本科畢業(yè)論文設(shè)計：基于FAUNC系統(tǒng)XH715加工中心電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

目錄/提綱：……
1、刀庫的控制、主軸控制和輔助功能等
2、動作順序的程序控制
3、控制部件的坐標(biāo)移動量和位置關(guān)系的變化[18]
2、可以做到零件的小批量生產(chǎn)
3、因?yàn)榧庸ぞ雀�，所以生產(chǎn)的零件尺寸誤差小
4、由于操作技術(shù)的數(shù)據(jù)化，熟練工人人數(shù)就可以減少
5、自動化加工，人為介入很少，所以產(chǎn)品合格率得以保證
……
自動化學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）

題目： 基于FAUNC系統(tǒng)*H715加工中心電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

專 業(yè)： 自動化（數(shù)控技術(shù)）

班 級：數(shù)控卓越111 學(xué) 號： **
學(xué)生姓名： * *
指導(dǎo)教師： * * *
起止日期： 2015.2～2015.6
設(shè)計地點(diǎn)： 南京工程學(xué)院
Graduation Design (Thesis)
Design of Elecctric Control System of Machining Center Based on the FAUNC System *H715

摘 要

當(dāng)今社會數(shù)控技術(shù)發(fā)展十分迅速，已然在現(xiàn)代制造業(yè)中成為不可或缺的組成部分，數(shù)控機(jī)床是工業(yè)制造中的核心部分，本文對數(shù)控銑床的電氣系統(tǒng)設(shè)計的過程加以介紹研究。
*H715數(shù)控加工中引進(jìn)了國際先進(jìn)的技術(shù)，是我國自主研發(fā)的數(shù)控銑床。本次設(shè)計就是圍繞了機(jī)床的電氣系統(tǒng)而展開研究，主要內(nèi)容包括了機(jī)床的強(qiáng)弱電模塊，電氣布局、I/O地址的分配、元器件的選型等內(nèi)容。
設(shè)計內(nèi)容包含了對*H715機(jī)床使用范圍的研究，機(jī)床電氣原理圖的繪制，可以完成機(jī)床基本功能的PLC程序的編寫，選用數(shù)控系統(tǒng)的選擇，常用元件的選擇，還有對電路的分析等內(nèi)容。
本次設(shè)計的設(shè)計目的是為了了解數(shù)控銑床的電氣連接和機(jī)床控制的相關(guān)程序。并且掌握各個控制模塊和其所實(shí)現(xiàn)的功能。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；數(shù)控系統(tǒng)；電氣原理圖；控制電路；PLC控制

