【正文】 如圖 所示為數(shù)控車(chē)床 PLC 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 39 的系統(tǒng)框圖。 在輸出處理階段， CPU將輸出映像寄存器的通 /斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。 圖 循環(huán)過(guò)程 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 38 入的命令，新編程器的顯示內(nèi)容。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程序 控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。此外， PLC 系統(tǒng)還可以配置人 /機(jī)接口裝置、外存儲(chǔ)器、打印機(jī)、 EPROM 寫(xiě)入器等外部設(shè)備。 輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開(kāi)關(guān)選擇開(kāi)關(guān)按鈕 編程器等外設(shè) 擴(kuò)展 I/O 模塊 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 37 (3)電源 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源或 24V 直流電源供電。 (2)I/O 模塊（ PP72/48） I/O 模塊稱輸入 /輸出模塊，是聯(lián)系 CPU 模塊和外部現(xiàn)場(chǎng)的橋梁。 輔助操作面板操作 MPG 手持單元 MPG 手持單元由手搖脈沖發(fā)生器坐標(biāo)軸選擇開(kāi)關(guān)組成用于手搖方式增量進(jìn)給坐南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 35 標(biāo)軸。 ⑻ 啟動(dòng)：工作臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行方式，自動(dòng)完成星形到三角形切換。 ⑸ 正向、反向：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)行方向，順時(shí)針和逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 ⑵ 橫梁上升：按下此鍵，如果處于 JOG 方式，而且梁可以移動(dòng)則按鈕指示燈亮，橫梁鎖緊閥松開(kāi)，松開(kāi)到位時(shí)橫梁上升，遇到上限位開(kāi)關(guān)橫梁停止上升。 機(jī)床控制面板 機(jī)床控制面板上的各種功能鍵可執(zhí)行簡(jiǎn)單的操作，直接控制機(jī)床的動(dòng)作及加工過(guò)程 。如圖 所示。 圖 802D SL Value 連接總圖 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 31 數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器連接 SINAMICS S120 是西門(mén)子公司新的一代驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， S120 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了比較先進(jìn)的軟硬件技術(shù)以及通訊接口技術(shù) [2]。 鍵盤(pán)的 連接 802Dsl 可以選用水平或垂直的鍵盤(pán)，連接時(shí)用所提供的電纜與 PCU 連接，用帶彎角的插頭將 PCU X9 接口與鍵盤(pán)相連即可。 24V DC 電源一般直接選用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源供電，為了提高系統(tǒng)的可靠性，可使用兩個(gè)獨(dú)立的 24V 直流電源，一個(gè)用于 802Dsl 的 PCU、 PP72/48 和輸入信號(hào)的公共端，而另一個(gè)電源為 PP72/48 的輸出信號(hào)供電（接 X11 X22X333 端子的 47/48/49/50）。無(wú)硬盤(pán)， 無(wú)電池，無(wú)風(fēng)扇，采用長(zhǎng)壽顯示屏光源，無(wú)需日常維護(hù)。 802D 數(shù)控系統(tǒng)電氣圖 802D SL 數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 SINUMERIK 802D SL是一款結(jié)構(gòu)緊湊的控制系統(tǒng)，它將數(shù)控系統(tǒng)中的所南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 29 有模塊 (CNC , PLC 和 HMI)都集成在同一控制單元中。 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 28 圖 液壓電機(jī)、橫梁電機(jī)控制電路 圖 液壓電機(jī)、橫梁電機(jī)主電路控制 橫梁升、降 M7 控制設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 機(jī)床橫梁可沿床身導(dǎo)軌上下移動(dòng)， 根據(jù) 行程要求設(shè)有終點(diǎn)限位開(kāi)關(guān) LSLS11，橫梁移動(dòng)操作只有點(diǎn)動(dòng)，由于橫梁是被液壓油缸通過(guò)杠桿放大，將橫梁牢固得夾緊在立 柱 上，因此如果要移動(dòng)橫梁，必須首先使其放松，且要放松到位，在電氣控制方面設(shè)有橫梁放松電磁閥 YV2，當(dāng) YV2 得電后，壓力油進(jìn) 入 夾緊油缸 的 大面積端，使橫梁得到放松，放松到位壓合 LS9 行程開(kāi)關(guān)，為橫梁移動(dòng)準(zhǔn)備好條件，否則無(wú)法開(kāi)動(dòng)橫梁。 