全套毕业设计基于PLC的数控车床控制系统的设计.doc

全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 基于基于 PLCPLC 的数控车床控制的数控车床控制 系统的设计系统的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 0923177 学生姓名： 曹 剑 指导教师： 潘国峰 （职称：副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于 PLC 的 数控车床控制系统的设计 是本人在导师的指导下独立 进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特 别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不 包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923177 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 基于 PLC 的数控车床控制系统的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 现代工业制造量很大，产品质量要求很高，传统的加工方法已 经基本无法打到生产的要求。为了能够在保证产品质量的前提下， 最大地提高工作效率，就必须采用先进的数控加工手段。数控系统 就是指械运动及加工过程进行数字化信息控制的所具备相应的硬件 和软件的总和。 数控技术在制造业中占有举足轻重的地位，甚至一定程度上代 表该国家的机械发展水平。如今数控技术已成为机械工业的自动化 三大支柱之一，从而成为世界各国学术界研究的重点和热点。目前 我国主要使用的还是以经济型车床为主，多以德国西门子和日本法 兰克系统为主体，但我国国产系统的发展潜力不容忽视。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉数控系统的发展历程，特别是近十几年来基于 PLC 的控制 系统； 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 熟悉数控车床，包括机械结构、控制系统结构、工作原理等； 合理设计控制系统中各个子系统的控制方案； 掌握控制系统的各个硬件电路的设计以及运动控制器的连线与 PLC 的配线； 熟练 PLC 进行对数控系统进行软件编程，给出 PLC 控制步进电 机、主轴电机和系统报警程序； 熟练使用 MATLAB 进行所设计的系统仿真。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 94 班班 姓名姓名 曹 剑 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 摘摘 要要 采用数控车床控制系统进行机械加工具有加工精度高、生产效率高、改善劳动力条 件、利于生产管理现代化的特点，极大满足对产品多样化的需求。 论文以数控车床为研究对象，对其基于PLC的控制系统进行了设计。 主要有一下几点内容： （1）提出了基于PLC数控车床的控制系统设计的总体方案：伺服驱动控制系统设计 方案、联动控制设计方案等。简单的地进行了对数控车床的主要机械结构、控制系统结 构以及数控车床工作原理和流程介绍 ； （2）较为详细地进行了数控车床控制的设计，其中包括元器件选则，硬件电路设计， 和相关模块的接线，如运动控制器的接线，PLC配线等以及PLC对步进电机、主轴电机、 电路报警的程序设计； （3）采用Matlab进行对本次设计中的进给系统进行仿真，进行了模型的建立，仿真 数据的分析。 关键词：关键词：PLC；数控车床；控制系统；仿真 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 Abstract The machining operation employs CNC lathe control system, and with the features of high precision, high production efficiency, improved labor conditions, conducive to production and modern management, which can greatly meet the diverse needs of the product. The study object of this paper is CNC lathe, and the main contents of its PLC-based control system designs are as following: the overall design program of PLC-based CNC lathe control system: design programme