数控机床电气设计要求

PAGEPAGE2数控机床电气设计要求完成如下课题电路的设计，画出电路图，说明设计过程。（一）华中数控实验台的电路设计1、数控系统的上电控制电路设计所谓数控系统上点电路，就是为数控系统供应所需要的24VDC的电路，该电路主要完成由输入380V强电经过保护、变压、转换，便成为数控系统要求的直流24V电压，然后再把24V直流电压传入数控系统的过程，因此包括三个过程：外部输入强电的变压过程：外供强电为交流三相380V电压，要求经过保护、变压变为220V交流电；交流变直流的过程：数控系统所需电源为24VDC，要求经过直流稳压电源变换得到。直流稳压电源输入电源为220VAC，输出为直流24V。直流电传入数控系统的过程：当按下启动按钮后，直流稳压电源产生的直流电传入数控系统，数控系统得电启动，当按下停止按钮后，数控系统失电停止。要求：1）通过电路设计实现上述三个过程，实现系统上电；2）强点传输过程要求有短路、过载、欠压等保护。X坐标轴伺服驱动系统的电路设计伺服系统控制是指针对进给电机的控制，控制的过程是由数控系统输出指令信号给伺服控制模块，然后由伺服控制模块输出信号给电动机，实现电动机的运转，本质上是弱电控制强电的过程。步进驱动单元采用深圳雷塞步进驱动模块实现控制，接收数控系统输出控制信号（来源于数控系统XS30口），控制输入强电，实现功率放大，然后得到输出强电，输出给电动机实现电机运转。（1）强电电路设计要求输入强电：步进驱动模块输入强电为24V电压，经整流桥整流后输入。强电输入过程中要求短路、过载、欠压等保护后才能输入步进模块。同时要求强电的输入要受到伺服允许信号Y1.6（来源于PLC输出信号）的控制，即只有伺服允许信号输出后伺服强电24V才能输入模块。输出强电：机床采用四相步进电机，模块只能驱动两相步进电机，要求设计时将电机的两相串联或并联。串联原则为将和、和短接后，在将A接驱动模块的A，C接驱动模块的，B接驱动模块的B，D接驱动模块的。并联的原则为同名端相连后再接驱动模块的相应接口。（2）控制指令设计步进驱动模块系统指令由系统XS30口输出，输入到驱动模块的相应接口，信号包含脉冲指令信号（CP）和方向指令信号（DIR)。3、Z坐标轴伺服驱动系统电路设计、安装、调试及故障诊断（1）伺服驱动采用日本三洋（或台湾东元）伺服驱动模块控制。伺服驱动包含5个接口，其中控制电源接口输入控制电源，为电路板及接口电路提供电源；指令信号为来源于数控系统的命令信号，来源于数控系统的XS31口；伺服反馈信号接口连接伺服电机后端的反馈元件（一般为光电编码器）；伺服强电输入接口为伺服驱动单元及电动机提供强电，伺服强电输入后，在系统指令控制下实现逆变，形成电动机需要的强电信号；伺服强电输出接口将伺服系统产生的强电输入给电动机。（2）强电电路设计要求输入强电：伺服驱动模块的输入强电为三相200V（日本三洋）或三相220V（台湾东元）。要求电源进线为380V,强电电源输入过程中要求有短路、过载、欠压等保护，强电输入信号要受到急停信号的控制，即只要急停信号正常，强电输入信号才能输入。控制电源：控制电源为两相220V，要求有相应的保护，输入伺服单元相应的接口。输出强电：输出强电由驱动模块的相应接口输出给伺服电动机。控制电路设计要求指令控制：伺服驱动的控制指令由系统地XS31口输出给驱动模块的CN1口，指令信号为脉冲指令控制。使能控制：使能信号由PLC控制输入输出，伺服允许信号由PLC的Y1.6输出。伺服允许信号为PLC输出信号，它是在数控系统正常后，PLC输出的信号，信号的产生受到了急停回路的控制，即只有急停回路正常后，不出现急停报警后，伺服允许信号才能由PLC输出。