数控机床电气设计
808D数控车床电气控制系统设计说明书
摘要数控技术发展飞速的今天，数控技术在现代制造业发挥越来越重要的作用，数控机床是数控制造业的核心，本文主要介绍了对数控车床的电气系统设计的过程。
本设计以CK6140车床为载体，对其数控电气系统经行详细设计。
其内容包括强电设计、弱电设计、PLC输入输出及接口设计，本设计选用西门子808D数控系统。
最后绘制出整个机床的电气系统原理图等。
本设计给出了整个机床的原理图绘制过程，重点部分模块化，较详细地介绍了各个部分的功能及用途。
分为 380V强电回路，控制回路，PLC输入输出控制，主轴驱动模块和进给伺服驱动模块，并介绍了相关的电气知识。
通过本设计说明书可以基本上掌握数控车床的电气原理，以及基本的电气常识，使读者无论是从整体上还是各个模块中都能够了解到数控车床相关的一系列电气知识。
关键词：数控系统；数控车床；PLC控制1ABSTRACTThe numerical controls that the technique development fast today, the numerical controls technique at the modern manufacturing industry exertive more and more importance function, numerical control tool machine is number control a manufacturing industry of core, this text mainly introduced logarithms to control the processed that the electricity system of lather design.The design CK6140 lathe as the carrier, the detailed design of the its NC electrical system through the line. its contents includes a strong electrically design, weakness design, PLC importation output and Interface design. The design uses a Siemens 808D CNC system. Finally, to map out the whole machine electrical system schematic. This principle diagram which designs to the whole tool machine draws process and the point parts of mold piece turn and compared to in detail introduce each function and use of part. Is divided into the 380 Vs strong electricity back track, control back track, the PLC importation outputs a control, the principal axis drives a mold piece and enters to servo drive a mold piece, and introduced related electronic knowledge.Through this design system can basically control numerical control the electricity principle of lather, and basic electronic common sense, make the reader regardless can understand numerical control the lather related series of electricity knowledge from wholly the top still each mold piece.Key Words：NC system; NC lathe; PLC control2目录摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------------------- 2目录------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3第一章绪论----------------------------------------------------------------------------------------- 61.1前言 ------------------------------------------------------------------------------------------ 61.2国外数控系统的发展趋势 ------------------------------------------------------------- 61.2.1新一代数控系统采用开放式体系结构 ------------------------------------ 61.2.2新一代数控系统控制性能大大提高---------------------------------------- 71.2.3数控系统向软数控方向发展 ------------------------------------------------- 71.3我国数控技术的发展-------------------------------------------------------------------- 81.4CK6140数控车床主简介 ---------------------------------------------------------------- 9第二章西门子808D数控车床系统 --------------------------------------------------------- 112.1 西门子808D系统简介 --------------------------------------------------------------- 112.2人机界面 ---------------------------------------------------------------------------------- 132.3进给系统 ---------------------------------------------------------------------------------- 