数控铣床系统设计.docx

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1、控制系统课程项目设计阐明书项目名称：数控铳床控制系统设计系别：机械电子工程系专业：机械设计制造和其自动化姓名：CitV学号：09名8888组员：学号：学号：指导教师：陈少波完毕时间：2023年6月8日至2023年6月22日目录1概述错误!未定义书签。1.1 设计目的错误!未定义书签。1.2 使用设备错误!未定义书签。1.3 设计内容和规定错误!未定义书签。2NUM1020控制系统设计错误!未定义书签。2.1 功能概述错误!未定义书签。2.2 重要元器件选型错误!未定义书签。电机选型错误!未定义书签。2.2.2伺服驱动器与变频器选型错误!未定义书签。2.3 电路原理设计错误!未定义书签。2.3.

2、1 电源供电设计错误!未定义书签。2.3.2 动电路设计错误!未定义书签。2.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计错误!未定义书签。2.3.4 手轮与轴卡连接设计错误!未定义书签。铳床控制电路设计错误!未定义书签。2.4 控制系统设计错误!未定义书签。控制系统功能设计错误!未定义书签。2.4.1 参数设置错误!未定义书签。2.4.2 程序设计错误!未定义书签。3总结错误!未定义书签。1概述1.1 设计目的1）、掌握简朴数控铳床控制系统的设计过程2）、掌握常用数控系统（NIJM1O20）的操作过程3）、掌握交流伺服电机B工作方式和应用过程4）、理解数控系统内置式P1C的实现原理和编程方式5）、

3、掌握数控系统自动控制功能程序的设计和开发过程1.2 使用设备1）、NIJM1O20数控系统一套2）、安川交流伺服电机3套3）、计算机和梯形图编辑软件一套1.3 设计内容和规定1）、以试验室既有的设备（NUMIo20数控系统）作为控制器，参照试验室既有时数控铳床B功能，完毕一台具有3轴联动功能0数控铳床的电气系统设计过程。2）、移动轴（3轴）采用试验室既有的交流伺服电机进行驱动，采用半闭环位置控制模式。3）、主轴采用试验室既有的变频调速器进行设计驱动，系统不规定具有自动换刀功能。4）、完毕P1C输入输出点0分派。5）、具有行程和其他基本B保护功能。6）、设计有关功能的梯形图控制程序（规定具有：手

4、动进给功能、手轮进给功能、MD1功能、自动控制功能和多种基本的逻辑保护功能）7）、完毕设计汇报。2NUM1020控制系统设计2.1 功能概述此三轴联动数控铳床由X、Y、Z轴三轴和主轴构成，X、Y、Z轴采用伺服电机传动，由伺服驱动器驱动。主轴采用一般三相异步电机，由变频器驱动。数控系统采用NUM1O20数控系统。由NUMIO20数控系统作为控制关键，三台伺服驱动器通过NUM1020系统B轴卡地址编码控制，主轴变频器由数控系统BP1C输出模拟量控制，同步变频器反馈速度模拟量输入到P1Co系统框图如图1所示。图1功能概述图2.2 重要元器件选型2.2.1 电机选型性能参数设计指标：（1）工作台质量m

5、=510kg（所受B重力W=5000N）；（2）主轴部分工作部件质量m=510kg（所受的）重力W=5000N）；（3）工作台0最大行程1p=600mm;（4）工作台X轴和Y轴最大移动速度VmaX=900Omm/min；（5）Z轴最大移动速度为300Omm/min；（6）主轴最大转速n=2023nmin;（7）最大切削力F=IOOON;（8）铳刀最大直径d=20mr;（9）工作台采用贴塑导轨，导轨0动摩擦系数H=O.15。（10）位置控制精度0.01mm。2.2.1.1X轴和Y轴驱动电机选型：X、Y轴为平动，电机驱动力仅需要克服平动所受到的导轨的摩擦力，因此电机所需功能较小。所需驱动功率假设电

6、机传动效率为=0.9,则电机最小功率为P_1=P/n=0.13kW221.2Z轴驱动电机选型：Z轴电机驱动主轴部件移动时，需要克服工作部件B重力，所需要电机功能较大。所需驱动功率假设电机传动效率为n=0.9,则电机最小功率为P_2=P/n=0.28kW2.2.1.3主轴轴驱动电机选型：根据性能参数设计指示，最大切削力F=IOOON,铳刀最大直径d=20mm所需电机最大转矩T由公式得所需驱动功率查电机型号选型手册，低功率交流电机的转速较大，没有2840nmin和如下0,因此，此处电机扭矩计算按电机转速3000n/min计算：假设电机传动效率为n=0.9,则电机最小功率为P_2=P/=3.5Kw根

7、据以上计算，X、Y、Z轴的伺服电机选用日本安川品牌的交流伺服电机，主轴选用西门子品牌的三相异步电机。电机型号如下表所示：轴型号转速功率扭矩编码器XSGMGH054AAA2S1500rmin0.45KW490Nm17比特增量式YSGMGH054AAA2S1500rmin0.45KW490Nm17比特增量式ZSGMGH20ACB2S1000rmin2.0KW1176Nm17比特增量式主轴Y112M-22890rmin4.0KW13.2Nm2.2.1.4控制精度验算：设齿轮传动比，丝杆导程为t=6mm,则控制精度为符合设计精度指示规定。2.2.2伺服驱动器与变频器选型因驱动电机选用的是安川品牌的伺服