of servo drive control system, design programme of linkage control. A brief introduction about CNC lathe mechanical structure, control system structure as well as CNC lathe working principle and process are given; Give a detailed introduction on CNC lathe control design, including the components selection, hardware circuit design, wiring with related modules, such as motion controller wiring, PLC wiring as well as PLC program design on stepper motor, spindle motor and circuit alarm; To simulate the feed system by using Matlab, establish model, and carry out the analysis ofthe simulation data. Keywords: PLC; CNC lathes; control system; simulation 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 目目 录录 摘 要.III ABSTRACT.IV 目 录 .V 1 绪论.1 1.1 数控系统的发展.1 1.1.1 国外数控系统发展.1 1.1.2 国内数控发展.1 1.2 数控加工的意义.2 1.3 PLC 在数控车床上功用、优点.3 1.4 课题研究背景及意义.4 1.4.1 研究意义.4 1.4.2 研究内容.4 2 基于 PLC 数控车床控制系统的设计方案.5 2.1 数控车床简介.5 2.1.1 数控车床机械结构.5 2.1.2 控制系统的组成.5 2.1.3 数控车床工作原理和流程.6 2.2 控制系统设计流程.6 2.2 控制系统设计方案.6 2.2.1 伺服驱动控制系统设计方案.6 2.2.2 联动控制设计方案.7 2.2.3 主轴控制系统设计方案.8 2.3 数控车床控制系统关键技术.9 2.4 本章小节.10 3 基于 PLC 数控车床控制系统的设计.11 3.1.器件选择.11 3.2 硬件电路设计.12 3.2.1 主电路设计.12 3.2.2 供电电源电路.13 3.2.3 供电电源接线.14 3.2.4 交流控制电路.15 3.2.5 直流控制电路.17 3.2.6 步进电机驱动电路设计.18 3.2.7 运动控制器设计.18 3.2.8 PLC 配线设计.20 3.3 软件设计.21 3.3.1 P LC 对步进电机控制程序设计.21 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 3.3.2 PLC 对主轴电机控制程序设计.23 3.3.3PLC 故障报警设计.25 3.4 本章小结.26 4 基于 MATLAB 的仿真设计 .27 4.1MATLAB介绍.27 4.2 建立系统仿真模型.27 4.3 仿真结果及分析.27 4.4 本章小结.28 5 结论与展望.29 5.1 结论.29 5.2 不足之处及未来展望.29 致 谢.30 参考文献.31 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 1 绪论绪论 1.1 数控系统的发展数控系统的发展 数控系统（numerical control system）是数字控制系统的简称，它是机械运动及加工 过程进行数字化信息控制的所具备相应的硬件和软件的总和。 1.1.1 国外数控系统发展国外数控系统发展 采用数控技术进行机械加工的想法最早是在上个世纪40年代初提出。 第一阶段：数控阶段（NC）时间：19591970年 第一代数控系统（电子管数控系统）：1952年，由美国的著名麻省理工学院（MIT） 与美国帕森斯公司(Parsons Co)合作研发出世界上第一台三坐标的数控铣床，标志着数控 系统由此诞生。 第二代数控系统（晶体管数控系统）：借助于1959年电子相关行业研发的出晶体管 元件，并结合印刷电路板技术在电子计算机上的应用，数控系统成功地步入了第二代。 与此同时美国的耐.杜列克公司（Keaney&Trecker Corp.简称K&T公司）在机床上安装了刀 库，并通过机械手将刀具装夹在主轴上来自动选择生产所需的刀具，这样以来以大大缩 减了装卸刀具和定位装卡零件所耗时间，后来人们把这种带有自动交换刀装置的数控机 床称为“加工中心”（Machining center简称MC）。 第三代数控系统（集成电路数控系统）：数控系统发展到第三代是因为功耗低的小 规模集成电路在1960年的出现使数控系统的可靠性得到了明显提高。 