C6140车床主轴数控化5.doc

常州机电职业技术学院毕业设计（论文）说明书 系 部： 机械工程系 专 业： 数控设备应用与维护 姓 名： 徐铭琪 学 号：10961340 题 目： 基于SIEMENS802C系统的C6140车床数控化改造主轴控制设计 起讫日期： 2010年3月01日2010年4月30日 设计地点： 常州机电职业技术学院 指 导 者： 黄敏高 评 阅 者： 2010年04月 毕业设计（论文）中文摘要数控车床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控车床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不失为一种较好的良策，对普 车进行数控化改造可大大提高原有机车的自动化程度与生产率成本仅为全功能数控机床的1/31/4。主轴是数控车床的重要组成部分。本课题研究了基于SIEMENS802C 改造 C6140车床主轴控制部分的设计。分析了数控车床的基本组成、主轴控制系统，PLC程序及机床的有关参数。本文中所做的主要工作如下：对C6140车床的结构进行了仔细分析，测绘SIEMENS802C数控车床的主轴接线图。对主轴结构进行了深入的了解，动作过程、PLC程序。 关键词：C6140；SIEMENS802C；主轴控制；PLCNumerical control lathe as electromechanical integration in the typical product, in the machine manufacturing industry plays a huge role, solves the modern machinery manufacturing complex structure, precision, in small batch, changeable parts processing problem, and the stability of the product can process quality and greatly improve the production efficiency. But from the current situation of the enterprises face to see, for CNC lathe price is more expensive, a one-time investment enterprise spirit is willing ambassador insufficient. China is a big country machine, numerical control machine tool for ordinary transformation is a better remedy, car to general numerical control transformation can greatly improve the automation degree of original locomotive and productivity cost only to all the function of CNC 1/3 to 1/4.Spindle is an important part of the CNC lathe. Based on this topic SIEMENS802C transformation C6140 lathe spindle of control part of the design. Analyses the basic composition, numerical control lathe spindle control system, PLC program and the related parameters of the machine tool. In this paper the main work is as follows: the structure of the lathe to C6140 a careful analysis, numerical control lathe spindle of surveying and mapping SIEMENS802C hookup. Spindle structure of knowledge and understanding of the action process, PLC program.Key words: C6140; SIEMENS802C; Spindle control; PLC目录1 绪论61.1 课题的研究背景6111数控机床与数控技术6112数控机床优点7113我国数控机床发展71.2 课题的来源及意义8121数控化改造及其形势9122数控化改造实例9123机床数控化改造的优点10124机床数控化改造的必要性112 C6140机床122.2 C6140型普通车床的组成122.3 C6140机床的主要技术性能133 数控车床简介133.1 数控车床概述143.2 数控车床组成143.3 数控车床的机械构成144 主轴数控系统设计总体方案. 