数控车床电气柜设计与调试说明书.docx
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1、FANUC 0iD 数控车床电气柜设计与调试 摘要数控机床由普通机床发展而来,它集机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制和网络通信等技术于一体是一种高效率、高精密、能保证加工质量、解决工艺难题,而且又具有一定柔性的生产设备,并正逐步取代普通机床。数控机床的广泛的使用,给机械制造业的生产方式、产品结构和产业结构带来了深刻的变化,其技术水平高低和拥有量多少,是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志。本设计主要对电气柜等设计关键词:数控车床;FANUC;电气柜设计FANUC 0iD CNC lathe electric cabinet as well as de
2、sign and commissioningAbstractCNC machine by conventional machine tools, it integrates machine, hydraulic, pneumatic, servo drive, precision measurement, electrical automatic control, modern control theory, computer control and network communication technology in a body is a kind of high efficiency,
3、 high precision, ensuring the machining quality, solve process problems, but also has the certain flexible production equipment, and is gradually replacing conventional machine tools. Numerically-controlled machine tools extensive use, give machinery manufacturing mode of production, product structu
4、re and industrial structure brought about profound changes its technical level discretion and ownership, how much is the measure of a country and the enterprise modernization level of important symbol. This design is mainly to the electricity gas holder, such as designKeywords: CNC Lathe;FANUC;Elect
5、ric cabinet as well as design目录摘要1第一章 绪论41.1数控机床电气控制系统的发展41.1.1数控系统的发展41.1.2伺服系统的发展51.1.3可编程控制器的发展51.2强电控制柜简介51.3电气控制系统设计的意义5第二章 数控装置的组成、结构与功能62.1数控机床的组成62.1数控车床控制结构图62.1数控系统、模块的功能72.3.1变频器的功能、连接与调试72.3.1伺服驱动系统12第三章 数控机床的PMC143.1PMC程序介绍143.4.1PMC接口143.4.1地址格式和信号类型143.4.1程序分析17第四章 电气柜的设计194.1电柜柜体设计19
6、4.1.1电柜的密封194.1.2电柜温升设计214.1.3电柜柜体的抗干扰设计234.1.4电柜的制造工艺244.2电柜内部温升设计244.2.1电柜内部的温升计算244.2.2操作站的温升设计254.3元器件选型254.3.1断路器254.3.1.1一般选型254.3.1.2电动机保护用自动开关的选型264.3.2熔断器264.3.3接触器264.3.4继电器274.3.5开关电源284.3.6接线端子的选型及布置规范294.4元器件的分布与设计参考304.5抗干扰和接地对策.314.5.1信号线的分离314.5.2接地324.5.2.1接地的含义324.5.2.2接地的目的324.5.2
7、.3接地的方式334.5.2.4地环路干扰的抑制334.5.2.5灭弧装置的使用344.5.4.1噪音抑制器344.5.4.2浪涌吸收器354.5.5屏蔽接地37第五章 调试405.1手动进给的调试405.2全闭环伺服系统的调试405.3系统综合调试41参考文献43致谢44附录一:数控车床电气柜柜体图45附录二:数控车床布局说明46第一章 绪论目前,数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术,成为国际间科技竞争的重点。数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体,使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制造业,成为国民经济
