基于PLC的车床主轴控制装置设计

1、摘要随着科学的发展，机床已经从手动机床发展到自动机床，现在数控机床得到了广泛的应用。数控立式车床是数控的主要产品，其在国内外的需求量也很大。其高精度的关键在于主轴的控制。本设计采用德国西门子公司的s7-200系列可编程控制器作为主控制器。由6ra7075 dc调速器和德国西门子公司的z4 dc电机组成的dc调速装置采用dc调速，实现了机床高效、准确的主轴控制，并给出了电气原理图和操作说明。该设计具有控制简单、实现功能强大、调速范围宽、转矩大、过载能力强等优点。可应用于重型立式车床，提高重型立式车床主轴的控制精度，进而保证其加工精度。关键词：数控立式车床；dc调速装置；可编程序控制器摘要随着科学

2、的发展，机床已经从过去的手动机床发展到自动机床，现在数控机床得到了广泛的应用。数控立式车床是数控产品的主力，国内外需求量很大。高精度的关键部分体现在主轴的控制上。本设计是以德国格朗公司的西门子可编程控制器s7-200为主要控制器；德国西门子公司的6ra7075 dc调速器，z4 dc电机由一个dc调速装置组成，由dc调速装置进行高效、精确的机床主轴控制，并给出了电气原理图和说明。该设计控制简单，实现功能强大，调速范围宽，扭矩高，过载能力强。可用于重型立式车床，提高重型立式车床主轴控制精度，从而保证加工精度。关键词：数控立式车床；dc速度控制；可编程序控制器内容第1章引言-1。1.1主题背景-1

3、。1.2数控立式车床主轴控制装置的发展现状-11.3研究的主要内容-2第二章数控立式车床主轴控制装置的硬件设计-32.1选项选择-3。2.1.1方案二交流调速-42.1.2方案二dc速度调节-42.2选项选择-5。2.3可编程逻辑控制器接口设计-62.3.1可编程控制器的选择-62.3.2可编程控制器接口电路的设计和功能-72.4数控立式车床9主轴转速控制装置的设计2.4.1主轴电机的选择-9。2.4.2数控立式车床-10主轴控制装置的设计2.5速度环-13。2.6紧急停止按钮的设计-142.7调速装置参数设置-162.7.1简单操作控制面板(pum)-162.7.2舒适操作控制面板(op1s

4、)-17第三章数控立式车床主轴控制软件设计-20结论：-。参考文献：- 23。谢谢你。附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录-附录。1程序流程图-25。第一章导言1.1主题背景数控技术广泛应用于世界各地的制造业，以提高制造能力和生产水平，提高竞争力和对动态多变的市场的适应能力。数控机床的技术水平及其在金属切削机床产量和总拥有量中所占的比例，是衡量一个国家经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控立式车床是数控机床的主要品种之一，在数控机床中占有非常重要的地位。几十年来，它得到了世界

5、各国的广泛重视和迅速发展。主轴控制是数控立式车床的重要组成部分，在提高加工效率、扩大加工材料范围和提高加工质量方面发挥着重要作用。机床主轴控制已经从手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从接触式继电器-接触器控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统。随着零件的不断更新和计算机技术的发展，以及计算机、自动控制、电子技术和精密测量等先进科技成果的综合应用，机床主轴控制技术发展迅速。1.2数控立式车床主轴控制装置发展现状数控机床主轴控制装置主要由控制系统和调速装置组成。数控机床是制造设备的设备，被称为“工作机床”；数控系统是数控机床的“大脑”和核心，机床的各种功能都是由数控

6、系统控制和实现的。随着计算机技术的飞速发展，传统制造业已经开始发生根本性的变化。所有发达国家都在现代制造技术的研发上投入巨资，并提出了新的制造模式。在现代制造系统中，关键技术是数控技术，它集计算机、微电子、自动检测、信息处理、自动控制等高科技于一体，具有高效、高精度、柔性自动化等特点。它在实现制造业的柔性自动化、智能化和集成化方面发挥着重要作用。目前，数控技术正经历着巨大的变革，从特殊的闭环控制模式向一般的开环实时动态全闭环控制模式转变。在集成的基础上，数控系统实现了超小型化和超薄化；数控系统以智能为基础，集成计算机、多媒体、神经网络、模糊控制等多学科技术，实现高精度、高效率、高速控制，并能在

