数控铣床伺服控制系统设计

毕业设计（论文）课 题 名 称 数控铣床伺服控制系统设计分 院/专 业 机械工程学院/数控设备应用与维护班 级 数维 1321学 号 1301263238学 生 姓 名 张健指导教师： 夏燕兰2016 年 5 月 15 日毕业设计（论文）报告纸装订线1摘 要今天的中国的先进制造技术正在飞速发展，机械制造及自动化技术是其重要组成部分，而它的核心技术就是数控技术。数控技术综合了现代控制技术、机电一体化技术、机械制造技术、计算机技术、微电子技术等先进技术。数控机床在先进制造方面的使用使先进制造业进入了一个新时代，它改变了原有制造业的生产方式、产业结构和管理方法，对加工和生产产生了深远的影响。它已经是国家工业发展程度的评判的标准。本文根据小型数控铣床伺服系统的控制要求设计了硬件电路电气原理图，然后根据具体的电路图计算电气元器件参数规格，选出合适的电子元器件，并且编写伺服控制系统相关的 PLC 的程序，最后，简单分析了在安装和调试过程中出现的问题和解决方法。关键字：小型数控铣床，伺服控制系统， 电气原理图， PLC毕业设计（论文）报告纸装订线2AbstractTodays Chinas advanced manufacturing technology is rapid development, machinery manufacturing and automation technology is an important part of its and its core technology is NC technology numerical control technology combines modern control technology electromechanical integration technology machinery manufacturing technology advanced technology such as computer technology, microelectronics technology NC machine tools in the field of advanced manufacturing use advanced manufacturing industry has entered a new era, it has changed the original industrial structure of manufacturing production mode and management methods, has far-reaching influence on the processing and production Is now an important measure of national industrial development.In this paper, according to the requirements of the CNC milling machine servo system control design of the hardware electric circuit schematic diagram, and then, according to the circuit diagram of the specific parameter calculation of electrical components specifications, choose the appropriate electronic components, and the PLC program of servo control system, finally, a simple analysis of the problems in the process of installation and debugging and solutions.Key words: CNC Milling Machine， Servo control system，Electrical schematic diagram，PLC毕业设计（论文）报告纸装订线目 录摘 要 .1第一章 绪论 .11.1 数控技术的发展背景及意义 .11.2 数控铣床系统的选用 .1第二章 数控铣床相关概述 .22.1 数控铣床主要技术参数 .22.2 数控铣床的组成及工作原理 .32.2.1 数控铣床的组成 .32.2.2 数控铣床的工作原理 .42.3 数控铣床的伺服系统 .52.3.1 数控铣床伺服系统伺服系统基本概念及组成 .52.3.2 数控铣床对伺服系统的要求 .5第三章数控铣床伺服控制系统硬件电气电路设计 .63.1 电源电路设计(D1) .63.2 伺服控制电路的设计（K1 ） .73.3 强电控制电路的设计（M1） .83.4 PLC 的 I/O 接口分配 .93.4 .1 PLC 输入电路的设计（M2） .93.4.2 PLC 输出电路的设计（M3） .10第四章 数控铣床伺服控制系统的电气元器件选用 .114.1 接触器的选择 .114.2 继电器的选择 .114.3 控制变压器的选择 .114.4 基准点灯的选择 .124.5 按钮的选择 .124.6 行程开关的选择 .124.7 直流稳压电源的选择 .134.8 断路器的选择 .134.8.1 断路器的简介 .134.8.2 主要技术参数 .134.8.3 断路器的选择 .14毕业设计（论文）报告纸装订线第五章 数控铣床伺服控制系统的 PLC 软件设计 .165.1 FANUC Oi 系统 PLC.165.1.1 PLC 的简介 .165.1.2 PLC 的功能 .165.2 伺服控制系统 PLC 程序梯形图的设计 .175.2.1 FANUC 系统的 PLC 信号和地址 .175.2.2 FANUC 部分信号的说明 .175.2.3 分析控制要求 .185.2.4 程序流程图 .185.3 梯形图程序设计 .205.3.1 梯形图设计原则 .205.3.2 数控铣床伺服控制系统的 PLC 梯形图 .205.3.3 PLC 程序信号地址 .23第六章 数控铣床伺服电路的安装与调试 .246.1 安装步骤 .246.1.1 硬件电路的连接 .246.1.2 PLC 程序输入 .246.2 调试步骤 .246.3 调试中出现的问题及解决方法 .28第七章 总结 .29致谢 .30参考文献 .31附录 .32电源电路电气图 .32伺服控制电路电气图 .33强电控制电路电气图 .34PLC 输入电路 .35PLC 输出电路 .36PLC 梯形图 .37毕业设计（论文）报告纸装订线毕业设计（论文）报告纸装订线1第一章 绪论1.1 数控技术的发展背景及意义数控技术是制造业实现自动化、现代化、柔性化和集成化生产的基础，它可以提高生产效率以及产品质量，大大的节约了生产成本。数控技术及装备是关系到一个国家的生存力水平和综合国力。自 1952 年第一台数控机床在美国研制成功，数控设备已经逐渐占据了生产制造方面的重要地位。数控机床具有加工精度高、产品质量稳定、高效简洁的加工方式、适用面广等优点。目前数控机床可分为数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控冲床和加工中心等。本文主要对数控铣床的伺服系统进行设计研究。数控铣床是利用数字化技术控制机床，以铣刀的旋转运动为主运动，刀具与工件之间的移动为进给运动。可以完成对平面、沟槽、轮齿、螺纹和复杂型面的加工。具有较强的灵活性、可以加工较为复杂的零件、加工精度高质量好、生产自动化程度高等优点。1.2 数控铣床系统的选用目前社会常见的数控系统主要类型有以下几种：(1)国产系统国内主流数控系统为华中数控系统，但它一般应用与数控铣床方面。如HNC21T 操作面板等；广州数控系统，如 GSK928T、GSK980T 操作面板等；北京航天数控系统，如 CASNUC 2100 等。(2)FANUC 数控系统FANUC 数控系统由日本富士通公司研制开发，目前在我国得到了广泛的应用。我国制造方面所广泛使用的 FANUC 数控系统是系统以及i 系统。(3)SIEMENS 数控系统德国的西门子公司研究发明了 SIEMENS 数控系统，SIEMENS 系统在我国机械制造行业使用也较为广泛。目前，在我国市场上，常用的数控系统除SINUMERIK 840DC 和 SINUMERIK 840DM 等。此外还有西班牙 FAOGO 公司生产的 8010、8050 和美国 ALLEN-Brady 公司的B8400、B600MT/TC、B8600AT900、B8600/WS 等数控装置系统。毕业设计（论文）报告纸装订线2我们对 FANUC、SIEMENS、华中等系统的调研、比较，决定本次毕业设计伺服系统的控制将采用 FANUC Oi Mate TC 系统。据调研 FANUC Oi Mate TC 系统有以下的一些优点。（1）FANUC 系统的功能全面，且可以适用于很多方面。（2）FANUC 数控系统具有优质可靠的技术服务的优点。（3）FANUC 数控系统具有较好的自我保护措施。 （4）FANUC 数控系统 PMC 功能指令与信号全面，这些指令可以使我们在编写 PMC 程序更加容易，并且它的人机操作界面简单易用。 （5）FANUC 数控系统具有很强的 DNC 功能。通过串行 RS232C 接口让计算机与机床之间更快、更可靠的传输数据。（6）FANUC 数控系统具有自我诊断的功能以及给予了大量报警维修信息。FANUC Oi Mate TC 维修手册为用户将大量的报警信息进行了分门别类。毕业设计（论文）报告纸装订线1第二章数控铣床系统概述2.1 数控铣床主要技术参数数控铣床主要技术参数包括数控铣床本身主要参数和数控系统主要参数，参数的作用和类型和作用参见表 2.1。在数控编程和数控铣削加工时应了解数控铣床技术参数，具体有主轴锥孔度、最大铣削距离、各坐标轴行程、主轴转速范围、铣削进给速度范围、定位精度、重复定位精度等技术参数。表 2.1 数控铣床主要技术参数名称 单位 数据行程X 轴行程 mm 600Y 轴行程 mm 410Z 轴行程 mm 510主轴端面至工作台面距离 mm 125-635工作台中心至立柱导轨面距离 mm 220-630工作台工作台面积 mm 800x400工作台最大承重 kg 500T 型