【正文】 心，我國企業(yè)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)參與國際競爭。 在數(shù)控機床中，主軸是機床里的一個非常重的部分，對于它的控制的好壞一定程度上反應(yīng)一個機床的控制柔性的程度。目前在數(shù)控車床中，主軸驅(qū)動常使用交流電動機，直流電動機已逐漸被淘汰，由于受永磁體的限制，交流同步電動機功率做得很大時，電動機成本太高。為了獲得良好的主軸特性，設(shè)計中采用矢量變頻控制的交流主軸電動機，矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式，后者具有更高的速度控 制精度，在數(shù)控車床中無速度傳感器的矢量變頻器已符合控制要求 近年來， PLC 在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。 論文以我所在 常熟車床加工 有限公司數(shù)控車間的永進 TC15 數(shù)控車床為研究對象，結(jié)合所學(xué)知識參考數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護綜合實訓(xùn)，論文主要研究永進 TC15 數(shù)控車床的主軸控制系統(tǒng)、電氣原理設(shè)計， PMC程序的設(shè)計等內(nèi)容。 數(shù)控機床對主軸驅(qū)動系統(tǒng)的要求 主軸驅(qū)動系統(tǒng)也叫主傳動系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運動的動力裝置部分。它是零件加工的成型運動之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。機床主軸的工作運動通常是旋轉(zhuǎn)運鄭州大學(xué)畢業(yè)論文 共 27 頁 第 6 頁 動，不像進給驅(qū)動需要絲杠或其它直線運動裝置作 往復(fù)運動。在 20 紀 6070 年代，數(shù)控機床的主軸一般采用三相感應(yīng)電動機配上多級齒輪變速箱實現(xiàn)有級變速的驅(qū)動方式?，F(xiàn)代數(shù)控機床對主軸傳動提 出了更高的要求： （ 1）調(diào)速范圍寬并實現(xiàn)無極調(diào)速 為保證加工時選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。 目前主軸驅(qū)動裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達 1∶ 100，恒功率調(diào)速范圍也可達 1∶ 30，一般過載 倍時可持續(xù)工作達到 30min。在無級變速中，變頻調(diào)速主軸一般用于普及型數(shù)控機床，交流伺服主軸則用于中、高檔數(shù)控機床。由于主軸電動機與驅(qū)動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。 （ 3）具有 四 象限驅(qū)動能力 要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動時均可進行自動加、減速控制，并且加、減速時間要短。 （ 4）具有位置控制能力 即進給功能（ C 軸功能）和定向功能（準停功能），以滿足加工中心自動換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及 車削中心的某些加工工藝的需要。 數(shù)控機床加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)。最后一級一般用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)。應(yīng)采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提高主軸的組件的剛性。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動，采用內(nèi)徑定心。因此數(shù)控機床在控制設(shè)計上具有很大的靈活與實際應(yīng)用性。 機床的電氣控制線路是由各主令電氣，接觸器、繼電器、保護裝置和電動機等，按照一 定的控制要求用導(dǎo)線連接而成的。 機床電氣控制應(yīng)該遵循的原則有： （ 1）最大限制滿足機床和工藝對電氣控制的要求。 （ 3）妥善處理機械與電氣的關(guān)系。 （ 5）合理選用電氣元件 機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計包含原理設(shè)計和工藝設(shè)計兩部分。 2. 選擇拖動方案與控制方式 電動機選擇基本原則： （ 1） 電動機的機械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機械提出的要求，要與被拖動負載特性相適應(yīng)以保證運行穩(wěn)定并具有良好的啟動、制動性能，對有調(diào)速要求時應(yīng)合理選擇調(diào)速方案； （ 2） 工作過程中電動機容量能得到充分利用，使其溫升盡可能 達到或接近額定溫升值； （ 3） 電動機的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能滿足機械設(shè)計要求，選擇恰當?shù)氖褂妙悇e和工作制，并能適用周圍的環(huán)境工作條件。 電力拖動方案確定后，電動機的類型、數(shù)量及其控制要求就已基本確定，采用什么方法去實現(xiàn)這些控制要求就是控制方式的選擇問題。 3. 設(shè)計電氣控制原理圖、選用元器件、編制元器件目錄清單。 5. 編 寫設(shè)計說明書。鄭州大學(xué)畢業(yè)論文 共 27 頁 第 8 頁 要善于歸納與總結(jié)，才能較輕松的寫出相應(yīng)的程序 電氣方案的確定 主軸驅(qū)動裝置根據(jù)主軸速度控制信號的不同分為模擬量控制的主軸驅(qū)動裝置和串行數(shù)字控 制的主軸驅(qū)動裝置兩類。