14 41 主轴变频器电机与卡盘的选择14 42 主轴编码器的选择15 5 主轴数控系统设计与实施155. 1 主轴线路的设计1552 主轴变频器调速系统电气控制实施1553 主轴外部IO开关量PLC控制原理与设计1654 数控系统与变频器组合控制1655 主轴PLC控制系统外部I0开关量设计16结论18致谢 19参考文献 20图1 主轴电路图 21图2 主轴系统PLC控制电气原理图22图3 主轴数控系统与变频器控制电气原理图23图4 开关量输入电气原理图24图5 开关量输出电气原理图24图6 主轴PLC控制系统主要梯形图程序251 绪论数控机床是当代机械制造业的主流设备，数控机床的技术水平决定着整个国民经济的发展水平。数控化加工是机械加工行业朝高质量、高精度、高成品率、高效率发展的趋势。结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的极其重要的台阶。采用经济型数控系统对普通机床进行改造，尤其适合我国机床拥有量大，生产规模小的具体国情。1.1 课题的研究背景111数控机床与数控技术数字程序控制机床一般简称为数控机床。它是由数控装置或计算机进行控制的一种高效能自动化机床，它综合应用了自动控制技术、计算机技术、精密测量技术、液压气动等技术。并在机床结构等方面运用了最新技术。随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对机械零件的加工质量要求也越来越高；单件、小批生产的机械产品所占比重越来越大，特别是在造船、航空、航天、深潜以及国防工业的各个部门，加工批量少、精度要求高、形状复杂的零件很多。像这样的产品，如果采用一般的自动机床或组合机床和自动线来加工，就显得很不经济、不合理，一般机床又不能加工。数控机床就是在这样的条件下产生和发展起来的，它能有效地适应产品不断变化、多品种、小批量的自动化生产。 数控机床就是把加工所需要的各种操作，例如变速、松夹工件、进刀、退刀、开车与停车、冷却液的自动供给等等，以及刀具相对于工件之间的位移。采用数值数据的形式通过计算机的运算，并将输入的指令变为机床的各种操作，实现零件的自动加工。随着网络技术日益普遍运用，互联网进入车间只是时间问题，这将是数字化制造的主要标志。从另一角度来看，企业资源计划如果仅仅局限于业务管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计开发等企业上层的信息化是远远不够的，车间最底层的加工设备数控机床不能够连成网络或信息化，就必然成为制造业信息化的制约瓶颈。所以，对于现代制造工厂来说，除了要提高机床的数控化率外，更要使所拥有的数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间的底层之间及底层与上层之间通信畅通无阻。112数控机床优点数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：(1)适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。(2)加工精度高；(3)生产效率高；(4)减轻劳动强度，改善劳动条件；(5)良好的经济效益；(6)有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。113我国数控机床发展我国从1958年开始研制数控机床，几十年来，经历了发展、停滞、引进技术、自行开发等几个阶段。1965年，国内开始研制晶体管数控系统，20世纪60年代中期至70年代初，先后研制成功了CJK-18型晶体管数控系统、X53-1G立式数控铣床及YK53数控非圆齿轮插齿机。从70年代开始，数控技术在车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床、电加工机床等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功.但由于电子元器件的质量和制造工艺水平差，致使数控系统的可靠性、稳定性未得到解决，因此未能广泛推广。80年代，我国从日本FANUC公司引进了5、7、3等系列的数控系统和直流伺服电机，直流主轴电机技术，以及从美国、德国等国引进了一些新技术。推动了我国数控机床稳定的发展，使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。改革开放以来，我国数控系统的开发与生产发展迅速，取得了更为喜人的成果。通过“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，数控技术取得了长足进步.