数控钻铣床电气系统控制毕业设计论文Word文档下载推荐.docx

1、4.1.2主要技术规格4.2操作装置4.2.1操作台结构4.2.2显示器4.2.3NCP键盘第五章 外文翻译第六章 参考文献第一章 绪论1.1数控机床的发展史： 1949年帕森斯公司正式接受美国空军委托，在麻省理工学院伺服机构实验室的协助下，开始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床，这便是数控机床的第一代。 1953年，美国空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编程的研究。这就是APT自动编程的开始。 1958年美国克耐杜列克公司在世界上首先研制成功了带自动换刀装置的数控机床，称

2、为“加工中心”。 1959年，计算机行业研制出晶体管元器件，因而数控装置中广泛采用晶体管和印制电路板，从而跨入第二代数控时代。 1965年，出现了小规模的集成电路。由于它体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，标志数控系统发展到第三代。 随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降。小型计算机开始取代专用数控计算机，数控的许多功能由软件程序实现。这样组成的数控系统称为计算机数控系统（CNC）。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出了这种系统，称为第四代数控。 1974年美国、日本等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统。近20年来，微处理器数控系统的数控机床得到了飞速发

3、展的广泛应用，这就是第五代数控系统。1.2数控机床的现状： 数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。同时，数控技术关系到国家战略地位，是体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。 国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。我国进口的数控系统基本为德国西门子（SIMENS）和日本法那

4、克（FANUC）两家公司所垄断，这两家公司在世界市场的占有率超过。1.3数控机床的特点和用途：（1） 具有较强的适应性和通用性数控机床的加工对象改变时，只需要新编制相应的程序，输入计算机就可以自动地加工出新的工件。同类工件系列中不同尺寸、不同精度的工件，只需要局部修改或增删零件程序的相应部分。随着数控技术的迅速发展，数控机床的柔性也在不断扩展，逐步向多工序集中加工方向发展。（2） 获得更高的加工精度和稳定的加工质量数控机床是按以数字形式给出的指令脉冲进行加工。目前增量值普遍到达了0.001mm。进给传动链的反向间隙与丝杠导程误差等均可由数控装置进行补偿，所以可获得较高的加工精度。（3） 具有较

5、高的生产率数控机床不需人工操作，四面都有防护罩，不用担心切削飞溅伤人，可以充分发挥刀具的切削性能。因此，数控机床的功率的刚度都比普遍机床性能高，允许进行大切削用量的强力切削。这有效地缩短了切削时间。（4） 改善劳动条件，提高劳动生产率应用数控机床时，工人不需直接操作机床，而是编好程序调整好机床后由数控系统来控制机床，免除了繁重的手工操作。一人能管理几台机床，提高了劳动生产率。当然，对工人的文化技术要求也提高了。数控机床的操作者，既是体力劳动者，也是脑力劳动者。（5） 能实现复杂零件的加工普通机床难以实现或无法实现轨迹为二次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、气轮机叶片之类的空间曲面。而数控机床由

6、于采用了计算机插补技术和多坐标联动控制，可以实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适用于各种复杂曲面的零件加工。（6） 便于现代化的生产管理用计算机管理生产是实现管理现代化的重要手段。数控机床的切削条件、切削时间等都是由预先编好的程序决定，都能实现数据化。这就便于准确地编制生产计划，为计算机管理生产创造了有利条件。数控机床适宜与计算机联系，目前已成为计算机辅助设计、辅助制造和计算机管理一体化的基础。1.4PLC相关技术的发展入应用领域1.4.1 PLC技术简介：随着微处理器：计算机和数字通信技术发展，计算机控制已经扩展到几乎所有领域。当前用于工业控制的计算机可分为几类，例如，可编程

7、序控制器，基于单片机的测控装置，用于模拟量闭环控制的可编程序调节器，集散控制系统。PLC由于应用面广、功能强大、使用方便，所以成为当代工业自动化的主要设备之一，PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动化的控制系统中。1.4.2 PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成。1、CPU模块：CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成，在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，不断地采集输入信号执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来存储程序和数据。2、I/0模块：输入（input）模块和输出模块简称I/0模块，它是系统的眼、耳、手、脚是联系

8、外部现场设备和CPU模块的桥梁，输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收按钮选择开关、限位开关等。3、编程器：编程器用来生成用户程序，并用它进行编程修改和监视用户程序的执行情况，使用编程软件可以在主算机上直接生成编辑梯形图或指令表程序，并可实现不同编程语言的相互转换，程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。4、电源:PLC一般使用AC220V电源或DC24V电源，内部的开关为各模块提供不同电压等直流电源，小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源驱动PLC负载的直流电源一般用户提供。1.4.3 PLC应用领域：在发达的工业国家，PLC已经广

9、泛地应用所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应有范围不断扩大，如1、运动控制、金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯。2、闭环控制如：塑料挤压成形机、加热炉以及轻工化工机械冶金电力。3、数据处理：可用于通信功能传送到智能装置或者将他们打印制表。4、通信联网：PLC与其它智能控制设备一起可以组成集中管理、分散控制的分布式控制系统。 第二章电气系统控制设计2.3.1选件：2.3.1.1数控装置（选件）：选择华中“世纪星”HNC-21 系列数控装置（HNC-21T HNC-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

10、，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及软驱、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2 HNC-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