132.4 主轴驱动系统--------------------------------------------------------------------------- 132.5刀架控制系统 --------------------------------------------------------------------------- 142.6电柜设计及电源选用------------------------------------------------------------------ 142.6.1在设计电柜时应注意以下事项：----------------------------------------- 142.6.2 24VDC电源选用---------------------------------------------------------------- 152.7数控系统各部分的连接及接口 ----------------------------------------------------- 152.7.1系统的接线---------------------------------------------------------------------- 152.7.2 接口布置 ------------------------------------------------------------------------ 15第三章CK6140数控车床的基本组成和工作原理 --------------------------------------- 173.1数控车床组成 --------------------------------------------------------------------------- 173.2数控车床工作原理 --------------------------------------------------------------------- 193.3 CK6140数控车床运动分析 ---------------------------------------------------------- 2033.4 CK6140数控车床电气系统简述 ---------------------------------------------------- 21第四章CK6140数控车床硬件系统设计及元件选型------------------------------------ 254.1主轴驱动系统 --------------------------------------------------------------------------- 254.1.1主轴电动机---------------------------------------------------------------------- 254.1.2主轴电动机选型 --------------------------------------------------------------- 254.2机床进给伺服系统 --------------------------------------------------------------------- 264.2.1 CK6140数控车床对伺服驱动进给系统的要求------------------------ 274.2.2 伺服电机的选型--------------------------------------------------------------- 284.3控制电路原理图设计------------------------------------------------------------------ 314.3.1 380V系统强电控制回路----------------------------------------------------- 314.3.2电源回路 ------------------------------------------------------------------------- 334.4常用电器元件的选型------------------------------------------------------------------ 344.4.1低压电器选型的一般原则 -------------------------------------------------- 344.4.2断路器的选型------------------------------------------------------------------- 344.4.3电动机保护用自动开关的选型 -------------------------------------------- 354.4.4 熔断器选型 --------------------------------------------------------------------- 354.4.5接触器的选型------------------------------------------------------------------- 354.4.6热继电器的选型 --------------------------------------------------------------- 364.4.7中间继电器---------------------------------------------------------------------- 364.5 CK6140数控车床控制面板 ---------------------------------------------------------- 37第五章PLC设计及参数设置------------------------------------------------------------------- 395.1 PLC的基本结构及工作原理 --------------------------------------------------------- 395.2 PLC与CNC机床的联接方式 -------------------------------------------------------- 405.3 CNC加工代码在PLC上的实现方法----------------------------------------------- 415.3.1 T功能代码的实现方法------------------------------------------------------- 425.3.2 