机床控制柜设计.doc

南通纺织职业技术学院毕业设计XK850数控铣床加工中心控制柜设计 姓 名 刘敏班 级 09机电二专 业 机电一体化技术教 学 系 机电工程系指导老师 康宜平完成时间11年10月 3 日至11年11月 20 日 第1章 概述31.1铣床国内外研究状况和发展趋势3第2章 XK850数控铣床控制柜设计42.1 XK850数控铣床元件选型4第3章XK850数控铣床控制柜设计63.1控制柜61.控制柜外形63.2主电路电路图73.3 SVPM电源放大模块83.4 SVPM模块连接原理93.5 电缆互联原理10计算机数控（CNC）系统的基本概念113.6斗笠式刀库输入接口113.7急停回零手轮输入控制123.8控制电源电路图131直流控制电路图132交流控制电路图143.9.A轴连接结图153.10输出控制153.11开关柜配线的相序与色泽规定163.12主轴电机的计算163.13变频器的选型原则16致 谢19摘要本文讲述了XK850数控铣床加工中心的电气控制柜原理设计。铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。控制柜是铣床工作必不可少的重要部件，它控制呢铣床的运作。本文讲述了控制柜的工作原理即设计要求，使得读者能够更好的了解铣床的工作原理控制。 关键字：XK850数控铣床加工中心 电气控制柜 第1章 概述1.1铣床国内外研究状况和发展趋势自从1969年第一台可编程控制器在美国问世以来，在工业控制中得到广泛的应用。近年来，我国在石油、化工、机械、轻工、发电、电子、橡胶、塑料加工等行业工艺设备的电气控制中，越来越多地采用PLC机控制，并取得了显著的效果，深受各行业的欢迎。铣铣床是以各类电动机为动力的传动装置与系统的对象以实现生产过程自动化的技术装置。随着电子技术的发展，可编程序控制器日益广泛的应用于机械、电子加工与设备电气改造中。 铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。自动铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，运转费用低的特点，已成为现代生产中的主要设备。自动铣床控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，铣床控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美。在我国7080年代大多数铣床中,大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此,继电器本身固有的缺陷,给铣床的安全和经济运行带来了不利影响,用PLC对铣床的继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。自动铣床的发展及现状：从上世纪80 年代起铣床制造业的发展虽有起伏但对自动控制技术和自动铣床床一直给予较大的关注。经过九五自动车床和加工中心包括自动铣床的产业化生产基地的形成，所生产的中档普及型自动铣床的功能性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。但在中高档自动铣床方面与国外一些先进产品相比仍存在较大差距。这是由于欧美日等先进工业国家于80 年代先后完成了自动机床产业进程，其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发引导着数控机床技术发展，如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献，德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。相比之下，我国大部分数近代机床产品在技术处于跟踪阶段。表1以中挡铣床为例列出国内外先进产品主要技术指标，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明显差。随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发展改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。在控制方法上，从手动控制发展到自动控制;在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在操作上，从策重发展到信息化处理；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。XK850数控铣床综合了计算机技术、微电子技术、检测技术、自动控制技术、智能技术、通信技术、网络技术等先进的科学技术成果。XK850数控铣床是由普通机床发展而来。它集于机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制等技术于一体，是一种高效率、高精度能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。铣床的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品机构和产业机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。一种新型的控制装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。 第2章 XK850数控铣床控制柜设计2.1 XK850数控铣床元件选型1.机床规格 工作台工作台面积500mmX1050mm行程左右行程（X轴）800mm前后行程（Y轴）500mm上下行程（Z轴）550mm加工范围主轴中心至立柱导轨距离550mm主轴端面至工作台面距离105-655主轴主轴锥度ISO40主轴锥孔/拉钉BT40主轴功率7.5KW最高转速8000rpm进给（直联）最高进给速度6000mm/min快速移动速度（X/Y/Z）16000mm/min滚珠丝杠（直径X导程）X轴滚珠丝杠40mmX10mmY轴滚珠丝杠40mmX10mmZ轴滚珠丝杠40mmX10mm定位精度（国标）定位精度（X、Y、Z）0.005/300mm重复定位精度（X、Y、Z）0.003/300mm外形尺寸长X宽X高2700X2350X2650mm重量 工作台最大承载重量600Kg机床重量5600Kg系统配置标配：FANUC 0i mate MD可选配:三菱64SM、FANUC 0i MD或KND K1000MIV系列数控系统气源要求0.6Kg/c 2主要配置机身树脂砂铸件（台湾合资）滚珠丝杠台湾（PMI）（双螺母预拉伸机构）滚珠丝杠螺母台湾（PMI）联轴器台德合资S+J主轴基本配置台湾精密主轴；8000rpm/BT40换刀系统台湾进口(选件)集中润滑系统中日合资日华自动润滑系统冷却系统大流量、冷却系统（MC-4000泵）0.75KW导轨防护X、Y轴不锈钢防护防护全密闭式防护刀库台产16/24工位刀库（选配）手持遥控单元外设行程开关合资通讯接口标准RS232接口 3标准配置： 4.