數(shù)控銑床PLC控制系統(tǒng).doc

1第1章前言數(shù)控銑床由機械部分和電氣部分組成，兩者緊密結合起來從而達到人們所需要的東西。其中機械部分包括底座，支架，三軸導軌以及外部板金組成，它是電氣部分的控制對象，而電氣部分是機械部分的動力而后實現(xiàn)手段，兩者是按照各自的性質(zhì)以及人們的需要而相互匹配而成的，而機械部分是又人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)某一功能目的而設計的，電控部分是人們根據(jù)已經(jīng)設計好的機械原件而對此進行科學系統(tǒng)的匹配，從性能，效率，質(zhì)量以及經(jīng)濟方面綜合考慮而實現(xiàn)的一個最優(yōu)設計！一臺數(shù)控機床由以下部分組成X軸馬達1個Y軸馬達1個Z軸馬達1個主軸馬達1個X軸伺服器1個Y軸伺服器1個Z軸伺服器1個主軸伺服器1個主機1個顯示器1塊操作面板1塊打油器1個冷卻機1臺空氣過濾器1個三十千瓦變壓器1臺九百瓦變壓器1個24伏直流穩(wěn)壓器2個I/O板1塊2PCB板1個行程開關3個熱交換器1個電磁閥1套總電源開關1個接觸器6個熱繼電器3個打刀汽缸1個繼電器多個一臺數(shù)控機床由上面的各部分合理的安裝在機床支架的各個位置。其中馬達，伺服器以及變壓器的各自電壓電流一定要相互匹配。本課程設計的思路是將各部分的主線路按照某以要求先連接起來，再根據(jù)主線路之間的特點和關系以及各組成部分的連接和制約與工作的要求，合理準確的設計出控制線路的梯形圖，然后根據(jù)所編的梯形圖寫出指令表（或者在PLC軟件上將梯形圖直接轉化為指令表）。計算輸入輸出點的個數(shù)，從而確定選擇所用PLC的型號，最后畫出PLC的外部接線圖。從功能上分，可以分為機械部分，電控部分，伺服部分以及冷卻機部分，下面分別介紹。1.1機械部分數(shù)控機床是一種高精密機器，它對機械部分要求非常嚴格，所以每一道工序必須確保在一定的精度范圍內(nèi)，機械部分包括支架，底座，工作臺，三軸導軌防護擋板，控制箱以及配電盤，其中三軸導軌，工作臺，主軸部分是機械部分以及整個銑床中工藝要求最高的部分，它要求X，Y，Z三軸導軌，要求相互垂直，且端面要求非常平滑，確保精度，減少摩擦。主軸夾刀的地方與加工工件直接相連，對其工藝要求更加高。由于機械部分容易發(fā)生彈性形變一般用肉眼是看不出來的。但對于要求如此高精度的機床來說這樣的形變是不允許的，所以必須考慮用彈性形變非常小的鋼制材料來做其導軌及工作臺，且保證底座水平。1.2電控部分電氣部分是為機械部分提供動力并保障其安全，高效，穩(wěn)定及準確可靠運行，3此部分如同人體中的血液循環(huán)系統(tǒng)，為機械部分的正常運行提供了能源和保障。電控部分包括輸入系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)以及冷卻部分組成，沒一個部分都相互影響和制約，它們通過I/O接口以及主機集成器伺服器相互傳遞信息。下面分別介紹。1.2.1輸入系統(tǒng)輸入系統(tǒng)為直接給機床發(fā)出指令的系統(tǒng)，由它來直接控制各組成部分的運動，它所輸入的信息通過I/O口來轉換信號，再將其傳送到主機里面，主機對傳誦過來的信號進行識別和處理，再傳送到里面的執(zhí)行控制程序PLC硬件中，PLC梯形圖軟件發(fā)出執(zhí)行命令，再通過主機和I/O接口反饋給各個輸出部分，從而實現(xiàn)控制機床的目的，其中XYZ三軸馬達和主軸馬達精度要求極高，當輸入的信息是控制XYZ三軸馬達和主軸馬達運動時，這時候的主機和I/O接口的信號要經(jīng)過伺服放大器的精確處理后，在傳送給馬達信號。