在与数控主机匹配方面可以说己基本上改变了“拖后腿”的局面，性能和质量显著提高，功能价格比有优势。我国具有自主版权的数控系统产业开始形成，在市场上具有一定竞争力，逐步提高了市场占有率。目前我国可供市场的数控机床有2000多种，覆盖了超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压机床、前沿高技术机床等领域，可与日本、德国、意大利、美国井驾齐驱。数控系统经过多年的市场激烈竞争，己经形成由日本的发那科公司占市场50%,德国西门子公司占市场25%的垄断局面。我国从20世纪90年代末开始掌握于通用32位工业控制机开放式体系结构的数控系统，特别是能够控制五轴联动并具各网络化远程监测、诊断、操作功能的数控系统.并开发出弧齿锥齿轮数控加工、三维激光视觉检测、螺旋浆七轴五联动加工和世界独创的空间曲面插补软件。目前批量投入市场的国产数控系统，具有性能价格比的优势，正在改变国外强手在中国市场上的垄断局面。1.2 课题的来源及意义121数控化改造及其形势所谓机床的数控化改造是指应用现代的数控成熟技术和经验，以适应生产的具体要求为目的，改变现有机床的结构，给旧机床换上新部件、新装置和新附件，提高现有机床的技术性指标，使之全部或局部达到新数控机床的水平。机床数控化改造大体上分两类：一类是在现有的普通机床上加数控装置或可编程控制器；另一类是采用更先进的数控系统替代现有数控机床的控制装置。国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有四百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。122数控化改造实例数控机床的逐渐普及，数控系统的价格不断降低，使得旧机床进行数控化改造的优点更明显，促使越来越多的机械加工厂选择旧机床数控化改造作为设备更新的途径。世界各国，包括许多工业发达的国家相继成立了机床修复公司、翻新公司或改造公司，承担旧机床数控改造的任务，并成功地改造了一些大型和重型机床。德国的Schiess公司在1981年把一台加工直径为19m的超重型立式车床改装成数控机床。该机床是1929年生产的，当时曾是世界上最大的机床，其改造内容有：工作台导轨改装为静压导轨，承载能力增加了50；主传动采用半导体可控硅控制，取代老式机组的传动；刀架的滑动导轨改为滚动导轨；增加测量显示装置，配置数控系统等。该机床的全部改造费用仅为当时同类规格新机床价格1200万马克的28.9，其中大修费用占7.9，数控改造费用占20.8。该公司还改造了一台最大加工直径为14m的超重型立式车床，全部改造费用为当时同类规格新机床价格800万马克的19.1。我国常柴股份公司曾改造一台仿形铣床，改造费用40万，节约投资近250万元，用其加工N485柴油机铸造用模具，每套外协加工费用270万元，不到三个月时间，此台仿形铣床完成了两套N485模具和20套空调模具的加工。根据常柴股份公司对已完成数控化改造的11台加工中心和1台仿形铣床投入运行后统计，新增产值达到3000多万元，取得了良好的经济效益。当然，也有许多失败的例子。如：航天部国营507厂，在八十年代曾经对70年代产品牡丹江厂的一台C620-l型旧车床进行数控化改造，但由于对机床数控化改造工艺论证不充分，所选用的数控系统性能不稳定等原因导致失败。我国从八十年代初期开始进行机床数控化改造技术研究和推广，到现在已有二十多年的历史。这中间取得了不少经验，但失败的教训也不少。究其原因对改造工艺深入研究还不够，其原因大概有以下几个方面：(1）在改造以前没有可行性分析或只定性分析；(2)所设计的数控系统或选择的系统性能不稳定；(3)机床的关键部件选择不合理；(4)接口电路设计不合理。随着电子技术的高速发展，许多专门为工业环境下应用的电子元器件大量涌现，它们的性能价格比越来越高。在改造中自己设计制造单片机、单板机扩展系统存在许多弊端，如：不易实行规范化设计，安装、调试和维护的工作量大，系统不稳定等。因此，逐渐被性能价格比高的批量生产的数控系统和可编程控制器等电子元件设备所取代。这样，对这些元件如何选型越来越引起人们的关123机床数控化改造的优点采用国内外先进工艺、先进技术对旧机床进行改造有以下优点：(1)机床改造针对性强，容易适宜生产的要求。因为机床的改造方案是根据原机床中存在的问题提出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能与生产紧密结合，可以直接将科学技术转化为生产力，使企业有积极性。(2)机床改造可以充分利用原机床的绝大部分，大大节约原材料和资金，同时见效快，改造周期短，可满足生产急需。因为旧机床数控化改造大部分床身、立柱等主要基础件和许多传动部分不须更换，与新机床制造相比只需其11015的时间，工期大大缩短，从而节约了成本，解决了生产急需。