M功能代码实现方法--------------------------------------------------------- 425.4 PLC程序的模块化设计---------------------------------------------------------------- 425.5 PLC输入输出地址分配---------------------------------------------------------------- 425.6参数设置 ---------------------------------------------------------------------------------- 4445.6.1 PLC参数设置-------------------------------------------------------------------- 445.6.2机床参数设置------------------------------------------------------------------- 45第六章结论--------------------------------------------------------------------------------------- 47致谢 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 48参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------- 495第一章绪论1.1前言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，机床制造业是一个国家的基本装备工业，是工业生产的技术基础，数控技术在给机床制造业带来显著经济效益及广阔发展前景的同时，也是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备，因此它已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
浅析数控机床电气控制技术和设计方法
． １ － ３ 交流进给传动 电路 本 文 中作 为 实例 的加工 中心 电气控 制部 １ 于提高数控机床的稳定性和可靠性 ，同时将故 在控 制 系统 的硬件 电路 中 ，进 给系 统有 障概率减到最低 ，使数控机床完全满足加工 中 列数 字交 流伺服 模块及 Ｂ ｉ 交流主 轴伺服 电机 着对加工 中心各个直线坐标轴的定位和切削进 心 的 生 产 需 要 。
数控 机床的 电气控 制技术 也随着计 算机 技术的 遍都 很高，需要在很宽 的范 围内实现可连续 的
发展 ，得 到了一定 的发展 ，为了满足加工 制造 调度 ，且在不 同的速度下都可 以实现切削所需 在 上文 中提到 的硬件 电路和 Ｐ Ｌ Ｃ软件 程序 的
的需求 ，工作者们一定要进行电气控制原理的 功率 的供 应 ，同时可以进 行刀具的 自动装卸工 设计之外 ， 我们还要注意分析加工 中心对结构 、 研究 ，并进行规范的设计 ，来提高数控 机床的 作。主轴电机里拥有一个 内置的编码器 ，可以 功能的需要来进行参数的设定 ，这样才能够最 可靠性和安全性。笔者从事相关工作 ，对此有 对主轴的速度进行检测，同时也可以检 测和确 大化 发挥机床性能 ， 保证机床能够正常的运行。
给 电磁阀和 Ｚ轴制动器 ；而控制变压器所输出
的～ ２ ２ ０ Ｖ总共供给两套设备 ，一套设备是床
Ｌ Ｃ控 制程 序 ， Ｆ ９ ４ ． ０ 身的润滑 电机和 电气箱冷 气机 ， 而另一 套设 ｘ 轴 ＋向运 行 的部分 Ｐ ８ ． ０为 ｘ 轴选择 信号 ， 作 为新 时期 下新 的加 工设备 ，数控 机床 备 则是 Ｃ Ｎ Ｃ 、伺服模 块和 直流继 电器 ，后者 为参考 点到达信 号 ，Ｒ 是由综合应用微 电子 、 计算机 技术 、自动控 制、 需要路经开关 电源 以后 ，输出 一 ２ ４的电源 。 自 动检 测、精 密机械 等多种 技术结合而成 的精 １ ． １ ． ２交流主传动 电路 密加工设备 。 随着 电子计算机技术的快速发展 ，
数控机床电气控制电路设计实例
电压继电器的输入量是电路电压的大小，它根据输入电压的大 小而动作。与电流继电器类似，电压继电器也分为欠电压继电器和 过电压继电器两种。
四、时间继电器 时间继电器在控制电路中用于时间的控制。
按其动作原理可分为电磁式、空气阻尼式、电动式和电子式等； 按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。
而且要求刀具由一点到另一点之间的运动轨迹为一条直线，并能控 制位移的速度。 （3）轮廓控制系统
也称连续控制系统。其特点是能够同时对两个或两个以上的坐 标轴进行连续控制。
2. 按伺服系统控制方式分类 （1）开环伺服系统
数控装置根据信息载体上的指令信号，经控制运算发出指令脉
冲，使伺服驱动元件转过一定的角度，并通过传动齿轮、滚珠丝杠 螺母副，使执行机构(如工作台)移动或转动。 （2）闭环伺服系统
4. 按功能水平分类 （1）经济型数控系统(又称简易数控系统) 这一类型的数控系统一般为开环控制，采用的CPU为单板机或单片 机，用数码管显示或单色小液晶显示或CRT字符显示。 （2）普及型数控系统(又称全功能数控系统) 这类系统一般为半闭环控制，采用16位或32位CPU，9 in(228 6mm)单色显示器（1 in=25 4mm）。 （3）高性能数控系统 这类系统一般为全闭环控制，采用的微型计算机为32位以上的CPU， 显示器为彩色CRT或TFT液晶显示器．内存大于150 KB。
从第一台数控机床问世到现在的50多年中，数控技术的发展非 常迅速，集计算机技术、现代控制技术、微电子技术、传感检测技 术、信息处理技术、网络通信技术、液压气动技术、光电子技术以 及传统的机械制造技术为一体，得到了广泛的应用，在数控机床是 关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业， 其水平高低和拥有量多少是衡量一个国家工业现代化的重要标志， 在国防建设上亦具有重要的战略意义。
FANUC_0i_Mate_MC数控加工中心电气设计和调试(DOC)
前言数控机床集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品，它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。
现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上。
数控技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的核心标志，实现加工机床及生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。
