīng)功能，完成外圍電氣控制電路的設(shè)計。主要內(nèi)容包括：主軸電機的變頻調(diào)速控制、三坐標(biāo)伺服驅(qū)動控制、升降臺的自動與手動升降控制、冷卻潤滑控制等。 電氣設(shè)計總體框圖分析與說明： CNC6KI數(shù)控銑床采用華中HNC18i/M數(shù)控系統(tǒng)，XSXSXS3接口與HVS16系列伺服驅(qū)動器連接，控制X、Y、Z三坐標(biāo)軸，伺服電機編碼器反饋至驅(qū)動器，再由驅(qū)動器將位置信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)偏差的小與方向控制電機向減小偏差的方向移動。圖 數(shù)控裝置與外圍設(shè)備連接框圖數(shù)控系統(tǒng)通過主軸變頻器控制主軸電機的轉(zhuǎn)速與方向。變頻器采用施耐德Altivar 31型號。主軸電機為三相異步電機。由于該銑床功能設(shè)計比較簡單，沒有攻螺紋功能，所以主軸電機沒有設(shè)計編碼器反饋。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，因此機床輸入輸出量比較簡單。輸入開關(guān)量主要有：X、Y、Z軸三軸參考點開關(guān)、超程限位開關(guān)、急停開關(guān)、外部報警、主軸報警等信號。輸出開關(guān)量主要有：主軸正反轉(zhuǎn)信號，冷泵開關(guān)信號。另外，系統(tǒng)還要設(shè)計RS232接口，方便數(shù)控機床與計算機通訊，傳輸加工程序。綜上所述。第三章 機床電氣硬件詳細設(shè)計與分析 CNC6KI精密升降臺數(shù)控銑床的供電方式為三相四線制。首先由外部提供交流三相四線制AC380V電源接到電柜內(nèi)的電源開關(guān)上，即LLL3和PE接地端子。此時打開電源總開關(guān)QF1，控制變壓器就會通電，開關(guān)電源指示燈亮，說明機床外圍電源接通。在電源總開關(guān)合上的情況下，按機床操作面板上的系統(tǒng)啟動按鈕SB2，系統(tǒng)上電啟動，系統(tǒng)讀完數(shù)據(jù)執(zhí)行PLC后開始工作，X、Y、Z軸故障連鎖無異常，伺服驅(qū)動器準(zhǔn)備好，軸制動器釋放，顯示屏無報警，這個時候說明已經(jīng)開始可以工作。按下SBSB5可進行升降臺的上升與下降。用戶可以根據(jù)顯示屏提示信息及要求進行各種操作，如需要停止以上狀態(tài)，按SB3系統(tǒng)停止按鈕，則系統(tǒng)、驅(qū)動停止工作。主軸電機控制方式有兩種：主軸采用三相變頻電機控制 主軸采用伺服主軸電機控制在本次設(shè)計中，由于機床為經(jīng)濟型數(shù)控銑床，考慮到價格及市場，因此主軸電機采用三相異步電機，高性能變頻器驅(qū)動主軸，系統(tǒng)模擬輸出0~10V電壓。改變變頻器輸入信號就可以完成對主軸的無級調(diào)速控制，主軸的正反轉(zhuǎn)及停止信號由系統(tǒng)指令控制或手動控制，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。冷泵電機由繼電器模塊KA4控制KM2交流接觸器，只要KM2閉合，水泵電機就轉(zhuǎn)動。水泵電機的啟停是通過系統(tǒng)操作面板上的冷卻開關(guān)和用戶程序指令來控制完成的。潤滑電機是在系統(tǒng)啟動后就開始工作的，它是每隔一段時間自動潤滑一次，每次潤滑油量可以由用戶通過調(diào)整潤滑站上油量控制螺母進行調(diào)節(jié)。本機床共用了5個空氣開關(guān)，其中QFQFQF5是三相空氣開關(guān)，QFQF3是單相空氣開關(guān)。這些空氣開關(guān)主要是起到電源接通、斷開、短路保護和過流保護的作用。QF1…………...