(3)改造后的机床性能稳定可靠，机床应用范围得到扩大，适应多品种、小批量的零件生产。这是因为机床的大型结构件一般是铸铁制成的，而铸铁件年代越久则时效越充分，精度比新铸件更加稳定。改造不需要改变支撑类大型构件，只需修复或更换若干中小型部件就可获得与新机床类似效果。改造后的机床功能有较好的提高。除了保留原有功能外，还可以满足各种复杂型面类零件加工，极大地扩大了机床的应用范围。(4)经过数控化改造，可以有效提高工件加工精度和生产效率。因为改造时可根据生产技术的发展要求，及时提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次。如某单位西3.4m的立式车床改造后，加工球体轴承座零件，其2m直径偏差仅为0.035 mm，满足了设计要求，并且机床改造后的工作效率提高了56倍。(5)可以充分发挥企业现有技术力量的作用，调动技术人员的积极性；同时降低对工人技术水平的要求。(6)通过数控化改造，可以掌握设备的构造和性能，为企业培养了数控技术人才。在改造期间，通过拆解旧机床，装配新部件等改造过程，间接培养了数控人才，对机床的特性有了较详细的了解，在操作使用和维护方面培训时间短见效快。124机床数控化改造的必要性数控机床在现代机械加工中起着举足轻重的作用，机床数控化率已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。提高机床数控化率有两个途径：一是购买新的数控机床，即更新设备；二是改造旧机床，配置数控系统，把旧机床改造成数控机床。（1）微观来看改造的必要性微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件.由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面口可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床问的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现一段时间无人看管加工。由以上五条派生的好处。如:降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术己经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。（2）宏观看改造的必要性宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC, FMS外，还包括在产品开发中推行CAD,CAE, CAM,虚拟制造以及在生产管理中推行MIS(管理信息系统)、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年己达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。2 CA6140机床介绍CA6140 普通车床是普通车床中比较有代表性的机床，目前在国内普通车床中占有率很高。它对我国机械加工行业的意义重大，产生的影响深远。2.1 C6140型普通车床的组成C6140型普通车床的主要组成部件有:主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身（图2-1）。主要用于车削加工。在车床上可以加工内外圆柱面、圆锥面和成形回转表面;也可以车削和车环槽，加工各种常用的米制、英制、模数制和劲节制螺纹等。主轴箱:又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性古接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低进给箱:又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠:用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给泪板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。溜板箱是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。1、 主轴箱 2、 刀架 3. 