按壓 “換檔確認(rèn)” 按鈕， PLC 按 工作臺(tái)變速程序發(fā)出工作臺(tái)變速的控制指令，鎖桿放松 電磁閥 YV1 線圈得電，銜鐵動(dòng)作，壓力油通過(guò)閥孔推動(dòng)鎖桿放松到位并壓合南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 27 變速開(kāi)關(guān) LS7， 如圖 所示， 變速指示燈 亮 。 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 26 M5 停車(chē)制動(dòng)控制 控制原理采用能耗制動(dòng)， 如圖 所示， 操作方式采用手動(dòng)控制制動(dòng)時(shí)間，即按壓停止按鈕時(shí)間為電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)間，松開(kāi)按鈕制動(dòng)被解除。 － △ 變換 當(dāng)電動(dòng)機(jī) Y 接運(yùn)轉(zhuǎn) 10 秒時(shí)，經(jīng) PLC 內(nèi)部按程序判斷，使 KM53 接觸器線圈斷電，其觸點(diǎn)解除電動(dòng)機(jī) M5 繞組 Y 接狀態(tài)， KM53 斷電后，又經(jīng) 秒延時(shí)， KM54 接觸器線圈得電，其觸點(diǎn)完成對(duì)電動(dòng)機(jī) M5 繞組的 △ 接，實(shí)現(xiàn)了 Y－ △ 變換。進(jìn)給軸 X 電機(jī) SMX，進(jìn)給軸 Z 電機(jī) SMZ。在數(shù)控機(jī)床中三相變壓器主要是給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。 （ 1）機(jī)床控制變壓器 如圖 所示 機(jī)床控制變壓 器適用于頻率 50Hz～ 60Hz，輸入電壓不超過(guò)交流 660V 的電路。時(shí)間繼電器如圖27 所示。 JZ系列適用于交流電壓 500V（頻率為 50Hz 或60Hz）、直流電壓 220V 以下的控制電路中； DZ 系列主要用于各種繼電保護(hù)線路中，用以增加保護(hù)繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量和容量。繼電器的種類(lèi)很多，按輸入信號(hào)的性質(zhì)分為：電壓繼電器、電流繼電器、時(shí)間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器等。 如圖 25 所示，其工作原理是當(dāng)線圈通電后，鐵芯產(chǎn)生電磁吸力將銜鐵吸合。 圖 行程開(kāi)關(guān)電氣圖形及文字符號(hào) ⑶ 接近開(kāi)關(guān) 接近開(kāi)關(guān)是非接觸式的監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)運(yùn)動(dòng)著的物體接近它到一定距離范圍南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 21 內(nèi)，就能發(fā)出信號(hào)。 ⑴ 控制按鈕 按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的主令電器。 圖 正泰熔斷器外形圖、電氣圖形及文字符號(hào) 低壓斷路器 低壓斷路器（曾稱自動(dòng)開(kāi)關(guān)）相當(dāng)于閘刀開(kāi)關(guān)，熔斷器（保險(xiǎn)絲一類(lèi)）等電器的組合，是一種既有手動(dòng)開(kāi)關(guān)作用又能自動(dòng)進(jìn)行過(guò)載和短路保護(hù)的電器；是一種不僅可以接通和分?jǐn)嗾Ｘ?fù)載電流，電動(dòng)機(jī)工作電流和過(guò)載電流，而且可以接通和分?jǐn)嚯娏鞯拈_(kāi)關(guān)電器，如圖 22 所示。 X 軸伺服電機(jī)為西門(mén)子伺服電機(jī)型號(hào)為 1FK70842AF711ECB0，額定功率為，額定轉(zhuǎn)矩為 10Nm，額定電流為 ,轉(zhuǎn)子 慣量為 10 4[kg m2]， TR=10[Nm]， TAC＝ 20[Nm]) 從容量選擇條件得 Z 軸伺服電機(jī)為 西門(mén)子同 步電機(jī) 1FK70842AF711ECB0 (JM＝ 10 4[kg50mm X 軸絲杠長(zhǎng)度為 1500mm、直徑為 216。 0 .0 4 2 m m 2585 2 2 6 .50 .0 0 2 4 zdF0 .0 0 2 43223 22mx3x????? (215) 0 .0 3 5 m m 25839720 .0 0 2 4 zdF0 .0 0 2 43223 2m23z???? z? 因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量 m 239。1X????? X?? 2. 滾珠與螺紋滾道間接觸變形 滾珠絲杠副及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，滾珠與螺紋滾珠道接觸變形 3 2ywm2ZFd??? 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。否則，應(yīng)考慮選用大直徑的滾珠絲杠副。 