8、电机，为了使系统性能更优，以便维护,选用安川品牌的伺服驱动器，型号与伺服电机对应。变频器选型台达品牌0通用型号。如下表所示：伺服器与变频器型号轴品牌型号功率X安川SGDM05AD0.45KWY安川SGDM05AD0.45KWZ安川SGDM20ADA2KW变频器台达VFD750B43A5KW2.3电路原理设计2.3.1电源供电设计图2所示是铳床数控系统输入电源电路部分。其中1I、12、13为火线，构成三相交流380V供电线；N为零线；PE为地线。一台伺服电机额定电流8A,整个系统估计30A,初定40A,选用14平方铜线。电源总开关采用断路器，对电路过载和过流保护。通过三相隔离变压器，将三相交流3

9、80V电压转换成三相交流220V电压对伺服电机的供电，三台伺服电机的总功率是2.9KW,变压器功率选4.5KWo加入220VAC-24VDC电源模块，将两相220V交流电压转换成24V直流电压，对NUM系统和其P1C输入输出部分供电。NUM系统6控IM回路/P1C回路.4D控制网路/P1CW1路2EZ）拄即回路/P1C回路.2E图2电源供电设计*3卫nMPE,AC380V2QF2KA6KA72A2何眼争动爆2A1何叱册动;z，uu，yIX2A3何服弊功m2QF3KA8fAA2QF4KM42QF5AAWGNOREVFwnXM201交版31以AHG*ONUM票统校K1基喻出KA4上就反转KA3fc

10、tt.H5s个NUM系统校R呈恰人2M2101.i2M3V1J2M42M5甯X轴Y轴Z轴主轴冷却液泵图3驱动电路设计2.3.2 驱动电路设计如图3所示，X、Y、Z轴伺服电机连接伺服驱动器，主轴电机连接变频器，变频器B电路接通和正反转控制由NUM系统BP1C输出电路控制。主轴电机由接入变频器，由AC38OV供电。冷却液泵采用三相AC380VB电机驱动，功率为40WO电路中采用断路器对电路进行过载和短路保护。2.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计如图4所示，为电机编码器与伺服驱动器连接，采用速度控制模式。X、丫、Z轴的接线方式相似。图4电机编码器与伺服驱动器连接电路2.3.4手轮与轴卡连接设计

11、图5手轮与轴卡连接电路强电允许Q500.2外部运行允许伺服主轴ON正转0501.0轴转主反却开冷液启曲服动x伺启轴服漫Ys伺启Q501.105014Q5.3Q5004Z轴伺服启动Q500.5S1S21S3S4SJS5J316KA1OIZZINCOTBS1OTS2ESTOP1ESTOP3图6铳床控制电路如图6所示，继电器部分KAbKA1O为直流24V中间继电器，由输出开关量控制，重要控制主轴正反转、冷却电动机和伺服控制等。图中S1S3分别为X轴的正、反超程限位开关的常闭触点；S3、S4分别为Y轴的正、反超程限位开关时常闭触点；S5、S6分别为Z轴B正、反超程限位开关0常闭触点，它们结合伺服系统的

12、运行标志位来控制系统的运行容许继电器。伺服ON是来自伺服电源模块与伺服驱动模块的故障连锁。OVOVM/g0201黎7承琴移2*1档M/03S1XZk22/8/0304/03X/03M/。3伺服电源系统启动伺服电源关闭%I5O2.1%Q500.2%I5O1.5CoM%501.3Q500.3%I5O12C0M%I5O1.1%Q5004%I5O1.OCoM%I5OO.7ZC%Q5005NC%I5OO.6com%I1O1.1%Q501.0%I1O1,Ocom%I1OO.2x,q5011%I1OO.1com%1100.0%Q5014%I5OO.124V%I5OO.O24V24VwATI、_*o电FKV1

13、.40-运行允许,X轴驱动上电Y轴驱动上电,Z轴驱动上电,冷却液开关主轴电机正转,主轴电机反转模拟量输出至变频器变频器模拟量输入N图7P1C接口如图7所示，根据系统控制对P1C的输入输出端口进行分派，输入开关量重要有进给装置、主轴装置、冷却液等的状态信息，输出开关量控制是对应的继电器工作。2.4.1 控制系统功能设计字段值定义%M存储型公共变量%V非存储型公共变量%1输入/输出（I/O）接口读变量%Q输入/输出（I/O）接口写变量%RCNC输入/输出（I/O）接口读变量%WCNC输入/输出（I/O）接口写变量%S公共字变量%Y局部变量2.4.2 参数设置数控机床存在诸多的参数，不一样的参数起到不一样的控制作用，系统庞大,故在此只设置某些参数起到我们想要0参数,下面是NUM1020经典参数设置表:参数序号系统设置值观测到B成果更改值更改后B对系统的J影响备注P207三轴均有测量误差05Y轴不再显示