注：PLC的输入输出信号均为0V信号。反馈控制：伺服反馈信号由电动机后端的编码器输出输入伺服驱动模块的相应接口。急停回路包括由急停按钮、X轴超程限位行程开关常闭触点、Z轴超程限位行程开关常闭触电串联而成，同时应具有超程解除措施。超程后要求有相应的超程报警信号传入PLC，X轴的正负限位报警由X2.4、X2.5输入，Z轴的正负限位报警由X2.6、X2.7输入。（超程限位行程开关为一单刀双掷开关，分别为一常开触点和一常闭触点）当急停线路正常后，将一外部伺服允许信号输入PLC的X4.7点，以作为系统判断急停线路正常与否即是否出现急停报警的标志。设计要求：1）根据以上电路要求设计伺服控制电路和相关的急停回路并进行实际连接、调试直至伺服电机和急停回路工作正常。2）根据设计好的控制电路选择合理的电器元件并连接电路，然后进行电路连接及参数的调整，直至轴电路工作正常。3）排除该电路常见的故障。4、主轴控制系统电路设计（1）主轴采用通用变频器控制；（2）主轴强电电路设计要求输入强电：主轴部分输入强电要求为交流三相380V电压，强电输入过程中要求要有短路、过载、欠压等保护。输出强电：主轴输出强电由变频器强电输出端子引出至主轴电动机。要求电动机与变频器共地连接。控制电路设计要求主轴转速控制由数控系统供给0~10V模拟电压信号，电压的大小决定了主轴转速的大小，由数控系统的XS9口传入到变频器的相应接口。主轴的正反转由PLC输出信号控制继电器实现，其中正转PLC输出信号为Y2.3，反转PLC输出控制信号为Y2.4。其中正转由PLC输出继电器板上的小继电器KA5控制，反转由PLC输出继电器板上的小继电器KA6控制。要求有主轴报警输入检测控制，输入PLC的相对应的定义点。5、四方回转刀架自动换刀控制系统电路设计（1）四方回转刀架由刀架电动机实现换刀正反转。（2）刀架强电设计要求刀架电机使用三相380V电源，要求实现刀架的正反转控制。输入电源要求有短路、过载、欠压保护。电动机强电电路要求有灭弧措施。（3）控制电路设计要求刀架正反转控制：刀架正反转由PLC控制，分别由Y0.2、Y0.3控制继电器转接板上的小继电器KA3、KA4实现。刀架到位检测：刀架到位检测由霍尔元件实现，1、2、3、4号刀到位检测信号分别由X3.2、X3.3、X3.4、X3.5口输入PLC。霍尔元件为三端器件，分别为电源正负极和输出端，使用直流24V电压。画出机床回参考点控制电路、手轮控制电路。回参考点电路只是行程开关的减速信号，即当回参考点时，机床工作台先高速奔向参考点，压下减速开关后，有减速开关将减速信号输入PLC，实现减速动作。因此电路只是将减速开关信号输入PLC。（减速开关为常开触点）手轮电路包括脉冲发生电路和轴选择电路。脉冲发生电源为5V电源，由系统XS8口输出供给，信号包含A相信号和B相信号，由手摇脉冲发生器发出信号输入XS8口。轴选择包括Ｘ、Z轴选择信号，分别通过机床系统面板上的PLC输入开关输入到PLC的X4.1、X4.2点。数控机床电气设计要求完成如下课题电路的设计，画出电路图，说明设计过程。（二）FANUC系统加工中心的电路设计1、数控系统的启动、停止电路设计外部输入强电为交流三相380V电压，其中的两相传入后经过短路、过载、欠压保护后输入控制变压器变压器，转变成220V电压，经过保护控制、钥匙开关控制后输入开关电源，产生直流24V电源。24V直流电源传入系统后，系统启动。为了实现对系统启动的控制，24V电源传入要求受到启动、停止按钮的控制，即按启动按钮，系统启动，按停止按钮，系统断电。其中启动按钮为SB4、停止按钮为SB3，中间继电器采用KA1。