下面介紹一下數(shù)控機床的輸入按扭：POWERON電源開POWEROFF電源關顯示器界面MONTIONTOOLPARMEDITMDIDIAGNIN/OUTSFG/FO英文字母按扭OaNbGcXuYvEwFdLqHiMcJsRkNp數(shù)字鍵按扭1234567890分號鍵EOB刪除鍵DELETE大小寫英文字母轉換鍵SHIFT輸入鍵INPUT呼叫鍵CALL復位鍵RESET字節(jié)刪除鍵CAN程序啟動按扭CYCLESTART程序停止按扭CYCLEHOLD手動誤差補償ABS跳過此段程序BDT單節(jié)執(zhí)行OSPZ軸鎖定ZLK所有軸鎖定MLK在寸動方式下運行DRNMST代碼鎖定AFL單節(jié)執(zhí)行SBK4在門關閉狀態(tài)下程序才能運行DILK主軸定位ORCM工作燈LIGHT切削液馬達開關COOLI外部吹氣BLOW在M30指令下過十秒自動斷電主軸啟動CW1主軸停轉STOP1刀盤正轉CW2刀盤反轉CCW卷屑機正轉FOR卷屑機反轉BACK卷屑機停轉STOP1編輯方式EDIT電腦傳送模式DNC記憶模式AUTO手掄方式HANDLE寸動模式JOG快速給進模式PAPIN回歸原點ZRN上面介紹的即為數(shù)控銑床的輸入開關以及其功能的介紹，我們加工工件都是通過上面的輸入按扭來實現(xiàn)編程的。1.2.2伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)既為反饋輸出信號并將其輸入信號放大的一種集成電路，它為三相交流異步電動機的運轉提供準確的信息和高質(zhì)量的動力。它屬于一種閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，所以它的好壞將直接影響著整個數(shù)控銑床的精度，因為開環(huán)系統(tǒng)機械特性比較軟，當負載改變比較大時，其電動機的轉速會有很大的改變，所以它無法滿足如此高精度的場合，而閉環(huán)系統(tǒng)恰好克服了這一定，具有很強的機械特性，即使負載有較大的波動，它依然可以維持正常的轉速運行。而在閉環(huán)系統(tǒng)中，我們?yōu)榱颂岣邫C械硬特性，通常采用擴大調(diào)速范圍和減小靜差率的方法來實行。1.2.3冷卻系統(tǒng)由于在加工工件時主軸要與工件直接接觸，所以機械之間的摩擦必然會產(chǎn)生熱量，這樣很容易使主軸的溫度過高，從而有可能導致帶動主軸轉動的電動機過熱而燒毀，即使是不燒毀電動機也很可能會影響到機床加工工件的精度，所以在這里我們專門要為主軸準備一條冷卻系統(tǒng)，以保證整臺機床安全高效的運行。冷卻系統(tǒng)即為一臺冷卻機為為主軸源源不斷的提供一定溫度的冷卻油的一套系統(tǒng)，它的工作原理和我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫目照{(diào)原理是一樣的道理，也就是一臺制冷設備將冷卻油先制冷，再用一臺電動機將冷卻過的油抽入到主軸里面，而主軸里5面用過的油由于重力勢能和空氣的壓力又回歸到冷卻機中從新制冷，從而達到循環(huán)利用的目的！在冷卻系統(tǒng)中一共有三個傳感器來控制冷卻機的正常運行，這三個傳感器分別是壓力傳感器，溫度傳感器以及液面?zhèn)鞲衅?，當他們分別檢測到溫度，壓力和液面在正常范圍內(nèi)時才會發(fā)出正常的運行指令，而當其中的任何一個值不在正常范圍內(nèi)時則會出現(xiàn)報警，冷卻機此時無法正常工作，待到所有值恢復正常時冷卻機才會重新工作！6第2章數(shù)控銑床電氣線路圖電氣線路圖是數(shù)控機床能源動力和外部執(zhí)行電氣的連接體，它在里面起著傳送能源動力的作用。在數(shù)控機床中，我們一共用到了五種不同的電壓，它包括AC380V，AC220V，AC110V，AC18V以及DC24V等五種電壓等級。電路走向是這樣子的，首先由380伏的交流電接入30千瓦的變壓器，通過變壓后流出來的是三相220伏的交流電，這時候的電能一部分提供給伺服器放大器以及打油器和冷卻機等220V用電器，而另一部分輸送給了900瓦變壓器和24伏直流穩(wěn)壓器，其中傳送給900瓦變壓器的經(jīng)過變壓后輸出為110伏的交流電和18伏的交流電，AC110V電壓作為各個接觸器的線圈信號電壓，而18伏交流電通過橋式整流電路變成24伏的直流電，用此電壓來作為電磁閥、行程開關、以及各種傳感器的信號。