7、加工过程中自动校正、调整和补偿各种参数，从而实现在线诊断和智能故障处理。近年来，电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，为交流调速技术的发展创造了有利条件，将交流电机的调速和控制提高到了一个新的水平。国内外都非常重视交流电机调速技术的开发和研究。大功率交流传动控制的研究得到了突飞猛进的发展。近年来，谐振逆变器在世界范围内被引入，它使开关元件在零电流或零电压下导通或关断，降低初始损耗，减小环路体积。最大功率已达到100千瓦。由于其优越的可控性和高性能的调速特性，dc调速广泛应用于机床主轴，尤其是大型和重型机床主轴。dc调速具有调速平稳方便、大范围内容易平稳调速、过载能力大、冲击负荷频

8、繁、频繁无级快速制动和反转的优点。它能满足生产过程自动化系统中各种特殊的操作要求。因此，dc调速系统仍然广泛应用于对自动化控制要求高的各个生产部门，是调速系统的主要形式。1.3研究的主要内容本课题要求设计数控立式车床的主轴控制装置，实现主轴转速的精确控制。主轴控制有两种控制方式：手动控制和自动控制(程序实现)。手动操作包括主轴的启动、停止、点动和长时间运动。有紧急停止按钮。主轴的速度控制采用dc调速装置配合可编程控制器。它可以在600-3000转/分钟的范围内连续调节。绘制控制电源原理图、调速装置接线图、可编程控制器接口图和操作面板接线图。第二章是数控立式车床主轴控制装置的硬件设计在数控立式车

9、床的主轴控制中，主要是主轴电机速度的控制方式，控制电机速度变化的方法有很多。这里有两种常用的调速方案，比较一下，它们比本设计的调速方案优越。2.1方案选择2.1.1方案2交流调速交流电机静态变压变频系统主要由主电路和控制电路组成。对于异步电动机，工业生产中使用的变频器可分为交流-dc-交流电压源型spwm变频器和交流-dc-交流电流源型spwm变频器。其主电路采用不可控整流和spwm逆变器，输出电压波形接近正弦波。如图2-1所示，变频器主电路中的中间dc环节采用大电容滤波。由于采用spwm控制，其输出电压波形接近正弦波。电压源变压变频调速系统的主电路由两个功率转换环节组成，一个整流桥和一个逆变

10、桥，整流桥是由二极管组成的三相桥式不可控电路。电压调节和频率调制由逆变器完成，给定值来自同一个给定环节。图2-1电压源逆变器主电路及spwm控制框图该系统采用spwm控制技术实现变压变频控制，通过改变igbt占空比(脉宽)来控制交流电压逆变器的输出，从而改变电机转速。输出频率可以通过控制逆变桥的占空比来实现。交流调速，价格低廉，维护简单，维护成本低。交流变频调速已经足够，发展迅速，应用范围越来越广。2.1.2方案2 dc速度调节随着计算机技术的飞速发展，数字控制系统正逐渐取代过去的模拟控制系统。在微机全数字dc调速装置中，各种调节和控制功能都可以在软件的支持下方便地实现，而不需要改变硬件或做很

11、小的改动。因此，通用全数字dc调速装置的应用灵活性和可靠性明显优于模拟控制系统。目前，德国西门子公司生产的6ra70系列通用全数字dc调速装置在中国广泛使用。dc电机的调速不需要其他设备的配合，但可以通过改变输入电压/电流或励磁电压/电流来调节。dc调速装置采用德国西门子6ra70 dc调速装置控制dc电机的调速，调速方式分为变电枢端电压调速和变磁通调速。dc电机采用独立励磁方式。单独励磁dc电机的电路原理图如图2-2所示。在图中，电枢电路与附加电阻串联，电枢内阻ra是此时电枢电路的总电阻。(2-1)图2-2独立励磁dc电机电路原理图从图2-2可以看出，dc电机的电压平衡方程为u型为电源电压，单位为v