基于FANUCOIMATE系统的CK518数控立车电气控制电气.docx

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基于FANUCOIMATE系统的CK518数控立车电气控制电气

第一章电气系统控制设计…………………………………………………2

1.1选件………………………………………………………………2

1.2电源………………………………………………………………4

1.3数控装置与软驱单元的连接………………………………6

1.4数控装置与外部计算机的连接…………………………8

1.5数控装置开关量的输入/输出……………………………9

1.6数控装置与手持单元的连接………………………………13

1.7数控装置与主轴装置的连接………………………………17

1.8数控装置与进给驱动装置的连接……………………21

1.9电磁兼容设计…………………………………………………24

1.10数控机床系统总体设计……………………………………25

第二章伺服电机的选择与计算……………………………………………34

2.1伺服电机的选择计算……………………………………………34

2.2惯量匹配计算……………………………………………………34

第五章参考文献……………………………………………………………36

前言

随着社会生产和科学技术的开展与进步，PLC技术正在不断地深入到各个领域并迅速地向前推进，特别是近几年来在机械加工领域引起了许多深刻的改革。

《双面钻孔组合机床在运用》就是运用了PLC技术与机床电气的过程与考前须知，实现了机电一体化的运用，这便使双面组合钻床操作更加方便，大大提高了工作效率。

目前，在机械制造业中已不再是仅仅要求单机自动化，而是要##现一条生产线，一个车间、一个工厂甚至更大规模的全盘自动化，这便表达PLC技术的重要性。

在设计中，参考了机电一体化技术方面和PLC方面的教材和资料，在书后的参考文献中列出，这些珍贵的资料对我完成毕业设计起到了重要的作用，在设计中有许多不妥之处，敬请教师提出珍贵指正.

第一章电气系统控制设计

1.1选件：

1.1.1数控装置〔选件〕：

选择华中“世纪星〞HNC-21系列数控装置〔HNC-21THNC-21M〕

特点：

“世纪星〞HNC-21系列数控装置〔HNC-21T、HNC-21M〕采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC机、高性能32位中央处理器，配置7.5彩色液晶显示屏和标准机床工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口、远程I/O板接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式以与软驱、DNC、以太网等程序交换功能，主要适用于数控车、铣床和加工中心的控制。