尾架 4、 床身 5、床腿6、 光杠 7、 丝杠 8、 溜板箱 10、 进给箱图2-1 C6140型卧式车床的外形2.2 C6140机床的主要技术性能床身上最大的工件回转直径 400mm 刀架上最大工件回转直径 210mm 最大的工件长度 750mm 1000mm 1500mm 2000mm 最大车削长度 650mm 900mm 1400mm 1900mm 主轴中心至床身平导轨距离 205mm 主轴内控直径 48mm 刀架最大行程：纵向650mm 900mm1400mm 1900mm 横向320mm 小滑板140mm 主轴内孔锥度 莫氏6号 主轴转速：正转24级 101400r/min 反转12级 141500r/min 进给量：纵向64级 0.0286.33mm/r 3 数控车床简介3.1 数控车床概述 数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘套类等回转体零件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行切槽、钻、扩、铰孔等工作，而近年来研制出的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次装夹中可以完成更多得加工工序，提高了加工质量和生产效率，因此特别适宜复杂形状的回转体零件的加工。 3.2数控车床的组成 数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、冷却润滑系统及数控系统组成。与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电机或步进电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现进给运动。数控系统由NC单元及输入输出模块，操作面板组成。 3.3数控车床的机械构成 从机械结构上看，数控车床还没有脱离普通车床的结构形式，即由床身、主轴箱、刀架进给系统，液压、冷却、润滑系统等部分组成。与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱、溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现运动，因而大大简化了进给系统的结构。由于要实现CNC，因此，数控车床要有CNC装置电器控制和CRT操作面板。4 主轴数控系统设计总体方案41主轴变频器电机与卡盘的选择为了提高车床的自动化程度，主轴采用变频调速，进行半闭环控制，根据机械部分的设计计算与C6140车床加工要求选择FRF74075KCH三菱变频器，适配75KW的三相交流调速电机；为了实现较好的低速大转矩特性，采用分档无级频调速，即在精密加工的时候可选择低速机械档位和高速机械档位，然后再通过变频器来调速；主轴运动由主轴电机驱动，电机的调速、正反转、启停、急停、报警等由PLC与数控控系统控制。主轴卡盘采用电动卡盘，卡盘的夹紧与松开由PLC与数控系统控制。可选择KDl 1250型号电动三，爪自定心卡盘，加装夹紧与松开信号开关，与数控系统的对应端口连接。42主轴编码器的选择主轴为了能加工螺纹，主轴电机要加装主轴编码器，与主轴同步转动，作为主轴位置信号的反馈元件，用来测量电机的转速、位移和转向，保证加工螺纹或丝杠时，主轴每转一周，刀具能准确移动一个导程。根据机械部分的设计计算与要求，车床能加工的最大螺纹导程为24mm，纵向的进给脉冲当量为001mm脉冲，所以每转一周加工一个导程输出2400个脉冲，编码器有A、B相输出信号，A、B相位差为90。，另外为了重复车削同一螺纹时不乱扣，编码器还需每转输出一个零位脉冲Z。可选择ZLF一2400Z一05VO一15型号的螺纹编码器。编码器信号端与数控系统对应端口连接。5 主轴数控系统设计与实施5. 1主轴线路的设计（见图1） CNC输出的模拟信号到变频器的1与5端口，从而控制电动机的转速，用过设置变频器的参数，实现从最低转速到最高转速的调速。H1-K1为主轴交流接触器，接通或断开主轴动力电源。主轴位置上的编码器H1-GP使主轴能与进给驱动同步控制，以便加工螺纹；M3-K3、M3-K4为主轴正反转继电器，通过PLC实现正反转控制。M1-K2为急停，当变频器有异常情况时，通过A、B端口输出报警信号到PLC。52主轴变频器调速系统电气控制实施主轴采用75KW以下的普通变频器控制交流变频电机实现调速，变频器选择三菱、台达或日立普通型变频器，可在一定范围内实现主轴的无级变速。这时可利用已有的数控系统主轴控制接口，接口AOUT中模拟量电流或电压输出信号，可作为变频器的调速信号，如果采用单极性模拟量电压，这时用开关量输出信号控制主轴的启停、正反转。主轴速度模拟电压信号范围为一10V+10V，电流最大为10mA，如果采用双极性模拟量电压，这时采用使能信号控制主轴启停。主轴编码器电源输出为+5V，使用差分TTL方波，可提高可靠性和抗干扰能力，最大电流为200mA，信号电平为RS422电平。53主轴外部IO开关量PLC控制原理与设计主轴电气系统开关量输入信号与工作原理有：主轴机械一档启动信号X20、二档启动信号X21，常开触点，闭合有效，启动机械变档；主轴外部运行允许信号X24，常开触点，闭合有效，主要检测变频器使能；主轴过载报警信号X30，常闭触点，断开有效，主要监控变频器是否异常；主轴速度到达信号X31，常开触点，闭合有效，检测主轴稳定速度；卡盘松开信号X07、常开触点，闭合有效，启动卡盘松开；卡盘夹紧信号X06，常开触点，闭合有效，启动卡盘夹紧。