下面我們分別畫出進線電壓分配圖，AC220V接用電器圖以及AC110V和DC24V混合電路圖。2.1AC380V進線電壓分配圖工業(yè)電壓為AC380V，由此接到帶自動斷電的總電源開關上，再通過30千瓦變壓器變成220V的交流電，而220V的交流電其中的兩相又通過900瓦變壓器變成兩相110V的交流電和兩相18V的交流電。同時兩相220V交流電通過變壓，整流，平波以及穩(wěn)壓變成高穩(wěn)定輸出的24V直流電，此電源僅供給主機，I/O集成板和顯示器，因為他們需要高質(zhì)量的電源供給。而由兩相AC220V變成兩相的AC18V將通過一個橋式整流電路將其變換成24伏的直流電壓，在這里24伏的直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)定程度并不是很高，其穩(wěn)壓設備當然也比較簡單，它的穩(wěn)定性程度要比由220V電壓直接穩(wěn)壓出來的24伏直流電要低的多，所以它所供給的用電器對電壓的穩(wěn)定要求也不是很高，它一般給電磁閥、行程開關以及各種傳感器提供電能。AC220伏的電壓的供給用電器流程圖由下一節(jié)進行介紹。AC380V電壓進線開關要連接與次電路相匹配的保險絲，而且要注意的是，每每個用電器上面都要與地線相連接下圖為380V電壓變壓分配圖7123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-May-2006SheetofFile:H:piBACKUP25.DDBDrawnBy:F220V380V18VC1C2Vin1GND2Vout31234VCC118V110VFR圖2-1380V電壓變壓分配圖2.2220V電壓分配圖AC220V電路是是電路中的核心電路部分，它是由三相380V的交流通過降壓變壓器變成機床所需要的220V三相交流電。它的主要功率輸出到伺服放大器上面，從而驅動各軸電動機的運行，而一小部分功率經(jīng)過兩相降壓變壓器得到兩相的110V電壓和兩相的18V電壓，還有一部分220V交流電輸送給熱交換器，打油器，冷卻機，24V直流穩(wěn)壓器等機床的保障電器。AC220V電源輸出給伺服放大器的動力信號是主機最終給定的，它的基本傳輸方向是由外部輸入給定信號，將此信號傳送到I/O集成塊進行信號轉換，再傳送到主機里面進行識別和判斷，主機一經(jīng)確定其信號是可執(zhí)行的，就給伺服反大器發(fā)出執(zhí)行命令，最后由伺服放大器根據(jù)主機傳送過來的指令來準確驅動各軸電動機的精確運行，同時相關保證電路也同時運行。下圖為AC220V用電器分配圖及伺服電路。8主電機伺服器X軸伺服器Y軸伺服器Z軸伺服器M1M4M2M3熱支換器注油器冷卻機24V穩(wěn)壓電源220V信號反饋信號反饋信號反饋信號反饋編碼器編碼器編碼器編碼器I/O接口主機圖22AC220V用電器分配圖及伺服電路2.3AC110V電路分配圖AC110V電壓的得到過程我們已經(jīng)知道是經(jīng)AC380V變成AC220V，再由AC220V經(jīng)過變壓而得到的。在數(shù)控銑床中，AC110V電壓主要是作為接觸器的線圈信號，由它來控制數(shù)控機床上的刀庫電動機的運行和停止以及DC24V的輸出導通開關，此外警示燈電源線也是用AC110V電源。主機、I/O集成塊以及操作面板顯示器在總電源開啟后是不得電的，它的得電控制信號是通過AC110V給繼電器線圈通電，使繼電器開關得電的情況下而導通的。由此我們可以得到AC110V的電源走勢圖。下圖即為AC110V電源走勢圖。9PCB24V直流穩(wěn)壓電源ARMCWARMCCWMAGCWMAGCCWSB1SB2UN+UI+行程開關油路傳感器氣壓傳感器KM1KM1KA1FR1FR2AC110AC0V圖23AC110V電源走勢圖分配情況上面分別介紹的AC380V的電源電壓變壓過程，AC220V電源電壓的輸出以及AC110