具有高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点；

图1所示为NNC-21数控装置与其他装置、单元连接的总体框图。

注：

图中除电源接口外，其他接口都不是必须使用的。

图1总体框图

图2HNC-21数控装置接口图

XS1：

电源接口XS2：

外接PC键盘接口

XS3：

以太网接口XS4：

软驱接口

XS5：

RS232接口XS6：

远程I/O板接口

XS8：

手持单元接口XS9：

主轴控制接口

XS10、XS11：

输入开关量接口XS20、XS21：

输出开关量接口

XS30~XS33：

模拟式、脉冲式〔含步进式〕进给轴控制接口

XS40~XS43：

串行式NSV-11型伺服轴控制接口

假设使用软驱单元那么XS2、XS3、XS4、XS5为软驱单元的转接口。

2.3.1.2软驱单元〔选件〕：

软驱单元为系统的数据交换单元，该单元可为系统扩展软盘数据交换、外接键盘、RS232、DNC和以太网接口等功能。

需要通过转接线与HNC-21数控装置连接使用。

软驱单元接口如图3所示：

图3软驱单元接口图

前视图接口用于和外部计算机连接，后视图接口用于和HNC-21连接。

2.3.1.3手持单元〔选件〕：

手持单元提供急停按钮、使能按钮、工作指示灯、坐标选择〔OFF、X、Y、Z、4〕、倍率选择〔X1、X10、X100〕与手摇脉冲发生器。

手持单元仅有一个DB25的接口。

如图4所示：

图4手持单元接口图

手持接口插头连接但HNC-21数控装置的手持控制接口XS8上。

2.3.1.4I/O端子板〔选件〕：

I/O端子板分输入端子板和输出端子板两种，通常作为HNC-21数控装置XS10、XS11、XS20、XS21接口的转接单元使用，以方便连接与提高可靠性。

输入端子板与输出端子板均提供NPN和PNP两种端子。

每块输入端子板含20位开关量输入端子；每块输出端子板含16位开关量输出端子与急停〔两位〕与超程〔两位〕端子。

图5输入端子板接口图

图6输出端子板接口图

2.3.2电源：

2.3.2.1供电要求

电源容量：

数控装置〔外部电源1〕：

AC24V或DC24V100W。

PLC电路〔外部电源2〕：

DC24V不低于50W。

电源线：

采用屏蔽电缆或双绞线。

外部电源1采用交流AC24V电源时〔参见供电方式一〕，建议数控装置不与其他外部设备共用电源。

外部电源2建议采用直流DC24V/50W开关电源。

假设开关量输出信号控制的直流24V继电器较多，可适当增加电源容量，或另外提供电源，但必须与外部电源2共地。

假设Z轴抱闸和电磁阀也虚DC24V供电，尽量不要与外部电源2共用，以减少电磁阀等器件对数控装置的干扰。

外部电源1采用直流DC24V电源时，可以与外部电源2共用一个容量不低于150W的直流24V开关量〔参见供电方式二〕。

外部电源1，2经过数控装置内部电路，由XS8向手持单元上的开关元件与手摇脉冲发生器提供电源，如图11所示。

远程I/O端子板上的输入/输出开关量可在本地单独使用电源。

2.3.2.2供电方式一：

采用交流24V+直流24V供电：

图9供电方式一

2.3.2.3供电方式二：

采用直流24V供电：

图10供电方式二

2.3.2.4接地：

2.3.2.4.1接大地：

XS1的6脚在内部已与数控装置的机壳接地端子接通。

由于电源线电缆中的地线较细，因此，必须单独增加一根截面积不小于2.5平方毫米的黄绿铜导线作为地线与数控装置的机壳接地端子相连。

2.3.2.4.1接信号地：

XS1的4脚在数控装置内部已与XS10、XS11、XS20、XS21开关量接口的1、2、14、15脚连通。

但为了提高开关量信号的抗干扰能力，XS10、XS11、XS20、XS21开关量接口的1，2，14，15脚应采用单独的电线连接到外部DC24V电源地上，以减少流过XS1的4脚〔24V地〕的电流，如图11所示。

假设某些输入/输出开关量控制或接收信号的电气元件〔如继电器、按钮灯、接近开关、霍尔开关〕的供电电源是单独的，那么其供电电源必须与输入输出开关量的供电电源共地。

否那么，数控装置不能通过输出开关量可靠地控制这些元器件，或从这些元器件接收信号。

2.3.3数控装置与软驱单元的连接

软驱单元含3.5软驱驱动器与标准PC键盘接口〔小圆口〕、RS232接口、以太网接口。

各接口的功能和引脚定义与HNC-21数控装置完全一样。

图12为软驱单元与数控装置的连接图。

图12与软驱单元的连接框图

图中连接软驱单元的四根扩展线接线方式，均以相应引脚一一对应焊接，如图13所示。

图13软驱单元的接线图

软驱单元与HNC-21数控装置之间的距离主要是受软驱连接电缆的长度限制，所以二者之间的电缆长度不宜超过1米。

2.3.4数控装置与外部计算机的连接：

HNC-21数控装置可以通过RS232或以太网与外部计算机连接，并进展数据交换与共享。

在硬件连接上，可以直接由HNC-21数控装置反面的XS3、XS5接口连接，也可以通过软驱单元上的串口接口进展转接。

2.3.4.1通过RS232口与外部计算机连接：

图15数控装置通过RS232口与PC计算机连接〔有软驱单元的情况〕

2.3.4.2连接以太网：

通过以太网与外部计算机连接是一种快捷、可靠的方式。

可以是与某台外部计算机直接电缆连接〔见图16和图17〕，也可以是先连接到HUB〔集线器〕，再经HUB连入局域网，与局域网上的其他任何计算机连接〔见图18和图19〕。