8、的基础工业。1952年,美国研制的世界第一台三坐标数控机床,其特点是用三个数控伺服系统代替了传统的机械进给系统。早期的数控机床同普通机床相比,除进给系统是数控伺服系统外,外形和结构基本相同。我国现在生产的经济型数控机床,就属于这种类型,因为这些产品是在普通机床的总体结构基础上经局部改进而发展出来的。数控机床不仅表现为数量迅速增长,而且在质量性能和控制方式上也有明显改善。数控机床加工工件时,完全根据计算机发出的指令自动进行加工,不允许频繁测量和进行手术补偿,这就要求机床结构具有较高静刚度与动刚度,同时要提高结构的热稳定性,提高机械进给系统的刚度并消除机械传动间隙,消除爬行。这样,可以有效避免振动
9、、热变形、爬行和间隙影响被加工工件的精度。数控机床在当今机械加工设备中有着举足轻重的作用,而机床有CNC、PLC、进给伺服驱动系统、主轴伺服驱动系统、辅助装置等部分组成。其中主轴是不可或缺的。高速铣削加工在高速切削加工中扮演着最重要的角色,而高速机床所选用的主轴系统特性的优劣,又直接影响着高速铣削加工的质量。1.1数控机床电气控制系统的发展数控机床电气控制系统的发展与数控系统、伺服系统、可编程控制器的发展密切相关。1.1.1数控系统的发展随着微电子技术和计算机技术的飞速发展。数控系统的功能不断的增多、柔性不断增强、性能价格比不断提高。当前数控系统正朝着下面几个方面发展。1. 高速度、高精度化2
10、. 智能化数控系统应用高技术的重要目标是智能化。智能化主要体现以下几个方面:(1) 自适应控制技术(2) 附加人机会话自动编程功能(3) 具有设备故障自诊断功能3. 小型化4. 计算机群控5. 具有更高的通信功能1.1.2伺服系统的发展早期的数控机床伺服系统多采用晶闸管直流驱动系统。并且采用了闭环控制,以获得良好的动静态特性。但是由于直流电动机受机械换向的影响和限制,大多数直流驱动系统适用性差,维护比较困难,而且其恒功率调速范围小。20世纪80年代以后,交流驱动系统进入实用阶段。目前交流伺服驱动系统已经基本取代了直流伺服驱动系统。1.1.3可编程控制器的发展1969年在美国出现第一台可编程逻辑
11、控制器(PLC programmable logic controller)以来,经过多年的发展,PLC现在已成为一种重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。1.2强电控制柜简介强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元件,除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源,以及各种短路过载、欠压等电气保护外,主要在PLC的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起连接作用,控制机床装置,如各种交流电动机,液压系统电磁阀或电磁离合器等。此外,它也与机床操作台有关手动按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元件等构成,它与一般普通机床的
12、电气类似,但为了提高对弱电控制系统抗干扰性,要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等其中的电磁感应器件中均必须并联RC阻容吸收器;对各种检测信号的输入均要求用屏蔽电缆连接。1.3电气控制系统设计的意义电气柜的设计、电气线路的设计是数控机床靠可靠性的最重要关口,设计的先天缺陷对产品的可靠性影响非常大,有时是无法补救的。一定尽量在设计中避免上述问题的出现,不要等出现问题再去补救,费时费力且会对厂家的信誉产生影响。通过这次毕业设计,可以达到以下目的:1.培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力;2.强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力;3.使本人受到从事本专业工程技术
13、和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力;4.培养正确的设计思想和工程经济观点,理论联系实际的工作作风。第二章 数控装置的组成、结构与功能2.1数控机床的组成数控机床是装备了数控系统的机床,既包括NC机床,也包括CNC机床。数字控制机床(Numerical Controlled Machine Tool),简称NC机床。数控系统是一种控制系统,它能控制机床的运动和加工过程。计算机数控机床(Computer-ized Numerical Controlled Machine Tool),简称CNC机床,是利用具
14、有专门存储程序输入到数控装置,再由数控装置控制主运动的变数、起停、进给运动的方向、速度和位移大小,以及诸如刀具的选择、交换、工件夹紧、松开和冷却的起、停等动作,使刀具与工件及其他辅助装置严格按数控程序的要求进行。数控机床由数控系统模块、主轴控制模块、伺服驱动模块,传感器警示灯、电子器件、电源模块、电动刀架模块、冷却系统模块、接线端子等组成。采用开放式和拆装式设计,可以进行数控机床电气控制部件的组装、接线、PMC编程、故障诊断和调试。2.1数控车床控制结构图数控车床控制结构图2.1数控系统、模块的功能如上图,数控车床由两个进给轴、一个旋转轴(主轴)、刀架控制系统、冷却控制系统、润滑控制系统、其他