11、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XS30XS33：模拟式、脉冲式（含步进式）进给轴控制接口XS40XS43：串行式NSV-11型伺服轴控制接口若使用软驱单元则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-

12、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）及手摇脉冲发生器。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，以方便连接及提高可靠性。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

13、开关量输出端子及急停（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2.3.1.5远程I/O端子板（选件）：远程I/O端子板分远程输入端子板与远程输出端子板两种，HNC-21数控装置通过XS6控制。最多可连接4块远程输入端子板与4块远程输出端子板。每块远程输入端子板提供32位输入开关量端子，并且支持NPN和PNP两种信号类型。每块远程输出端子板提供32位NPN开关量输出端子。图7 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。输出开关量（NPN型）和直流2

14、4V电源端子。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DC24V 100W。 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。若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。若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，

15、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及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

16、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。 若某些输入/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，则其供电电源必须与输入输出开关量的供电电源共地。否则，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

17、装置与软驱单元的连接软驱单元含3.5软驱驱动器及标准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数控装置完全相同。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，并进行数据交换与共享。在硬件连接上，可以直接由HNC-21数控装

18、置背面的XS3、XS5接口连接，也可以通过软驱单元上的串口接口进行转接。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背面的以太网连接，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

19、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）图17 数控装置通过以太网接口与外部计算机局域网连接（没有软驱单元的情况）图18 数控装置通过以太网口与外部计算机局域网连接（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

20、21 输入开关量接口等效电路PNP型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=59mA （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。2.3.5.1.2开关输入接口引脚定义：1 HNC-21本机开关量输入接口：图22 HNC-21本机开关量输入接口图2 输入端子板接口：图23

21、输入端子板接口图图24 3 远程输入端子板接口：图25 远程输入端子板接口图 对于同一位，N型和P型不能同时使用。图262.3.5.1.3开关量输出接口特性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 （3）.最大输出电流100mA2.3.5.1.4开关量输出接口引脚定义1 HNC-21本机开关量输出接口：图29 HNC-21本机开关量输出接口图2 输

22、出端子板接口：图30 输出端子板接口图图31 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图33 对于端子为PNP型的远程输出端子板，J3端子334脚的信号为P0P31。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。具有成本低，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2.3.5.3通过I/O端子板连接：如图36 所示，分线电缆将HNC-21数控装

23、置的XS10、XS11与输入端子板的J1、XS20、XS21与输出端子板的J1相连。NPN或PNP型开关量输入/输出元器件连接杂端子板的J2上。该连接方式适用于所需用的I/O点不多，且数控装置与强电控制电路分装在不同机柜内的情况；具有电路调试、维护方便的优点。图36 通过I/O端子板连接输入/输出开关量输入端子板上J1与J2各信号的对应关系如下表所示：输出端子板上J1与J2个信号的对应关系如下表所示：端子板每位开关量都有NPN、PNP两种接线端子，以及发光二级管指示灯，便于系统的调试和故障检测。输入/输出端子板的J1接口与HNC-21数控装置的XS10、XS11、XS20、XS21接口之间互连

24、电缆的连接方式如图37 所示。图37 输入/输出端子板与数控单元互联线缆图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数控装置的XS6接口连接到各远程I/O端子板。通讯电缆将HNC-21数控装置的XS6与远程I/O端子板的J1相连，再通过J2与下一块远程I/O端子板相连。如图38 所示。该连接方式适用于需用的I/O点很多，需要扩展I/O点数的状况。其优点是所有远程I/O端子板与HNC-21数控装置只需要一根通讯电缆串联连接，简化了系统结构，有效距离可以达到50米，且板上每位开关量都有发光二级管指示灯，便于系统的调试和故障检测。最多可分别连接4块远程I/O输入端子板和

25、4块远程I/O输出端子板。图38 通过远程端子板连接输入/输出开关量远程I/O端子板上的输入/输出开关量，按板卡的连接顺序排列。远程输入端子板的开关量从第六组即I48开始（HNC-21占用五组：I0I39，I40I47保留）。远程输出端子板的开关量，从第四组即032开始（HNC-21占用四组：00031）。最后一块远程I/O端子板J2接口必须接入一个终端插头（DB9头孔）。接线图见图39 。图39 远程I/O端子板与HNC-21数控装置互联线缆图如图39 所示，数控装置的XS6接口与远程I/O端子板的J1接口之间管脚一一对应连接；远程I/O端子板的J2接口与另一块远程I/O端子板J1接口之间管

26、脚一一对应连接；最后一块远程I/O端子板的J2借口，应接入一个终端插头，将19、46管脚短接。2.3.6数控装置与手持单元的连接2.3.6.1HNC-21手持接口定义： HNC-21数控装置通过XS8接口（DB25座孔）与手持单元连接。 XS8的引脚定义如下：图40 手持单元中坐标选择、增量倍率选择、使能按钮、指示灯等需要占用PLC输入/输出开关量。因此，手持接口（XS8）占用了数控装置的开关量输出中的4路输出（028031）、开关量输入中的8路输入（I32I39）。注意：若系统中未选用手持单元，或所选手持单元上没有急停按钮时，应该通过DB25头针插头将XS8上的第4、17脚短接。2.3.6.2连接标准手持单元：标准手持单元，接口为DB25头针插头，可以直接连接到HNC-