ABSTRACT

CNC technology is developing very quickly today, It has become an integral part of modern manufacturing,.It is a core part of industrial manufacture of CNC machine tools. This paper introduces the process of electrical system design of NC milling machine .
The *H715 CNC milling machine,s electrical system design is particularly important. The design elements include strong design, weak design, PLC input/output, I/O design, machine tool electrical schematic drawing etc.
The design includes a whole s
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略1931字，正式會員可完整閱讀）……　
以在零件裝配的時候相對于普通機(jī)床很少會出現(xiàn)問題[15]。
4、由于操作技術(shù)的數(shù)據(jù)化，熟練工人人數(shù)就可以減少。
5、自動化加工，人為介入很少，所以產(chǎn)品合格率得以保證�？梢宰龅竭B續(xù)加工。效率相對普通機(jī)高了數(shù)倍以上。
6、零件加工時間由計算機(jī)設(shè)定好，可以做到定時定量的生產(chǎn)，對于生產(chǎn)的管理有著重大的作用，放到今天這種生產(chǎn)模式也是不可或缺的[4]。
1.3 *H715數(shù)控加工中心簡介
*H715立式加工中心是我國引進(jìn)國際先進(jìn)技術(shù)，自行研制開發(fā)生產(chǎn)的新一代數(shù)控銑床，該數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于軍工、機(jī)械制造、汽車、醫(yī)療設(shè)備、航天、模具等行業(yè)的零件等加工[1]。機(jī)床配有冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)并且使用了全封閉式立式防護(hù)罩。
*H715立式銑削加工中心是中型三軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，主軸設(shè)計最高轉(zhuǎn)速為5000r／min，具有加工精度高、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)床的結(jié)構(gòu)通過經(jīng)驗(yàn)、類比、靜態(tài)的傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計，不僅結(jié)構(gòu)笨重，而且設(shè)計周期長、制造成本高、更新?lián)Q代慢，因此有很多地方需要改進(jìn)[11]。
機(jī)床的底座、立柱、主軸箱體、十字滑臺、工作臺等基礎(chǔ)件全部采用高強(qiáng)度消失模鑄造成型技術(shù)，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，基礎(chǔ)件十分穩(wěn)定。鑄件結(jié)構(gòu)也經(jīng)過機(jī)床動力以及有限元分析，所以它的幾何結(jié)構(gòu)更加加合理，與加強(qiáng)筋搭配合理，保證了基礎(chǔ)件的高剛性。寬實(shí)的機(jī)床底座，箱形立柱可靠、加寬加長的床鞍、負(fù)荷的全支撐的設(shè)計，完全符合材料力學(xué)結(jié)構(gòu)的先進(jìn)設(shè)計理念，保證了加工時的重負(fù)載能力。
機(jī)床特點(diǎn)：
（1）系統(tǒng)方面選擇法蘭克0i Mate-MD系統(tǒng)，因?yàn)橄鄬τ?i MD，法蘭克0i Mate-MD已經(jīng)足夠應(yīng)對*H715加工中心所需要的要求，經(jīng)濟(jì)性比較高。
（2）機(jī)床的設(shè)計完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并符合環(huán)保要求。
（3）機(jī)床床體有密封的防護(hù)罩，這樣可以在加工的時候保護(hù)導(dǎo)軌。
（4）采用雙泵自動潤滑系統(tǒng)：定時、定量供給導(dǎo)軌所需用油，減少潤滑油的消耗，提高潤滑效率并且避免環(huán)境污染。
（5）電氣柜內(nèi)的內(nèi)部布線均按照國家電氣安全規(guī)范布線，使得控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時避免外部干擾。有效地保證生產(chǎn)安全。
（6）機(jī)床總體的防護(hù)設(shè)備性能優(yōu)秀，不僅可以承受強(qiáng)力切削帶來的震動，而且可以保證切削時飛削不會濺出，安全性能良好。
（7）主軸軸承采用日本進(jìn)口的高精密軸承，轉(zhuǎn)速可達(dá)到8000r/min，且精度高。
（8）*/Y/Z三軸伺服電機(jī)均采用日本FANUC原裝進(jìn)口伺服電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)3000rpm ，具有良好動態(tài)性能[11]。

1.4 可編程機(jī)床控制器（PMC）簡介
　　可編程機(jī)床控制器（PMC）所要實(shí)現(xiàn)的功能與PLC基本是一樣的，PLC用于一般通用設(shè)備的自動控制，而PMC則是專用于數(shù)控機(jī)床外圍輔助電氣部分的自動控制[17]。
PMC的工作過程基本就是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各個輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按照用邏輯解算控制邏輯，然后順序向各個輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號。并且在掃描周期中還要進(jìn)行故障自診斷，及處理與編程器、計算器的通信請求[6]。所謂掃描就一次對各種規(guī)定操作項(xiàng)目進(jìn)行訪問和處理。掃描是周而復(fù)始無線循環(huán)的。每掃描一個循環(huán)所用的時間稱為掃描周期。梯形語句越少，掃描周期也就越短，信號的響應(yīng)也就越快[7]。
順序程序一般由第一級程序、第二級程序和若干個子程序組成。一般機(jī)床PLC處理程序的時間為及時毫秒到上百毫秒，對于大多數(shù)信號已經(jīng)足夠了[20]。不過有些信號例如急停信號要求迅速響應(yīng)。為了適應(yīng)不同控制信號對響應(yīng)速度的不同要求，第一級程序僅處理急停、坐標(biāo)軸超程、機(jī)床互鎖等信號就夠了，因?yàn)榈谝患壋绦蛎?ms執(zhí)行一次，系統(tǒng)把第二級程序分割，舉例說明如果第一級程序占用了1ms的話那8ms有7ms來執(zhí)行第二級程序，但是如果第一級程序占用了2ms，那僅剩下6ms來執(zhí)行第二級程序了，所以要求第一級程序盡可能的短[19]。
本次的設(shè)計就是圍繞著數(shù)控機(jī)床的PMC展開，通過PMC的程序設(shè)計來達(dá)到對機(jī)床的控制。