卡盘夹紧驱动信号Y16，数控系统内部低电平有效，由数控系统送出该信号，控制卡盘夹紧；主轴制动信号Y12，低电平有效，由数控系统送出该信号，控制电机制动；卡盘松开驱动信号Y13，低电平有效，由数控系统送出该信号，控制卡盘松开；主轴机械一档驱动信号Y14，低电平有效，由数控系统送出该信号，控制机械部分换到一挡；主轴机械二档驱动信号Y15，低电平有效，由数控系统送出该信号，控制机械部分换到二挡。数控系统采用华中数控系统，该数控系统采用内置式PLC，可根据车床设计要求进行PLC程序的二次开发，开发源程序语言为C语言，前期设计可用梯形图语言。主轴系统PLC控制电气原理如图2所示。54数控系统与变频器组合控制数控系统与变频器的组合控制时主要参数有：主轴过载X30，主轴速度到达X31，主轴运行允许X24，正转启动X00，反转启动X01，外部停止X02，变频高速启动X40，变频中速启动X41，变频低速启动X42，制动解除X43，主轴正转控制Y10，主轴反转控制Y11，高速控制Y20，中速控制Y21，低速控制Y22，停止控制Y23，变频器STF为正转启动端，变频器STR为反转启动端，变频器RH为高速启动端，变频器RM为中速启动端，变频器RL为低速启动端，变频器MRS为变频停止端，变频器OL为过载报警端，变频器SU为频率到达端，变频器无级凋速电流为AOUT2420mA，无级调速控制端Y24，变频模拟调速端4与AU为ON，变频器公共端SD。变频器工作时需根据要求设置好主要参数。主轴数控系统与变频器控制电气原理图如图3所示。55主轴PLC控制系统外部I0开关量设计外部lJO开关量电气控制首先要设计制作输入信号板和输出信号板，也可以购买SIEMENS802C数控的输入输出继电器板，但价格较高、成本高。开关量输入输出的电气控制原理类型有NPN、PNP两种类型，采用NPN型的输入输出类型，并制作输入输出信号板。开关量输入技术参数为采用光耦合技术，最大隔离电压为2500V，电源电压为DC24V，导通电流为5-9mA，最大漏电流小于01mA，滤波时间小于2ms。开关量输出技术参数为采用光耦合技术，最大隔离电压为2500V，电源电压为DC24V，最大输出电流为100mA。输入等效电路如图4、输出如图5所示。按下输入按键X，光耦合器接口电路导通，产生输入信号X，通过数控系统与PLC提供的接口送入数控系统内部进行运算处理。数控系统与PLC通过输出接口送出控制信号Y，高电平时候，光耦合器接口电路导通，输出端子Y连接外部继电器KA导通，KA常开触点闭合，变频器控制电路导通，实现主轴电机的控制。控制信号Y为低电平时，光耦合器接口电路不导通，外部继电器KA失电，KA断开，变频器控制电路断开。 结论本设计完成了主轴控制设计的任务，本设计实现了主轴控制功能，操作简单，功能强大。可以实现手、自动转换，在自动方式工作时实现升速、降速调节；在手动是实现主轴正、反转，点动，升、降速，急停等功能。还设计了主轴电路，PLC程序并且正确使用了变频器，电机等器件。 由于本人经验欠缺，设计中还存在不合理之处，这些在以后一定改进。致谢非常感谢我的毕业设计指导老师黄敏高老师。黄老师在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给了我很多的指导，从写作、修改，再到论文定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助，非常大的帮助。为了指导我们的毕业论文，他放弃了自己的休息时间，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他诚挚的鞠躬以表示我真诚的谢意。同时，感谢所有任课老师在这三年来给我的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人，感谢黄老师对我的指导与帮助。在此我送上我真诚的感谢。参考文献1 欧洲，张晓东基于16单片机控制的数控系统设计J】制造业自动化，2009(3)：8688卡盘松开2 张建民，等机电一体化系统设计(第三版)【M】北京：高等教育出版社，20073 陈吉红，等数控机床实验指南MI武汉：华中科技大学出版社，2005机械挡4 张毅刚，等单片机原理及应用MI北京：高等教育出版社，20035 三菱通用变频器FRA700使用手册6 siemens 802s/c数控系统操作说明书 siemens公司7 数控机床故障诊断与维修500例 邮电出版社 龚中华主编8 siemens 802s/c数控系统连接手册 siemens公司图1 主轴电路图2 主轴系统PLC控制电气原理图图3 主轴数控系统与变频器控制电气原理图图4 开关量输入电气原理图图5 开关量输出电气原理图 图6 主轴PLC控制系统主要梯形图程序袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