数控机床电气设计

论文——数控机床电气设计

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二00七年十一月十五日

数控机床电气设计

摘要

数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平，近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。FBs 系列PLC的NC定位功能较其它PLC更精准，且程序的设计和调试相当方便。本文提出的是如何应用PLC的NC定位控制实现机床数控系统控制功能的方法来满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。整机控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可供工矿企业的相关数控机床设计改造借鉴。

关键词：

数控机床、电气控制系统、控制软件总体结构设计、机电一体化、机电传动、电子技术、传感器技术、数控加工、CAD/CAM 技术、电力电子技术、机械设计原理、电气控制系统、单片机、PLC;

目录

第一章绪论 (3)

1.1课题的来源3

1.2目的和意义............................................................... (4)

1.3机电一体化系统的简介............................................... (4)

1.3.1机电传动概述 (4)

1.3.2数控加工的概述 (4)

1.3.3数控加工的设备 (5)

1.4国内外动态 (7)

1.4.1国内研究的状况 (7)

1.4.2国外研究的状况 (8)

1.5机电一体化技术的发展及展望 (9)

第二章系统的总体设计 (10)

2.1机械部分 (10)

2.2电气控制系统方案 (11)

注：附图（共七张；元器件清单1份）

第一章绪论

本绪论主要是从本课题的来源、目的、意义、应解决的主要问题及应达到的技术要求来介绍数控机床型，并且叙述了国内外发展概况以及存在的问题。最后简述了本设计的指导思想。

1.1课题的来源

随着各种学科的交叉发展，原来的纯机械加工已经发展为机电一体化的加工机床，现在随着各种控制技术的日趋完善，机电一体化的加工系统——数控机床已经毫无疑问成为了工业生产的主力装备。一方面，调查表明，我国要成为“世界工厂”，需要培训和造就数十

万数控技术应用领域的操作人员、编程人员和维修人员，另一方面，来自机电一体化专业在实践方面对于专门的教学用的仪器设备的需求，是本课题产生的主要的原因。

1.2目的和意义

本方案用于实验所需的数控机床。主要用于学校、工厂、以及科研所用，可用于数控机床，数控编程，数控原理实验及培训。本课题是要求在指导的情况下通过查阅相关的内容的资料并进行总体方案的设计（包括机械总体结构，电气控制系统总体结构和控制软件总体结构设计）进而最终完成适合实验使用的数控机床。该机床能实现单轴定位及两轴联动联动，从而可以完成对塑料制品的铣、铰等基本的切削运动，并能加工形状简单的零件。

1.3机电一体化系统的简介

机电一体化技术的基本概念是指将机械学、电子学、信息处理和控制及专用软件等当代各种新技术进行综合集成的一种群体技术。机电一体化系统主要有五个组成部分:动力、机构、执行器、计算机和传感器,组成一个功能完善的柔性自动化系统,其中计算机、传感器和计算机软件是机电一体化技术的重要组成要素。机电一体化系统具有结构简单、功能多、效率高、精度高、能耗低的特点,及传统的机械产品比较,机电一体化产品至少有以下三个优点。

(1)原有的机构产品中增加信息处理装置及相应软件,来替代原有产品的部分机械控制机构,不仅提高了自动化程度,而且能大大提高产品质量,同时也降低了生产成本,提高经济效益。

(2)以机电一体化技术为主的新型产品,及原机械产品相比,不仅结构简单,而且功能更加丰富,精度也得到提高。

(3)将电子技术、传感器技术、控制技术及机械技术各自的优势结合起来,形成综合性优势,可开发出具有多种功能、智能化的高新技术产品。

1.3.1机电传动概述

机电传动就是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统之总称。它的目的就是电能转变为机械能，实现生产机械的启动，停止以及速度控制，完成各种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常进行。机电传动控制系统发展愈来愈高。现在机电传动机控制系统由微型操纵杆，敏感元件，计算机，伺服机构和执行机构等部分组成。当操纵它时，电传系统立刻将机械动作转变为电信号，经计算机计算放大后，通过电机使执行机构动作。电传操纵系统的优点是结构比较简单，体积和重量小，易于安装和维修、操纵灵敏度高，无滞后现象。由于可以敷设多条电缆，“生存力”大大增强。但就机电传动而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电机拖动和多电机拖动三阶段。控制期间经过了四阶段：

1.接触器及继电器;

2.电机放大机控制;

3.磁放大器，大功率可控水银整流器;

4. 计算机数字控制CNC。就本次设计而言,系统的驱动部分采用了步进电机驱动，控制部分采用比较先进的微机及PLC控制。

1.3.2数控加工的概述

数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工及传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。以下是数控加工的特殊之处：

1.工序集中：数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中。工序集中带来巨大的经济效益：

a)．减少机床占地面积，节约厂房。

b)．减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。

2.加工自动化：数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高。带来的好处很明显:

a).对操作工人的要求降低：一个普通机床的高级工，不是短时间内可以培养的，而一个不需编程的数控加工操作工人培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。并且，数控工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高、时间要省。

b).降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工过程之外，非常省力。

c). 产品质量稳定：数控机床的加工自动化，免除了普通机床上工人操作时所产生的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性。