第二章*H715加工中心的硬件組成

2.1 *H715數(shù)控銑床的技術(shù)參數(shù)
*H715數(shù)控銑床是一類中型的加工中心，各生產(chǎn)商在生產(chǎn)時技術(shù)參數(shù)尺寸不一，本設(shè)計機(jī)床參數(shù)尺寸如下表2-1：
表2-1 *H715機(jī)床參數(shù)尺寸
設(shè)備名稱 參數(shù)
工作臺面積(長*寬)mm 1050*500
T型槽*槽數(shù)*間距 18mm*5*100
*軸行程
Y軸行程
Z軸行程 800三軸均采用進(jìn)口
500預(yù)拉伸高精度滾
550 珠絲桿
主軸端面至工作臺面距離 150-750mm
主軸中心至立柱前面距離 550mm
主軸電機(jī)功率(主軸電機(jī)) 7.5/11KW
進(jìn)給電機(jī)扭矩*/Y/Z 11Nm
快速移動速度 */Y/Z 0-5m/min
工作臺承重 600Kg
主軸端部錐度 BT40
主軸速度范圍rpm 60-5000 rpm
主軸軸承 日本NSK7013CDDBP4
滾珠絲桿 臺灣產(chǎn)
絲杠軸承及鎖緊螺母 臺灣產(chǎn)
夾松刀具氣動元件 臺灣產(chǎn)
選刀方式 任選
刀庫 20把(斗笠式)
最大刀具尺寸 Φ60*300
最大刀具重量 3KG
潤滑系統(tǒng) 自動泵
機(jī)床鑄件 國際認(rèn)定米漢納高級鑄鐵GB300樹脂砂鑄造
機(jī)床外形尺寸（長*寬*高） 3000mm*2400mm*2700mm
導(dǎo)軌 導(dǎo)軌副采用德國注塑工藝，淬硬導(dǎo)軌
機(jī)床凈重（約） 5000kg
控制系統(tǒng)配置 FANUC 0i Mate-MD系統(tǒng)配手搖懸掛式脈沖控制發(fā)生器
定位精度 ±0.005mm
重復(fù)定位精度 ±0.003mm
安全保護(hù) 故障診斷，報警功能，自動保護(hù)功能
通訊接口 標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，可與計算機(jī)CAD/CAM模具加工。

2.2 *H715數(shù)控銑床硬件系統(tǒng)
機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置、輸入輸出裝置、驅(qū)動控制裝置和機(jī)床點(diǎn)邏輯控制裝置所組成的。他們之間通過I/O口相互連接。數(shù)控系統(tǒng)與PLC、機(jī)床床體、伺服電機(jī)和反饋裝置組成了機(jī)床的整個系統(tǒng)[2]。各部分之間的關(guān)系如下圖2-1所示：

圖2-1數(shù)控機(jī)床硬件關(guān)系圖

2.3 *H715立式加工中心的運(yùn)動分析
*H715加工中心的的運(yùn)動部分包括：主軸驅(qū)動系統(tǒng)及控制部分，進(jìn)給系統(tǒng)，坐標(biāo)軸控制部分，這又包含了坐標(biāo)軸伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速、位置控制，刀具庫、潤滑液、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等輔助功能的控制。
1、主運(yùn)動傳動
數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動傳動由主電機(jī)和主軸來實(shí)現(xiàn)，它可以把把電動機(jī)的運(yùn)動及動力傳遞給主軸，然后在主軸的帶動線工件可以旋轉(zhuǎn)，并伴隨主軸的速度和運(yùn)動方向而變化。主運(yùn)動傳動由是由主軸電機(jī)的變頻器實(shí)現(xiàn)無級變速調(diào)速[12]。
2、進(jìn)給運(yùn)動傳動
進(jìn)給運(yùn)動傳動是指驅(qū)動單元驅(qū)動刀具沿機(jī)床的*/Y/Z三方向移動，在*H715加工中心中，使用的是交流伺服電機(jī)來控刀具運(yùn)動。
3、刀架傳動
刀架傳動主要指的是刀架對刀具的定位與夾緊功能，目的是為了實(shí)現(xiàn)自動換刀功能。刀架運(yùn)動是由換刀交流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)的。
4、液壓系統(tǒng)
*H715加工中心的液壓系統(tǒng)的作用包括了主軸變速換擋和中心跟刀架電機(jī)排屑器兩部分作用。
5、冷卻系統(tǒng)
冷卻系統(tǒng)在機(jī)床中十分重要，主要用于冷卻加工中的刀具和被加工零件，同時可以沖洗工件上的殘屑，該功能由冷卻泵實(shí)現(xiàn)。
6、潤滑系統(tǒng)
*H715數(shù)控銑床中的潤滑系統(tǒng)分為對機(jī)床導(dǎo)軌和滾珠絲杠等的潤滑。通常使用電動間歇潤滑泵和定量式集中潤滑泵兩種潤滑方式。
7、尾座
數(shù)控銑床尾座的作用是對加工工件起到支撐的作用，由座體本體和套筒組成。其中座體本體是用來固定在工作臺上的。可以在工作臺上_移動，而套筒的功能是對被加工零件的位置進(jìn)行調(diào)整和支撐。