2、画出FANUC系统加工中心进给伺服系统的电气连接图FANCU系列伺服驱动单元包括电源模块、主轴模块和伺服模块。实验台伺服模块有2个，其中一个控制X、Y轴，另一个控制Z轴。强电输入：三相380V经过短路、过载、欠压保护后，输入伺服变压器，变为三相200V供给伺服单元电源模块相应接口。在200V传入过程中要求有短路、过载、欠压保护，同时受到电源单元上CX3口输出信号控制，即当CX3接口传出正常信号后，三相200V电压才能传入，最后在传入电源模块接口前，输入平波电抗器，保证信号平稳输入电源单元。伺服驱动单元风机为单相电机，使用电源取自伺服变压器产生的三相200V电压中的两相。要求有短路、过载、欠压保护。强电输出：强电输出由伺服单元相对应的接口输入给对应的电动机，即分别传给X、Y、Z电动机。指令信号：指令信号来源于系统COP10A口的光线信号，首先传入第一个伺服单元模块的COP10B口，然后由此单元上的COP10A口传入下一个伺服单元的COP10B口。反馈信号：反馈信号来源于电动机后端的检测编码器，引出后分别反馈回相应的伺服单元的反馈接口，其中X轴电机反馈反馈回其控制单元模块的JF1口，Y轴电机反馈反馈回其控制单元模块的JF2口，Z轴电机反馈反馈回其控制单元模块的JF1口。使能控制：电源模块上的CX3口信号（伺服强电输入控制），此口为一开关，当系统启动正常，伺服启动正常，同时急停也正常时，开关闭合，控制线路导通，伺服强电允许输入。（提示：为了使伺服强电能够受到控制，采取控制一接触器KM，也就是利用此口控制接触器的线圈得电。）电源模块的CX4口信号为急停输入信号接口，此口两根线与急停开关的两端接线连接即可。控制电源:FANCU系列伺服驱动单元控制电源为200-240V电压，接入电源模块的CX1A口，然后由CXA2A口传入下一模块的CXA2B口，然后在由CXA2A口传入下一模块的CXA2B，以此类推。因此控制电源可由伺服变压器产生的三相200V的两相接入。3、画出FANUC系统加工中心主轴伺服系统的电气连接图输入强电：主轴伺服单元的强电输入与进给伺服单元的基本相同相同。主要不同在于主轴电机风机为三相电机，采用伺服变压器产生的三相200V电压为其供电。控制指令：来源于数控系统的JA7A口，传入主轴单元的JA7B口。输出强电：由主轴驱动单元的强电输出接口输出给主轴电动机。反馈控制:反馈信号由主轴电机后端的编码器传入主动驱动上的JYA2口。4、刀库控制电路设计刀库电机使用三相380V电源，要求实现刀架的正反转控制。输入电源要求有短路、过载、欠压保护。刀库正反转由PLC控制，分别由Y0.2、Y0.3控制继电器转KA2、KA3实现。松紧刀气缸控制：由PLC输出信号Y1.4（406线）输出松刀信号，控制继电器KA4，进而控制电磁阀YV1实现。松紧刀检测开关分别为行程开关SQ10和SQ11，分别把信号传入PLC的X10.5（226线）、X10.4（225线）点位。刀库推出控制：刀库推出回退由PLC的Y1.5口控制，信号输出后控制继电器KA5，进而控制电磁阀YV1实现。刀库推出回退到位控制由刀库前后限位开关SQ13、SQ14控制，分别把信号出入PLC的X10.1（222线）、X10.2（223线）点位。5、设计润滑系统开、关控制电路图润滑系统采用手动和自动两种方式控制，手动控制由面板上SB5进行控制，其闭合后将润滑信号传入PLCX9.2点（214线），自动控制由系统自动控制。润滑系统输出控制由PLC的Y1.1点输出信号，控制润滑电机完成，采用的继电器为KA6，接触器为KM4。当液位低时要求有液位低报警传入PLC的X9.7点位。