尽管数控系统得到了三代的发展，但这个阶段的系统拥有一个共同的弊端，那就是 都以硬件为基础且数控系统的大部分功能依靠硬件电路完成，例如加工程序的输入、运 算、输出等。由于硬件结构的固定化就导致一旦加工成型就很难在进行改动，这就为数 控系统的后期开发、维护带来了极大的不便。与此同时，由于硬件电路所实现的功能有 限，可靠性相比较低，因此数控系统要想得到更好的应用仍急需快速地发展。 第二阶段：计算机数控阶段（CNC）时间:1970现在 第四代数控系统（小型计算机数控系统）：1970年，第四代数控系统在美国的芝加哥国 家展览会上得到了首次亮相。它的主要发展动力源是当时计算机技术的迅猛发展，使得 系统的控制单元由硬件转变为计算机控制。 第五代数控系统（微型计算机数控系统）：在20世纪70年代初美国英特尔（Intel）公 司开发出的微处理器引发了数控系统的第五次换代。自1974年，由美、日、德等国率先 研制出的这种以微处理机为核心的数控系统被称为第五代数控系统（MNC，通称为 CNC）后，数控机床在往后的20年中开始了前所未有的大发展。 第六代数控系统（PC数控系统）：进入90年代后，借助于PC机由过去的8位，16位发 展到如今的32位，性能得到大幅度的提高数控系统的革新也伴之进行。首台基于PC的 CNC数控系统在1994年的问世引起世界范围的关注，并标志着数控系统迈入第六代。 1.1.2 国内数控发展国内数控发展 我国是自1958年才开始对数控系统进行研发工作。研发工作的进行着主要是由科研 机构，高等院校和少数机床厂担当。由于当时国产的电子器件水平有限，与国外发达国 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 家相比有明显差距，再加上研发工作在经济上受到制约，导致我国数控系统在这个时期 研发进度不是很大。 但在改革开放，我国的数控技术终于发生了革命性的发展。经过“六五”时期对国 外先进数控技术的引进，“七五”期间积极对引进技术上地消化，截止“八五”时期国 家开始了对数控技术研发点的大力支持，使得我国数控技术得到了前所未有的发展。在 这个时期国家进行了产品的验收工作。验收的产品主要包含：由华中数控公司生产的华 中I型，沈阳的高档数控国家工程研究中心研制的蓝天I型，以及其他通过“国家机床质量 监督测试中心”测试合格的国产数控系统。 通过2003年4月我国最高级别的机床展览会第八届北京国际机床展览会以及许多资 料都已经明确表明了，目前我国数控系统生产的类型依然主要为经济型。销量较大产品 制造公司主要有广州数控，南京华兴数控，南京新万达数控，江苏仁和数控，成都广 数控，北京帝特马数控等。 1.2 数控加工的意义数控加工的意义 采用数控系统进行加工与传统的机械加工相比，前者的优益之处主要体现于以下6个 方面： （1）加工精度高 数控机床是按照用户的程序指令进行零件的。同传统机床相比，数控机床优化了其 传动装置，提高了分辨率。如今数控机床的脉冲当量已经普遍达到了每个脉冲为0.001 mm的程度，这就使得众多中小型数控机床的定位精度普遍能够达到0.03 mm，重复定位 精度达到0.01 mm的数值。而且在加工的整个过程中反向间隙与丝杠螺距误差等都是由数 控装置进行自动补偿，可以有效地减少由于操作人员参与所带来的人为误差，所以可以 肯定数控机床的加工精度相比传统的车床精度高许多。 （2）加工效率高 工件加工所需的时间主要是由机动时间和辅助时间两部分构成。所以数控机床可以 助其数控机床轴转速和进量的调速范围比普通机床大的优势，使它可以选用最有利的切 削用量进行加工，同时数控机床以其所具有的良好的刚性来快速移动以及停止采用了加 速、减速的措施来提高空行程的运动速度，使得能够有效地减少了机动时间。而且在加 工的过程中，采用数控机床可以避免传统机床所需的划线过程以及快速换刀，从而又缩 减了辅助时间。 (3)柔性度高 在数控机床上进行工件的加工我们主要依靠的是用户所编程的程序。同传统的机床 对比来看，数控机床能够减少不必要的来回更换夹具、工具，以及过多重复的调整机床 本身。因此凭借其高度的柔性，数控机床可以很好的加工小批量复杂型的工件。 (4)劳动强度低，劳动条件改善 数控机床对工件的加工是自动进行的，加工完毕后自动停车。操作者不需要过多的 参与，只需要对系统进行程序地编写、程序地输入、工件地装卸以及检验等工作，所以 极大程度地降低了劳动强度。同时由于众多数控机床如今多为封进行加工，所以既清洁 又安全，这又使得劳动条件得到了改善。 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 (5)生产管理化程度高 由于数控机床是采用程序进行加工的，所以对于每个相同的工件来说，其加工时间 都是基本一致的。这样利用数控机床加工工件，就可以预计出整批相同件的所需时间， 从而有利于进行均衡生产和预计产量的提高。 (6)就业压力减轻，就业待遇高 如今我国数控加工技术仍然处于大力发展的阶段，大量的数控机床急需操控熟练的 加工员。然而目前在我国该行业熟练数控技术操作的人员的数量却始终处于更不上的现 状，从而导致该行业严重缺乏人才。