串行數(shù)字控制的主軸驅(qū)動裝置是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家用來驅(qū)動該廠家專業(yè)主軸電機的驅(qū)動裝置，不同數(shù)控系統(tǒng)其主軸驅(qū)動裝置各不相同。 當前，第六代數(shù)控系統(tǒng)以西門子的 840D 和 810D 數(shù)控系統(tǒng)為代表，它的硬件結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊、模塊化，軟件內(nèi)容更加豐富，功能更強大，代表并引領(lǐng)著當今數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。三菱電機 M60S 數(shù)控系統(tǒng)的替代品 —— C70適用于大 規(guī)模生產(chǎn)線，其最新推出的 M70/M700 可更廣泛地用于多種機械加工。 Mazatrol Fusion 640 數(shù)控系統(tǒng)以其高品質(zhì)的運動控制性能和先進的信息化、智能化功能在技術(shù)上同樣居于世界領(lǐng)先地位。繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現(xiàn)象。控制速度 PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。 隨著數(shù)字 SPWM 變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，越來越多的采用通用變頻器作為數(shù)控機床主軸驅(qū)動裝置。 FANUC 的數(shù)控系統(tǒng)具有高 質(zhì)量、高性能、全功能，適用于各種機床和生產(chǎn)機械的特 點，在市場的占有率遠遠超過其他的數(shù)控系統(tǒng)。 （ 1）系統(tǒng)在設(shè)計中大量采用模塊化結(jié)構(gòu)。 （ 2）具有很強的抵抗惡劣環(huán)境影響的能力。 （ 3）有較完善的保護措施。 （ 4） FANUC 系統(tǒng)所配置的系統(tǒng)軟件具有比較齊全的基本功能和選項功能。（ 5）提供大量豐富的 PMC 信號和 PMC 功能指令。 （ 6）具有很強的 DNC 功能。 （ 7）提供豐富的維修報警和診斷功能。 PLC 采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可。時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大。 鄭州大學(xué)畢業(yè)論文 共 27 頁 第 10 頁 第二 章電氣原理圖的設(shè)計 電氣原理圖的設(shè)計 電源電路 電源電路 見附錄 （圖 1） 原理： D1 — QF1 為電源總斷路器，電源 AC380V 供給變頻器 。 D1— VC1為開關(guān)電源，為 CNC、 CRT\MDI、中間繼電器提供 DC24V 電源。 電路 圖 CNC 電路圖見附錄（圖 2） 本課題采用 FANUC 公司 POWER 0i MATE 數(shù)控系統(tǒng)， CNC 電路 圖 ， W1A1為 CNC 裝置。 CNC輸出的模擬信號到變頻器的 10與 15端口，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，通過設(shè)置變頻器的參數(shù)，實現(xiàn)從最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的調(diào)速。主軸位置上的編碼器 H1— GP 使主軸能與進給驅(qū)動同步控制，以便加工螺紋； M3— K M3— K4 為主軸正反轉(zhuǎn)繼電器，通過 PLC 實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。 強電電路 強電電路見附錄 （ 圖 4） 當按下急停按鈕 M1SB1 時， SB SB3 為 CNC 接通 /斷開按鈕，發(fā)出急停信號 K2停止主軸轉(zhuǎn)動，打開電源鑰匙 M1SA1,接通中間繼電器 K3， AC220V 上電， M3K1 為通過 PLC 接通主軸電動機接觸器 H1K1 的信號。 M3K1 為接通主軸電動機繼電器， K K4 為主軸正反轉(zhuǎn)繼電器， HL3 為故障燈。在電路中主要起短路保護作用，選擇熔斷器時主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電流及熔體的額定電流。按照課題的要求，本課題選用的是 型號的變頻器。 (2)轉(zhuǎn)矩特性、臨界轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩。 主要具有以下特點：（ 1） 變頻器效率 96%至 97%； （ 2） 過載能力強，內(nèi)置制動單元， 5分鐘內(nèi)持續(xù)時間 60 秒 150%(恒轉(zhuǎn)矩 )負載電流過載，或 1 分鐘內(nèi)持續(xù) 3 秒 200%過載；（ 3） 起動沖擊電流小于額定輸入電 流； （ 4） 各種保護齊全。電機除了考慮常規(guī)的參數(shù)如電機極數(shù)、額定功率、額定電流外，還應(yīng)考慮定子電阻、定子漏感抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子漏感抗、互感抗和空載電流。 (2)控制方式為正弦波 SPWM(提供無速度反饋矢量控制 )，控制性能較以前的 VF控制方式性 能上有很大的改善，特別是在低速轉(zhuǎn)矩上滿足機床主軸的需求， 5Hz 時起動轉(zhuǎn)矩能夠達到 150%以上 。 (4)提供標準的 0～ 10V 模擬量接口 (輸入阻抗 47kΩ，輸出阻抗 250kΩ )，能夠與大多數(shù)數(shù)控 系統(tǒng)接口兼容，通用性強 。 鄭州大學(xué)畢業(yè)論文 共 27 頁 第 12 頁 (6)提供多功能的輸出端子信號，例如零速信號，運轉(zhuǎn)中信號，速度到達信號，故