FANUC0i-MF系统电路设计要求1、数控系统的启动、停止电路设计外部输入强电为交流三相380V电压，其中的两相传入后经过短路、过载、欠压保护后输入控制变压器变压器，转变成220V电压，经过保护控制、钥匙开关控制后输入开关电源，产生直流24V电源。24V直流电源传入系统后，系统启动。为了实现对系统启动的控制，24V电源传入要求受到启动、停止按钮的控制，即按启动按钮，系统启动，按停止按钮，系统断电。其中启动按钮为SB1、停止按钮为SB2，中间继电器采用KA1。然后由中间继电器KA1控制接触器KM1，最后由KM1接通系统电源，实现系统启动。2、FANUC系统加工中心进给伺服系统的电气连接图该加工中心采用一体式伺服单元控制进给轴和主轴强电输入：三相380V经过短路、过载、欠压保护后，输入伺服变压器，变为三相200V供给伺服单元电源模块相应接口。在200V传入过程中要求有短路、过载、欠压保护，同时启动按钮的控制（KM1)，还要受到伺服单元上CX3口输出信号控制，即当CX3接口传出正常信号后，三相200V电压才能传入，最后在传入电源模块接口前，输入平波电抗器，保证信号平稳输入电源单元。伺服驱动单元风机为单相电机，使用电源取自伺服变压器产生的三相200V电压中的两相。要求有短路、过载、欠压保护。强电输出：强电输出由伺服单元相对应的接口输入给对应的电动机，即分别传给X、Y、Z、主轴电动机。指令信号：指令信号来源于系统COP10A口的光线信号，传入伺服单元模块的COP10B口。反馈信号：反馈信号来源于电动机后端的检测编码器，引出后分别反馈回相应的伺服单元的反馈接口，其中X轴电机反馈反馈回其控制单元模块的JF1口，Y轴电机反馈反馈回其控制单元模块的JF2口，Z轴电机反馈反馈回其控制单元模块的JF3口。主轴电机反馈信号也来源于主轴后端的检测编码器，引出后反馈回伺服单元上的JYA2口。使能控制：电源模块上的CX3口信号（伺服强电输入控制），此口为一开关，当系统启动正常，伺服启动正常，同时急停也正常时，开关闭合，控制线路导通，伺服强电允许输入。（提示：为了使伺服强电能够受到控制，采取控制一接触器KM，也就是利用此口控制接触器的线圈得电。）电源模块的CX4口信号为急停输入信号接口，此口两根线与急停开关的两端接线连接即可。控制电源:本伺服驱动单元控制电源为24V电压，来源于开关电源产生的24V电压。3、刀库控制电路设计刀库电机使用三相380V电源，要求实现刀架的正反转控制。输入电源要求有短路、过载、欠压保护。刀库正反转由PLC控制，分别由Y2.0、Y2.1控制继电器KA3、KA4实现。然后由继电器控制接触器KM3、KM4，完成正反转控制。松紧刀气缸控制：由PLC输出信号Y2.3（406线）输出松刀信号，控制继电器KA6，进而控制电磁阀YV2实现。松紧刀检测开关分别为行程开关SQ10和SQ12，分别把信号传入PLC的X3.1、X3.3点位。刀库推出控制：刀库推出回退由PLC的Y2.2口控制，信号输出后控制继电器KA5，进而控制电磁阀YV1实现。刀库推出回退到位控制由刀库前后限位开关SQ15、SQ16控制，分别把信号出入PLC的X3.6、X3.7点位。刀库数刀检测：刀库旋转后，旋转过的刀位数由计数开关SQ14检测反馈给PLC实现。手动松刀控制：按下松刀按钮SB3后，将信号输给PLC（X3.0)实现。4、冷却液控制、润滑系统控制冷却系统控制：PLC信号：当按下冷却液按键或者执行M07/M08指令后，PLC输出信号Y2.6，然后由Y2.6控制继电器KA2，再由KA2控制接触器KM5实现。冷却液强电控制：三相380V电压经过短路、过载、欠压保护后，输出给接触器KM5，然后输出给冷却电动机M2.