但同时可以从侧面看出，这给众多空闲劳动力给拱 了就业机遇而且就业待遇高，一定程度上解决了就业压力，解放和发展了劳动力。不论 是为我国经济的发展还是个体的经济收入都谋得实质性的利益。 1.3 PLC 在数控车床上功用、优点在数控车床上功用、优点 PLC之所以能够广泛用于数控系统的控制之中与其自身的6大优点难舍难分。 目前一个国家的PLC技术已经在一定程度上代表该国家的电气程序的发展水平。如今 PLC已与数控技术、工业机器人成为机械工业的自动化三大支柱。 （1）可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用 严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三 菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均 无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的 继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大 大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应 用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及 设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 (2)配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工 业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各 种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、 CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成 各种控制系统变得非常容易。 (3)易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于 为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只 用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电 路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 (4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造 的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变 生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 (5)体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数 瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 1.4 课题研究背景及意义课题研究背景及意义 1.4.1 研究意义研究意义 我国数控车床自20世纪70年代开始初步投入市场生产到如今经过各科研机构、厂商 地努力取得了肯定性的成果:数控车床的质量可靠，类型、规格齐全等。但同时面临诸多 困境：产品转型升级、技术手段不过最先进行列等。其中众多院校多以书本理论知识为 主，脱离实际，导致学生空有理论。本课题就是在这种背景下产生，目的是为了是学生 增加动手，思考能力，将所学书本知识用于实践运用和系统开发中。 1.4.2 研究内容研究内容 本次基于数控车床控制系统的设计内容主要包括下几个部分： （1）给出本次控制系统设计总体方案，包括进给伺服系统的设计方案，联动控制的 设计方案，主轴控制系统的设计方案。 （2）详细进行本次设计，主要包括硬件元件的选择、硬件电路设计和软件程序编程。 （3）基于Matlab软件对本次数控车床控制系统设计进行仿真，检验本次设计的可行 性。 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 2 2 基于基于 PLCPLC 数控车床控制系统的设计方案数控车床控制系统的设计方案 2.1 数控车床简介数控车床简介 2.1.1 数控车床机械结构数控车床机械结构 数控机床的机械结构主要由以下几部分组成： （1）主传动系统 它包括动力源、传动件及主运动执行件(主轴)等，其功用是将驱动装置的运动及动力 传给执行件，以实现主切削运动。 （2）二进给传动系统 它包括动力源、传动件及进给运动执行件(工作台、刀架)等，其功用是将伺服驱动装 置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。 （3）基础支承件 它是指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，是整台机床的基础和框架，支承机床 的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。 （4）辅助装置 辅助装置是指实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置。辅助装置视数控机床的 不同而异，按机床的功能需要选用，如自动换刀系统、液压气动系统、润滑冷却装置和 排屑防护装置等。 2.1.2 控制系统的组成控制系统的组成 数控车床的控制系统主要包括输入装置、输出装置、数控装置、可编程控制器、主 轴控制模块、进给伺服控制模块及位置检测装置等部分。控制系统组成图如图2.1所示： 图 2.1 控制系统组成图 其中，输入装置的作用是把控制介质中的程序代码转变为对应的电脉冲信号，然后 传入并存入数控装置中；输出装置则是起到打印和显示功用。 数控装置是数控机床控制系统的核心部位。它对接受从输入装置传送来的脉冲信号， 通过其控制软件以及逻辑电路进行着编译、运算、逻辑处理处理工作，最后再将加工出 输入 装置 通信 线路 输出 装置 计 算 机 数 控 系 统 装 置 主轴控制单元 可编程控制器 速度控制单元 主轴 伺服驱动 机 床 进给 伺服驱动 位置 监测装置 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 的各种信息指令传输到伺服系统，从而实现对数控车床各个部位的有序规定动作。 伺服系统的作用是将数控装置发过来的位移和速度脉冲信号转变为数控车床执行部 件的方向、位移和进给速度。 可编程程序的接口部分是用来实现对数控车床的强电控制的作用，即执行实现数控 装置发出的辅助功能。 位置检测装置的主要作用是进行主轴、进给轴的位置检测的完成工作。配合着主轴 控制模块、进给伺服控制模块完成相应的位置控制。 2.1.3 数控车床工作原理和流程数控车床工作原理和流程 （1）输入：零件加工程序一般通过DNC从上一级计算机输入而来。 （2）译码：译码程序将零件加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。 （3）数据处理：包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能的处理。 （4）插补：是在已知一条曲线的种类、起点、终点以及进给速度后，在起点和终点 之间进行数据点的密化。 （5）伺服输出：伺服控制程序的功能是完成本次插补周期的位置伺服计算，并将结 果发送到伺服驱动接口中。 2.2 控制系统设计流程控制系统设计流程 本次设计的主要流程如图2.2所示： 图 2.2 控制系统设计流程图 2.2 控制系统设计方案控制系统设计方案 2.2.1 伺服驱动控制系统设计方案伺服驱动控制系统设计方案 本次设计设计中关于伺服驱动系统的设计采用的是具有位置反馈、速度反馈以及电 流反馈的三闭环的结构形式的高性能伺服系统。其中，伺服驱动系统中的电流环和速度 环是内环，位置环为外环。伺服驱动控制系统框图如图2.3所示： 系统设计准备 控制系统方案提出 数控车床控制系统设计 器件选择硬件电路设计 软件设计 仿真测试 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 图 2.3 伺服驱动控制系统框图 （1）电流环 电流环是由控制器和逆变器两个部分组建而成，它的作用是使得电机的绕组电流实 时、准确地跟踪电流的参考信号。在全数字交流伺服系统中，它分别起到对d、q轴电流 进行控制作用。其中，q轴指令电流是来自于速度环的输出，而d轴的指令电流是电流直 接给出的。然后通过电流的控制器，获得给定的控制电压，从而通过空间欠量脉冲宽调 制算法利用DSP产生触发脉冲控制工IGBT。 （2）速度环 它是用来保证电机的转速和指令的一致性的，消除负载转矩的扰动等因素对电机转 速的影响。速度的指令与反馈的电机的实际转速进行比较，它们的差值则是通过速度调 节器直接产生了q轴指令电流，进而控制电机的匀速、减速和减速，最终使得电机的实际 转速与指令的一致性。其中速度调节器是采用PI控制方式。 （3）位置环 位置环的根本作用是实现执行机构对位置指令的精确的跟踪，其可以产生电机的速 度指令并使得电机准确的进行定位与跟踪。它通过对设定的目标位置和电机所要求达到 的准确定位的实际位置进行比较，利用它们间的偏差通过采用位置调节器从而产生电机 的速度指令。 2.2.2 联动控制设计方案联动控制设计方案 本次设计中联动控制的设计，联动控制原理图和硬件设计的连线分别如图2.4，2.5所 示： 在步进电机和驱动电气的主控电路以及PLC外围的继电器KA2和接触器KM2输出线路 已接好的情况下，进行对合上自动开关QF1和QF2操作。然后将编程的电缆连接到PLC上， 利用PC机上的编程软件向PLC传送控制程序。 