電源總開關(guān), 開關(guān)電源指示燈亮，機床外圍電源接通。QF2……………用于軸流風(fēng)扇和為接觸器提供電源QF3……………用于電源指示燈和石英燈保護QF4……………伺服電源控制QF5……………變頻器控制正常情況下,上面介紹的5個空氣開關(guān)都要打到ON位置上. 機床電源電路設(shè)計 控制變壓器電路設(shè)計在系統(tǒng)電氣設(shè)計中，需要220V系統(tǒng)電源、110V接觸器和軸流風(fēng)扇電源、24V交流照明燈電源。24V中間繼電器直流電源。根據(jù)所需電源情況，： 控制變壓器電路設(shè)計在控制電路中，當(dāng)總電源開關(guān)閉合后，軸流風(fēng)扇通電開始工作，電源指示燈亮，指示機床外圍已上電，可以打開或關(guān)閉石英燈。按下系統(tǒng)上電按鈕SB2，接觸器KM1通電，輔助觸點閉合自鎖，主觸點KM1閉合，220V系統(tǒng)電源上電，系統(tǒng)通電。同時潤滑泵開始工作，每隔一段時間自動潤滑一次。當(dāng)加工工作完畢需要關(guān)閉系統(tǒng)電源時，按下按鈕SB3，接觸器KM1線圈斷電，主觸點斷開，系統(tǒng)關(guān)閉。如要關(guān)閉機床電源，則可將空氣開關(guān)QF1觸點拉下，整個機床斷電，電源指示燈熄滅。電源設(shè)計中，由于中間繼電器需要24V直流電源，因此需要設(shè)計直流電源，220V交流電源進入整流裝置后，輸出24V直流電源，供中間繼電器和和系統(tǒng)使用。 伺服變壓器控制電路設(shè)計機床伺服驅(qū)動器和伺服電機額定電壓為交流220V，因此設(shè)計一個三相220V變壓器，通過空氣開關(guān)QF4保護電路為伺服控制電路供電。： 伺服變壓器控制電路設(shè)計，伺服驅(qū)動和伺服電機額定電壓為220V，所以采用220V三相變壓器，通過空氣開關(guān)QF4連接到接觸器KM5。由KM5控制伺服驅(qū)動和電機的電源通斷。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(jié)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KA1。通過驅(qū)動器內(nèi)部檢測電路，若X、Y、Z三軸伺服驅(qū)動器工作無異常，則故障連鎖輸出信號導(dǎo)通，中間繼電器KA1線圈通電，KA1觸點閉合，隨之接觸器KM5線圈通電，主觸點閉合，伺服驅(qū)動器工作。 數(shù)控裝置與主軸裝置的連接HNC18i數(shù)控裝置通過XS5主軸控制接口可連接各種主軸驅(qū)動器，實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)、定向、調(diào)速等控制，還可以通過XS4外接主軸編碼器，實現(xiàn)螺紋車削和銑床上的剛性攻絲功能。本次設(shè)計中機床沒有攻絲功能，因此不使用主軸編碼器功能。常用的主軸驅(qū)動器包括交流變頻器、主軸伺服單元（可獲得較寬的調(diào)速范圍和良好的低速性能）等，可利用主軸控制接口（XS5）中的模擬量電壓輸出信號（AOUT:0~+10V），作為主軸驅(qū)動器的信號給定，在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)主軸的無級調(diào)速。主軸啟停控制由PLC承擔(dān)，、反轉(zhuǎn)及停止，一般定義接通有效，，主軸裝置反轉(zhuǎn)，二者都不接通時，主軸裝置停止旋轉(zhuǎn)。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開關(guān)量信號，： 主軸控制接口XS5引腳分布： 主軸控制接口XS5引腳定義信號名說明+24V,24VGPLC DC24V電源主軸定向完成主軸速度到達主軸零速度主軸報警復(fù)位（報警消除）主軸正轉(zhuǎn)主軸反轉(zhuǎn)主軸制動主軸定向AOUT主軸模擬量指令0~+10V輸出GND模擬量輸出地注：上表中加粗信號為本次設(shè)計中需要的信號。