润滑系统控制：润滑系统采用自动控制，PLC启动后，润滑系统输出控制由PLC的Y2.5点输出信号，控制润滑电机完成，采用的继电器为KA8。当液位低时要求有液位低报警传入PLC的X3.2点位。润滑电机强电：来源于伺服变压器产生的200V电压。急停、限位控制急停控制：急停按钮为双联常闭按钮，其中一条线路将PLC转接板产生的24V电压经过急停按钮后传入PLC的X8.4点位；另一条路由急停按钮短接伺服驱动单元的CX4口。限位控制：X、Y、Z轴限位均分为正负方向限位，均为常闭行程开关，其中X轴正向限位由行程开关SQ1，将信号传入X8.0口，X轴负向限位由行程开关SQ2，将信号传入X8.1口；Y轴正向限位由行程开关SQ3，将信号传入X8.2口，Y轴负向限位由行程开关SQ4，将信号传入X8.3口；Z轴正向限位由行程开关SQ5，将信号传入X8.5口，Z轴负向限位由行程开关SQ6，将信号传入X8.6口。回参考点减速信号：回参考点减速信号依然由常闭行程开关输入给PLC信号。其中X轴回参考点减速信号由行程开关SQ7将信号传入X9.0口；Y轴回参考点减速信号由行程开关SQ8将信号传入X9.1口；Z轴回参考点减速信号由行程开关SQ9将信号传入X9.2口.数控机床电气设计要求完成如下课题电路的设计，画出电路图，说明设计过程。（三）广州数控系统数控车床的电路设计1、画出数控系统的启动、停止电气连接图数控系统启动电压为直流24V，由直流稳压开关电源产生，该电源输入电压为交流220V，输出为直流电压24V。直流24V电压的产生过程如下：外部输入强电为380V，外围380V传入过程包括机床总断路器QF，经过短路保护后输入伺服变压器TC，传入过程要求受到启动按钮、停止按钮、热继电器FR1、FR2、FR3以及门限开关SQ0的控制，即当这些元件都导通后，强电380V才能进入伺服变压器TC（要求控制元件采用接触器KM0，KM0采用110V电压，电压来自380V交流强电经过控制变压器TC2变压得到）。经过伺服变压器TC变压后变为220V通入开关电源，产生直流24V通入系统。画出广州数控车床进给伺服系统的电气连接图伺服强电：伺服强电由与启动电路相同的380V经过启动电路相同的控制后输入同一伺服变压器TC，产生三相220V输入X、Z轴伺服驱动器R、S、T端。强电输出：强电输出直接由X、Z伺服驱动器的U、V、W口传入X、Z轴电机。反馈信号：反馈信号由电机后端的脉冲编码器输出回X、Z轴伺服驱动器相应接口。系统控制信号：系统控制信号由系统X、Z轴控制口传入伺服系统相应接口。控制电源：控制电源为220V电压，来源于伺服变压器TC。3、主轴控制系统电路设计（1）主轴采用双速三相异步电机控制，可实现低速S1、高速S2两档转速；机床再通过机械变速箱变速，主轴可获得12级转速。（2）主轴强电电路设计要求主轴电机输入强电要求为交流三相380V电压，强电输入过程中要求要有短路、过载、欠压等保护（分别由熔断器、热继电器FR1实现）。正转M03信号控制过程：M03信号控制了主轴强点的输入，即主轴强电380V要经过M03信号的控制才能传向电动机。主轴高低速控制：主轴电机包含1U2、1V2、1W2，2U2、2V2、2W2等六个接线端子，采用不同的连接方式实现高低速控制。低速时，强电经过正转M03控制的接触器KM1后，经过由低速控制指令S1控制的接触器KM2后与1U2、1V2、1W2连接。高速时，强电经过正转M03控制的接触器KM1后，由高速控制指令S2控制接触器KM4将1U2、1V2、1W2端子短接，然后控制接触器KM3将380V交流强电与2U2、2V2、2W2端子连接（所有接触器线圈均采用110V控制）。（3）控制电路