15、辅助功能控制系统,检测控制电路等组成。主轴采用变频调速系统,主轴电机与编码器间通过同步带(1:1)连接,可反馈主轴电机的转速及主轴参考点坐标系的建立。2.3.1变频器的功能、连接与调试如图2.2为机床主轴控制电路,它主要包括变频器、交流电机以及有控制面板输出的直流控制电压信号等。以下将重点对变频器作详细的介绍。图2.2:主轴控制电路 1)变频器操作面板说明图2-3 变频器操作面板2)基本操作面板功能说明运行模式显示PU:PU运行模式时亮灯;EXT:外部运行模式时亮灯;NET:网络运行模式时亮灯。单位显示Hz:显示频率时亮灯;A:显示电流时灯亮;显示电压时灯灭;设定频率监视时闪烁。M旋钮用于变更
16、频率设定、参数的设定值。按该按钮可显示以下内容:监视模式时的设定频率;校正时的当前设定值;错误历史模式时的顺序。模式切换用于切换各设定模式,长按此键(2秒)可以锁定操作。各设定的确定运行中按此键则监视器出现以下显示:运行频率输出电流输出电压运行状态显示变频器动作中亮灯/闪烁。亮灯:正转运行中,缓慢闪烁(1.4秒循环);反转运行中,快速闪烁(0.2秒循环)。参数设定模式显示参数设定模式时亮灯。监视器显示监视模式时亮灯。停止运行也可以进行报警复位。运行模式切换用于切换PU/外部运行模式。使用外部运行模式(通过另接的频率设定旋钮和启动信号启动运行)时请按此键,使表示运行模式的EXT处于亮灯状态。(切
17、换至组合模式时,可同时按MODE键(0.5秒)或者变更参数Pr.79。)PU:PU运行模式;EXT:外部运行模式;也可以解除PU停止。3)端子接线操作说明图2-4 变频器接线端子图4)参数设置方法1、恢复参数为出厂值设置步骤操作显示1电源接通时显示的监视器画面0.002按键,进入PU运行模式PU显示灯亮3按MODE键,进入参数设定模式P04旋转旋钮,将参数编号设定为ALLCALLC5按SET键,读取当前的设定值。06旋转旋钮,将值设定为117按SET键确定闪烁2、变更参数的设定值设置步骤操作显示1电源接通时显示的监视器画面0002按键,进入PU运行模式PU显示灯亮3按MODE键,进入参数设定模
18、式P04旋转旋钮,将参数编号设定为P1P15按SET键,读取当前的设定值。120.06旋转旋钮,将参数编号设定为50.00HZ50.007按SET键确定闪烁3、主要参数设置序号参数代号初始值设置值功能说明1P1120可调上限频率(Hz)2P200下限频率(Hz)3P35050电机额定频率4P45050多段速度设定(高速)5P53030多段速度设定(中速)6P61010多段速度设定(低速)7P752加速时间8P850减速时间9P7310模拟量输入选择11P7903运行模式选择2.3.1伺服驱动系统1、本装置采用FANUC公司的伺服驱动系统,具有如下特点:1)供电方式为三相200V-240V供电。
19、2)智能电源管理模块,碰到故障或紧急情况时,急停链生效,断开伺服电源,确保系统安全可靠。3)控制信号及位置、速度等信号通过FSSB光缆总线传输,不易被干扰。4)电机编码器为串行编码信号输出。图2-5 驱动连接图2、相关接口说明:1)CZ4接口为三相交流200240V电源输入口,顺序为U、V、W、地线。2)CZ5接口为伺服驱动器驱动电压输出口,连接到伺服电机,顺序为U、V、W、地线。3)CZ6与CX20为放电电阻的两个接口,若不接放电电阻须将CZ6及CX20短接,否则,驱动器报警信号触发,不能正常工作,建议必须连接放电电阻。4)CX29接口为驱动器内部继电器一对常开端子,驱动器与CNC正常连接后
20、,即CNC检测到驱动器且驱动器没有报警信号触发,CNC使能信号通知驱动器,驱动器内部信号使继电器吸合,从而使外部电磁接触器线圈得电,给放大器提供工作电源。5)CX30接口为急停信号接口,短接此接口1和3脚,急停信号由I/O给出。6)CX19B为驱动器24V电源接口,为驱动器提供直流工作电源,第二个驱动器与第一个驱动器由CX19A到CX19B具体接线详见电气原理图。7)COP10A接口,数控系统与第一级驱动器之间或第一级驱动器和第二级驱动器之间用光缆传输速度指令及位置信号,信号总是从上一级的COP10A接口到下一级的COP10B接口。JF1为伺服电机编码器反馈接口。第三章 数控机床的PMC3.1
21、PMC程序介绍通常我们所说的PLC,用于工厂一般通用设备的自动控制装置,而PMC专用于数控机床外围辅助电气部分的自动控制,PMC和PLC所要实现的功能基本是一样的。PMC也是以微处理器为中心,可视为继电器、定时器、计数器的集合体。在内部顺序处理中,并联或串联常开触点或常闭触点,其逻辑运算结果用来控制线圈的通断。3.4.1PMC接口在编制PMC程序时所需的四种类型的地址如图3-11所示:图3-11 与PMC相关的地址图中由实线表示的与PMC相关的输入输出信号经由I/O板的接收电路和驱动电路传送;由虚线表示的与PMC相关的输入输出信号仅在存储器中传送,例如在RAM中传送;这些信号的状态都可以在CR
22、T上显示。3.4.1地址格式和信号类型地址由如下所示的格式用地址号和位号表示;在地址号的开头必须指定一个字母,用来表示下表中所列的信号类型,在功能指令中指定字节单位的地址时,位号可以省略,如X127。地址号中的字母:字 母信 号 类 型备 注X来自机床侧的信号(MTPMC)X0X127(外装I/O模块)Y由PMC输出到机床侧的信号(PMCMT)Y0Y127(外装I/O模块)F来自NC侧的输入信号(NCPMC)F0F255G由PMC输出到NC的信号(PMCNC)G0G255R内部继电器R0R999A信息显示请求信号A0A24C计数器C0C79K保持型继电器K0K19T可变定时器T0T79D数据表
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