第三章 電器元件選型與電氣原理圖

目前市場上在售的*H715立式加工中心種類已經(jīng)非常的多，關(guān)于電氣元件的選型方面已經(jīng)十分成熟了，原則上是以安全優(yōu)先，然后考慮到元件的性價比，選取最為合適的元件。
3.1 電機(jī)與變頻器的選擇
主軸驅(qū)動系統(tǒng)是由主軸驅(qū)動裝置和主軸電機(jī)組成的。并且又可以分為交流驅(qū)動和直流驅(qū)動兩類。
市面上的數(shù)控機(jī)床基本都是采用的交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)，即使用交流電動機(jī)配備變頻器來控制主軸伺服驅(qū)動。
本機(jī)床電氣設(shè)計的主軸驅(qū)動同樣采用的是交流主軸配備變頻器的控制方式。
主軸驅(qū)動部分是機(jī)床最大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在選型方面一般有如下要求：
（1）主軸轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，范圍是主軸的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速；
（2）為了保證加工的質(zhì)量，主軸必須有足夠大的加工扭矩和功率，可以滿足任何加工速度內(nèi)的要求:
（3）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，熱穩(wěn)定好，可以在較高溫度環(huán)境下工作；
（4）動態(tài)相應(yīng)要求時間短，總而言之就是機(jī)床必須有四象限運(yùn)行的能力。
*H715加工中心為中型的數(shù)控加工中心，參考市面上在售的同型機(jī)床，我們采用FANUC αi I8/8000型號電機(jī)作為主軸電機(jī)，*/Y/Z三軸均采用FANUC βis22/2000系列電機(jī)包含Z軸抱閘功能。
變頻器方面，機(jī)床采用通用變頻器作為主軸驅(qū)動裝置。其端子功能圖如下圖3-1：

圖3-1 FANUC通用變頻器端子框架示意圖

3.2低壓電器的選擇
低壓電器是指工作在交流1200V直流1500V的電器，此處我們對一些必備的電器元件進(jìn)行介紹：
（1）電源
機(jī)床采用交流380V/50HZ的電源作為主軸電源，并且經(jīng)直流變壓器變?yōu)?4V直流電源為控制系統(tǒng)PMC、手動按鈕。傳感器和電磁閥換向線圈供電。
（2）低壓斷路器
又稱為空氣開關(guān)，是系統(tǒng)中開關(guān)電器以及保護(hù)開關(guān)，在電路發(fā)生短路或者過載、欠壓的時候進(jìn)行保護(hù)，我們所選取的電動機(jī)功率為7.5kw，由于，其中Iz為空氣開關(guān)的額定電流，所以我們得出Iz=17.3A。
（3)接觸器
接觸器的作用是斷開主電路和負(fù)載短路的控制器�？梢灶l繁的解凍斷開，擁有比工作電流大數(shù)倍的通斷能力，我們選用的是交流接觸器。
（4）控制按鈕
按鈕是常見的電器元件。帶常開/常閉觸頭，按下后常開/常閉觸頭閉合/斷開，松手后復(fù)位。本設(shè)計需要使用若干按鈕。
（5）熔斷器
熔斷器主要是由熔斷管、熔體和導(dǎo)電元件組成。主要作用是保護(hù)電路短路和嚴(yán)重過載， ……（未完，全文共30153字，當(dāng)前僅顯示5423字，請閱讀下面提示信息。收藏《本科畢業(yè)論文設(shè)計：基于FAUNC系統(tǒng)*H715加工中心電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計》）