伺服電機(jī)的參數(shù)計(jì)算 已知基本參數(shù) X 軸方向滑座的重量為 800Kg Z 軸方向刀架的重量為 500Kg Z 軸滾珠絲杠按要求有效行程為 600mm 設(shè)計(jì)后絲杠總長(zhǎng)為 800mm X 軸滾珠絲杠按要求有效行程為 1250mm 設(shè)計(jì)后絲杠 總長(zhǎng)為 1500mm X 軸最高移動(dòng)速度 Vmax = 5（ m/min） Z 軸最高移動(dòng)速度 Vmax = 5（ m/min） 主軸電機(jī)功率 P=25KW 工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速范圍 2～ 400r/min 最大行程內(nèi)行程誤差 = 失位量 = 滾珠絲杠的安裝、方式為（ X 方向固定 — 固定、 Z 方向固定 — 支撐） 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 8 滾珠絲杠的選擇 1. 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 設(shè) Z 軸 快移速度為 Vmax=5m/min 伺服電機(jī) 最高 轉(zhuǎn)速 Nmax=3000r/min 0 0 05 0 0 0m a xm a xh ??? NVP （ 21） 式中， Ph—— 滾珠絲杠副的導(dǎo)程 此處為了安全考慮 Z 軸絲杠導(dǎo)程 Ph 取 10mm 設(shè) X 軸 快移速度為 Vmax=5m/min 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速 為 Nmax=3000r/min 0 0 05 0 0 0m a xm a xh ??? NVP 式中， Ph—— 滾珠絲杠副的導(dǎo)程 此處為了安全考慮 Z 軸絲杠導(dǎo)程 Ph 取 10mm 2. 切削力的計(jì)算 最大切削功率，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ； ?PPQ? （ 22） 式中， PQ—— 主電動(dòng)機(jī)功率 η—— 主傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，一般為 ～ ，這里取 η= 2 0 KW PP Q???? ? 切削功率應(yīng)在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或轉(zhuǎn)矩）和最大切削速度（或轉(zhuǎn)矩）來(lái)計(jì)算， 6120VFP CQ ? （ 23） 1000dnV ?? （ 24） 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 9 式中， Fc—— 主切削力 V—— 最大切削線速度 d—— 最大工件直徑 d=1250mm n—— 主軸轉(zhuǎn)速，當(dāng)工件直徑為最大加工直徑時(shí) n 取 20r/min 1000dnV ?? m in/1000 m? ??? 按用硬質(zhì)合金刀具一般切削鋼件時(shí)的速度取 V= NFC 612020 ??? 在一般外圓車(chē)削時(shí) ? ? CF0 .6～ X ? ? ? CF0 .7～ Z ? ?。? X ??? NZ 1 1 81 5 5 9 ??? 式中， Fx—— 縱向切削力 FZ—— 垂直方向切削力 Fm 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給率引力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力，因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 7 第二章 伺服電機(jī)參數(shù)計(jì)算 概述 伺服電機(jī) [2]是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的不斷向前發(fā)展 ,大自然的環(huán)境承受能力又是有限的 ,提倡“低碳環(huán)?！钡纳胬砟钍侨祟?lèi)以后追求的發(fā)展方向 ,其中在能源的供應(yīng)方式上要求盡量采用綠色能源 ,向盡量較少對(duì)大自然環(huán)境有污染的方向發(fā)展。 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 6 ⑺ 測(cè)量反饋裝置 測(cè)量裝置也稱反饋元件， 它是將數(shù)控機(jī)床的實(shí)際位置，速度以及機(jī)床當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)加以檢測(cè)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸送給數(shù)控裝置，是數(shù)控裝置能夠校核機(jī) 床的實(shí)際情況是否與指令一致。最初研制這種裝置的目的是為了 解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開(kāi)關(guān)控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器 ( PLC， Programmable Logic Controller)。 ⑸ 驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，按照信息要求 通過(guò)簡(jiǎn)單 的機(jī)械連接部件驅(qū)動(dòng)機(jī)床，使工作臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 最后加工出圖紙所要求的零件。伺服 系統(tǒng)的作用就是來(lái)自數(shù)控裝置的各種指令，轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。 ⑶ 輸入 /輸出設(shè)備 南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 5 輸入裝置將 各種 加工信息傳遞于計(jì)算機(jī)