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 图2.4 联动控制原理图 图2.5 硬件接线图 2.2.3 主轴控制系统设计方案主轴控制系统设计方案 本次设计的主轴控制系统主要是用来实现对主轴的正反转动的控制、多档位调速和 无级调速。再与脉冲编码器相互结合起来，构成闭环控制，用来实现主轴转动和进给运 动之间的相互联系。主轴控制系统结构框图如图2.6所示： 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 图 2.6 主轴控制系统结构框图 在设计中，主轴调速采用分段的无级调速和多档位有级调速分段的无级调速能够在 满足无级调速的功能基础上扩大最高转速的范围，从而不受电机最高转速的限制。通过 液压拔叉系统来实现高速与低速之间的相互转换。而每段的无级调速则是通过变频器功 能实现。 编码器的信号反馈回到PLC，进而构成了闭环系统。主轴转动和进给运动之间通过编 码器来实现车螺纹等功能。 2.3 数控车床控制系统关键技术数控车床控制系统关键技术 数控车床控制系统的设计，其主要是基于PLC的电气控制系统的设计。在进行该设计 的过程中主要设计以下关键技术： （1）各个元器件合理选型； （2）各个硬件电路的设计； 编 码 器 PC 机 运动控制卡 端子板 接口板 点动按钮 控制面板 端子板 接口板 PLC 输入模块 PLC 中央处理器 PLC 输出模块 端口板 变频器 电机接口 三相异步电机 变 速 器 主 轴 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 （3）运动控制器的接线，PLC的配线； （4）PLC对数控系统中步进电机的控制，主轴电机的控制； （5）仿真软件Matlab的使用方法和仿真结果的分析； 2.4 小节小节 本章简单的进行了对数控车床的机械结构，控制系统结构以及数控车床工作原理的 简单的介绍。主要进行了数控车床控制系统总体方案的设计，包括伺服驱动控制系统设 计方案，联动控制设计方案以及主轴控制的系统设计。给出了设计的主要设计流程步骤。 为数控车床系统设计提供了设计思路和设计方法。 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 3 3 基于基于 PLCPLC 数控车床控制系统的设计数控车床控制系统的设计 基于 PLC 数控车床控制系统的设计主要包括对系统中伺服驱动系统的设计、联动控 制的设计以及主轴控制系统的设计。 3.1 器件选择器件选择 数控车床的控制系统的功用主要是为了使被控制对象能够达到规定的性能指标，设 计的结构要求必须实现所有被控制对象的动作，且达到各项技术指标。在本次控制系统 的设计中，经过验算和可行性分析后，采用了以下各型号元器件，如表3-1所示： 表 3-1 各型号元器件表 名称代号型号主要参数 KM1CJ20-100选择额定电压为 380V，主触头额定电流 为 100A KM2CJ20-10额定电压为 380V，主 触头额定电流为 10A KM3CZ0-40择额定电压为 440V， 主触头额定电流为 40A，吸引线圈电压为 22V 接触器 KM4、KM5、KM6、K M7 CJ20-10额定电压为 380V，主 触头额定电流为 10A QF1DZ15-63/3额定电流为 63A，额定 电压为 380V QF2DZ15-100/3额定电流为 100A，额 定电压为 380V QF3DZ47-1/3额定电流为 1A，额定 电压为 380V QF4DZ47-3/3额定电流为 3A，额定 电压为 380V 断路器 QF5DZ47-5/3额定电流为 5A，额定 电压为 380V 主轴电机SIEMENS- MICROMASTER440 功率 3kw， 额定电压 280V 变频器M440输入频率 4763Hz 输出频率 0650 步进电机130BYG3501箱数 3，步矩角 0.6 驱动器 SH30822M电源 AC220V， 细分范围 1256 全套设计（图纸）请联系 QQ 174320523 各专业都有 3.2 硬件电路设计硬件电路设计 3.2.1 主电路设计主电路设计 主电路设计主要是为了实现数控车床系统中各个电动器件连接：冷泵电机、冲削电 机、换刀电机的供电和启停控制连接方法等，电路设计如图3.1所示： 图 3.1 电气主电路图 本次设计采用的是三相电压为380V ，频率为50HZ三相动力电源进行供电，并且采 取可靠接地来防止当电机受潮等情况导致触电情况的发生。 电气主电路中，电源控制开关QF1起到实现车床总电源的通断的控制，还能够对整个 动力线路的起到过流保护、电压保护以及过载保护的巨大功用。若数控车床通电之则， 操作面板上的车床电源指示灯将会亮起。其中断路器QF2开关可为了给主轴变压器TC1供 电作用，TC1输出操的三相200V电压经过断路器开关QF2和接触器KM1向电源模块PSM进 行供电。在此次供电的过程中，交流接触器KM1是用来实现对电源模块PSM的通断状态 的控制。 断路器QF4开关起到了向实现冷泵电机M2供电功用，交流接触器KM2能够用来实现 对冷却电机M2的启动和停止的控制功用。 断路器QF5开关可向冲削电机M3提供电力，交流接触器KM3能够用来实现对冲削电