信號特性l PLC開關(guān)量HNC18i數(shù)控裝置的PLC輸入輸出開關(guān)量主要分布在XS6（PLC輸入接口），XS9（PLC輸出接口）和XS7（手持單元接口），為了使用方便，有些PLC輸入信號和輸出信號也以并聯(lián)的方式分布在XS5（主軸控制接口）和XS1~3（進給軸控制接口內(nèi)），功能是等效的，用戶可以任意選擇一次使用。l 主軸速度模擬電壓信號電壓范圍：0V~+10V負載電流：最大10mA1）： 變頻器接口原理圖2）：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（模擬電壓輸入，+10V）。這兩個端子接到數(shù)控裝置XS5的GND和AOUT端，接收數(shù)控裝置發(fā)送的模擬電壓信號，變頻器根據(jù)模擬電壓信號的大小，控制主軸電機的轉(zhuǎn)速在70~3900轉(zhuǎn)/分鐘無級調(diào)速。變頻器的正反轉(zhuǎn)控制是通過控制端子上的24V、LILI2進行的，LI1控制電機正轉(zhuǎn)，LI2控制電機反轉(zhuǎn)，它們分別與中間繼電器的常開觸點相連，相應(yīng)的中間繼電器線圈通電，觸點閉合。LI1或LI2收到24V電壓信號，控制電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。： 電機正反轉(zhuǎn)控制原理圖3）： 變頻器動力端子定義PE接地端子R/L1電源S/L2T/L3U/T1到電機的輸出V/T2W/T3在充分學(xué)習(xí)和理解數(shù)控裝置與變頻器之間的接口定義與功能后，就可以根據(jù)它們的定義和端子功能設(shè)計主軸電機的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制了。： 主軸電機控制電路圖，UVW2連接到變頻器動力輸入端子R/LS/LT/L3為變頻器和電機提供電源，U/TV/TW/T3輸出到三相異步電機，為電機提供動力。 主軸的啟?？刂朴蒔LC承擔(dān)，從而實現(xiàn)控制觸點的閉合與斷開。變頻器端子LI1和LI2接收電壓信號，控制主軸電機的正反轉(zhuǎn)及其停止，一般定義接通有效，，主軸裝置反轉(zhuǎn)，二者都不接通時，主軸裝置停止旋轉(zhuǎn)。變頻器R1C和R1A是故障繼電器觸點，用于遠程指示變頻器狀態(tài)。當(dāng)變頻器處于欠壓、過流，過載等異常狀態(tài)時，內(nèi)部觸點閉合，數(shù)控裝置檢測到之后發(fā)出主軸報警信號，用于保護變頻器和主軸裝置。 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型，具備反饋接口，可以控制脈沖指令式的伺服驅(qū)動和步進驅(qū)動裝置。 數(shù)控裝置軸控制接口XS1XS3接口定義脈沖式接口使用脈沖信號，傳遞位置指令，可控制各種步進電機驅(qū)動裝置、脈沖接口伺服驅(qū)動裝置。其特點是通用性強，信號傳遞抗干擾能力強，不會發(fā)生漂移，但構(gòu)成全閉環(huán)需在驅(qū)動裝置中完成。HNC18i/19i 最多可提供XS1 、XS XS3 共3個脈沖式軸接口。XS1—： 軸控制接口XS1XS3布局圖： XS1XS3接口引腳定義1）技術(shù)規(guī)格l 高脈沖頻率：800KHZl 24V電源：200mal 編碼器信號：RS422電平2)： 脈沖指令輸出等效電路： 碼盤信號輸入接口等效電路3）脈沖形式在數(shù)控裝置內(nèi)部，通過修改參數(shù)，可以將脈沖輸