选择配置1.FANUC 0i mate MD数控系统 1.KND K1000MIV数控系统 2.切削液系统 2.三菱64SM数控系统 3.全电脑自动控制润滑系统 3.西门子802D SL数控系统 4.工作照明灯 4.斗笠式16把刀库（BT40）5.主轴刚性攻牙 5.圆盘式24把刀库（BT40）6.三相隔离变压器 6.提升式排屑器含集屑车 7.全封闭防护钣金 7.工作状态指示灯（三色） 8.水平调整螺丝及垫块 8.自动刀具测量功能 9.工具箱及工具 9.电器箱热交换器 10.RS-232接口 10.全自动稳压器 11.z轴带导轨配重装置 11.数控旋转台 第3章XK850数控铣床控制柜设计3.1控制柜1.控制柜外形 设计说明：1.外壳油漆采用喷塑，颜色为绿色 2.控制柜前门为单开门，后门为双开门。面板采用：2cm冷轧板，侧面采用1.5cm冷轧板，柜盖为2cm冷轧板3.电气控制柜宽度为80cm，宽度为60cm,高度为120cm.前门带锁操作把手安装高度离地面95cm2.电气控制布置图3.2主电路电路图输入电源L1、L2、L3，通过电源开关QF1控制通断。在其上，引出3条支路，分别控制着伺服电路、冷却泵M2、刀库电机M4。3.3 SVPM电源放大模块电压从R S T 接口输入，1通过控制开关QF2提供主轴风扇的运动；2由继电器KM1开关控制，经过L输入SVWP放大模块进行放大。3.4 SVPM模块连接原理3.5 电缆互联原理 图1图2计算机数控（CNC）系统的基本概念 计算机数控（computerized numerical contro，简称 CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能由一台计算机完成以前机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时控制。 CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给（伺眼）驱动装置组成。由于使用了CNC装置，使系统具有软件功能，又用 PLC取代了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维修也方便，并且具有与上位机连接及进行远程通信的功能。3.6斗笠式刀库输入接口 X7.0控制主轴松刀，X7.3控制气压报警，X7.4控制刀库计数，X7.5控制刀库进入，X7.6控制刀库退出，X7.7控制紧刀，X8.0控制松刀，X8.1控制润滑液面，X8.2润滑油压开关 3.7急停回零手轮输入控制X8.4急停，X9.0X轴回零，X9.1Y轴回零，X9.2Z轴回零，X9.3A轴回零，X8.5X8.6X手轮倍率，9.4X9.5X9.6X9.7手轮轴选择。3.8控制电源电路图这是一个利用放大电路来实现的电源控制电路，通过不同的阻值比来实现不同电压的控制，将输入电压转换为110V，为控制电路电压；将电压转换为24V时，提供指示灯的工作；将输入电压转换为220V的时候，来使得热继电器工作。电压通过交直流变压器转换为24V直流电提供直流电路运作。1直流控制电路图2交流控制电路图3.9.A轴连接结图3.10输出控制3.11开关柜配线的相序与色泽规定母线的涂漆技术规定：交流A 黄色B绿色C红色N紫色 中性线PE. 紫底黑条（在紫底上每间隔150mm喷涂斜45，宽10mm的团黑条）。注:1. 符合上述条件采用绝缘板的控制柜,设计人员在材料清单取消原接线端子,改为标注”绝缘板”字样。2. 符合上述条件采用绝缘板的控制柜,一律采用标准绝缘板.用线截面积50mm配M8X40mm螺栓装配; 用线截面积70mm配M10X50mm螺栓装配。3.12主轴电机的计算功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力和最大切削转速来计算，设即最大切削速度为500（m/min），最大切削力 PC=FZU10-3/60及 PC=P K式中 P-电动机功率 PC-切削功率 -主传动系统总效率，查机床说明书，一般为0.750.85，=0.8 Fz(N) U-切削速度为500（m/min） k-进给系统功率系数，取k=0.96 Pc=FzU10-3/60=500060/60000KW=5KW P= Pc/K =5/(0.80.96)KW=6.510KW 即主轴电机功率选择7.5KW的电机3.13变频器的选型原则 根据电机的规格指标参数选择变频器。变频器在使用过程中带动的是电机，所以，变频器的选型可以从电机的角度来选择型号、规格。那首先，我们就必须先了解电机的各项规格指标参数。每台电机都有它自己出厂的名牌，从铭牌上，我们不难找到电机的各项参数。这些参数中，我们需要了解的主要参数有：电机的额定电压、额定电流、额定频率、额定转速等。电机的额定电压：电机的额定电压一般有110V,220V,380V,690V,1140V,6KV等。电机的额定电流：电机的额定电流根据电机的功率不同而不同。选择变频器时，变频器的额定电流应大于或等于点击的额额定电流，特殊情况应将变频器功率档次放大一档。100系列可满足0600HZ电机的需要，如需要高频率，选用CH_150系列变频器。电机的额定转速：电机有分为2极、4极、6极、8极等，极数越高，转速越低，同功率电流也越大。我们一般用电机的额定转速是1500rpm对应4极电机。变频器也是根据4极电机来设计的。2极对应3000rpm、6极对应960rpm/8极对应720rpm左右。选择变频器时，一定要注意其防护等级是否与现场的情况匹配。否则现场的灰尘、水汽会影响变频器的长久运行。单相电动机不适用变频器驱动。 总 结XK850数控铣床是一种高效率的加工机械，是通过手柄同时操作电气与机械，是机械与电气结构联合动作的典型控制。但是在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，这给生产与维护带来诸多不便。随着工业自动化的发展，生产设备和自动生产线的控制系统必需具有极高的可靠性与灵活性，这就需要使用智能化程度高的控制系统来取代传统的控制系统。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。在这个过程中我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识与体会，并在学习和实践过程中增长了知识。丰富了经验。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析，系统设计，系统实施，系统运行与调试的过程来进行。系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程。在设计过程中，要边学习边实践，遇到新的问题就不断探索和努力，即可使问题得到解决。在设计中体会到理论必须和实践相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多的差异，出现了很多意想不到的问题。许多问题在书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到控制要求的系统。致 谢本文是在指导老师康宜平的细心指导和关怀下完成的。康老师渊博的知识、严谨的治学的态度和勇于开拓的工作作