在硬件上，可以直接使用HNC-21反面的以太网连接，也可以通过软驱单元转接后，用软驱单元上的以太网口连接。

连接电缆请使用网络专用电缆。

以太网接口插头型号均为RJ45。

直接电缆连接：

图16数控装置通过以太网口与外部计算机直接电缆连接〔没有软驱单元的情况〕

2.3.5数控装置开关量的输入/输出

2.3.5.1开关量输入输出接口

世纪星HNC-21数控开关量输入/输出接口，有本机输入/输出〔可通过输入/输出端子板转接〕和远程输入输出两种，其中本机输入有40位，本机输出32位，远程输入/输出各128位〔选件〕。

2.3.5.1.1开关量输入接口特性

1．等效电路

NPN开关量输入：

图20输入开关量接口等效电路—NPN型

PNP开关量输入：

图21输入开关量接口等效电路—PNP型

注：

1．HNC-21本机输入为NPN开关量输入；

2．输入端子板可提供NPN和PNP两种开关量输入端子；

3．远程输入板可提供NPN和PNP两种开关量输入端子。

2．技术参数：

〔1〕.采用光电耦合技术，最大隔离电压2500VRMS〔一分钟〕

〔2〕.电源电压24V

〔3〕.导通电流IF=5~9mA

〔4〕.最大漏电流≤0.1mA

〔5〕.滤波时间约2毫秒

注：

用有源开关器件〔如无触点开关、霍尔开关等〕时，必须采用DC24V规格。

1．输入端子板接口：

图23输入端子板接口图

图24

2．远程输入端子板接口：

图25远程输入端子板接口图

J1：

与数控装置或上级远程I/O端子板连接接口；

J2：

与下级远程I/O端子板连接接口；

J3：

输入开关量〔NPN和PNP〕和直流24V电源端子。

对于同一位，N型和P型不能同时使用。

图26

2.3.5.1.3开关量输出接口特性

1．等效电路

NPN开关量输出接口：

图27输出开关量接口等效电路—NPN型

PNP型开关量输出接口：

图28输出开关量接口等效电路—PNP型

注：

1.HNC-21本机输出为NPN型输出；

2.输出端子板可同时提供PNP和NPN型输出；

3.远程输出端子板分为两种，可分别提供NPN型和PNP型两种端子。

2．技术参数

〔1〕.采用光电耦合技术，最大隔离电压2500VRMS〔一分钟〕

〔2〕.电源电压24V

〔3〕.最大输出电流100mA

2.3.5.1.4开关量输出接口引脚定义

1．HNC-21本机开关量输出接口：

图29HNC-21本机开关量输出接口图

2．输出端子板接口：

图30输出端子板接口图

图31

注：

对应于同一位，N型和P型不可同时使用。

3．远程输出端子板接口：

图32远程输出端子板接口图

J1：

与数控装置或上级远程I/O端子板连接接口；

J2：

与下级远程I/O端子板连接接口；

J3：

输出开关量〔NPN型〕和直流24V电源端子。

图33

注：

对于端子为PNP型的远程输出端子板，J3端子3~34脚的信号为P0~P31。

3.5.2直接连接到数控装置：

可将外部的输入/输出信号，直接连接到世纪星HNC-21装置上的X10、X11插座。

这种连接方式一般用于所需I/O点较少，数控装置与电气柜一体的情况。

具有本钱低，连接简单的特点，缺点是不方便电缆拆装，没有PNP型输入、输出端子。

图34开关量输入接线图

图35开关量输出接线图

2.3.5.4通过远程I/O端子板连接

采用通讯方式工作，通过HNC-21数