我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国内机床产品充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。
这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上等的原因外，一个最主要的原因就是新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。
本论文采用的是FANUC数控加工中心系统，深入浅出地介绍了FANUC数控加工中心的电气原理图、PMC程序的编制和简单系统的调试等。
电气原理图与PLC程序设计是这次设计中的重点内容，同时也是难点。
由于本人水平有限，设计中的错误和不足之处在所难免，敬请各位指导老师和验收老师批评指正。
目录前言 (1)第一章绪论 (3)1.1 选题背景 (3)1.2 FANUC数控系统概述 (4)1.2.1 FANUC数控系统的主要类型 (4)1.2.2 FANUC数控系统的特点 (4)1.2.3 FANUC 0系列的主要功能及特点 (5)1.2.4 FANUC 0i系列的主要功能及特点 (5)1.3 FANUC数控加工中心的创新与应用 (6)第二章 FANUC加工中心电气原理图的设计 (6)2.1 常用电器的选型 (6)2.1.1 伺服电机的选型 (6)2.1.2 低压元器件选择 (7)2.2 电气原路图的基础知识 (8)2.2.1 电气原理图 (8)2.2.2 电气原路图的构成要素 (8)2.2.3 电气原路图的画法规则 (8)2.3 电气原理图的设计原则和设计步骤 (9)2.3.1 电气原理图中的图形符号、文字符号和接线端子标记 (9)2.3.2 电气原理图 (9)2.4 电气原理图电路示例 (12)第三章 FANUC PMC程序的设计 (14)3.1 概述 (14)3.2 PMC的地址 (15)3.3 PMC程序的结构 (16)3.4 基本指令 (16)3.5 功能指令 (18)3.5.1功能指令的格式 (19)3.5.2部分功能指令说明 (20)3.6 FANUC数控加工中心PMC的分析 (24)3.6.1 I/O分配表 (24)3.6.2 PLC完成M功能信号的处理 (25)第四章系统的调试 (27)4.1 FANUC Oi Mate-MC数控系统操作面板 (27)4.2 参数的显示 (28)4.3 用MDI设定参数 (29)4.4 重要参数的设定 (30)4.4.1 有关“SETTING”的参数 (30)4.4.2 有关轴控制/设定单位的参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．324.4.3 有关存储式行程检测的参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．354.4.4 有关进给速度的参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．354.4.5 有关加减速控制的参数 (35)4.4.6 有关伺服的参数 (35)4.4.7 有关DI/DO的参数 (36)4.4.8 有关MDI、显示和编辑的参数 (37)4.4.9 有关程序的参数 (39)4.4.10 有关螺距误差补偿的参数 (39)4.4.11 有关主轴控制的参数 (40)结论 (41)致谢 (41)参考文献 (42)第一章绪论1.1 选题背景加工中心（Machining Center，简称MC）是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。
数控机床电气控制技术及设计方法
数控机床电气控制技术及设计方法武玉明齐重数控装备股份有限公司黑龙江齐齐哈尔 161005摘要：数控机床实际上是一种机械设备，其体型较大，整体构造相对来说比较复杂。
随着科学技术发展的迅猛势头，科技对当今社会产生着明显的影响，保证产品质量和生产率的情况下，技术人员在开展相关操作的过程中需要对其安全性进行强化，确保整体生产质量达到要求。
本文就其电气控制展开了相关探究。
关键词：数控机床；机床电气；电气控制技术；电气设计1数控机床的常见功能在实际工作中，数控机床是通过分布在多个轴位上的伺服电机实现最终的定位功能，并且不同轴位之间在工作过程中存在良好的联动特点，能够同时进行运动也能够分开运动，从而能够使数控机床生产的效率得到相应的保障，提高数控机床机械生产的工作准确性和真实性。
在数控机床的实际工作中，不同的轴在进行全面运动的同时，还可以通过使用光栅尺完成全闭环式的完整控制，进而保证工作台可以对整体进行定位，为了保证实际的定位和工作质量，需要合理使用外展模拟量I/O点形式来对高速变频器的工作状态进行控制以及保证不同位置的电机都可以实现启动和停止功能的优化，提升转速系统整体的同步控制效果。
将主轴的转速保持在一定水平，能够帮助提高机械生产的工作效率，同时使冷却水泵得到合理的配置，通过对电机设备的冷却处理也能够更好地检测电机设备的温度，并且使温度的保护效果得到进一步的提高，实现预期的工作目的。
在主轴运行环节通常需要进行机械手以及刀库的安装，这项工作的主要目的是为自动化以及手动化的工作方式提供保障，同时也是提升整体工作效率和产品质量的有效方式。
在采取机械手换刀的方式后，可以实现对刀具各类信息的收集。
在数控机床的实际工作中，需要对系统的刀具磨损情况以及断刀的情况进行了解，防止系统中出现刀具失效的问题而最终影响到整体的效果。
同时，在对机械和设备进行换刀的过程中，需要保障加工生产的稳定性，控制不同机位的工作模式来完成相应的任务和要求。
数控机床电气柜电装工艺设计
ｌｍ Ｏ ｍ的空间 。 电气元件应有足够的 电气间 隙及爬 电 Ｏ ②
距离 ，以保证设备安全可靠地工作 。③发 热元 件宜安装 在散热 良好的地方 ，两个发热元件 之间的连线 ，应采用
在 ４ ℃ 以下 ，温度过高除 了容易老化系统硬件 以外 ，还 ０ 会降低驱动 的输 出功率 ，为 了使 电柜 内空 气流通顺 畅 ， 需要将每个单 元与 电气柜 内壁保 持至少 ｌＯ ｍ 的空 间 Ｏｍ
Ｍａｈｎ ｏ Ａ ｃｉｅＴ ｔ ￣ ｔ ｏ ｓ
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ｉｔ ｅ ｓ控 机 床 电气 柜 电装 工 艺 设 计
泉州佳泰数控有限公 司 （ 福建
数控机 床在 使用过 程 中经常 会遇 到各类 的 “ 报 乱 警” ，这些报警不符合系统 维修说 明 书或是机 床厂家 编
的危害。合理布局的基本原则 ：①使干扰源与于 扰对象 尽可能远离 。②输入和输出端 口妥善分离。③高 电压 电
缆 、脉冲引线及低电平电缆 分别铺设。④对大截 面导线
转弯半径的考虑。⑤对强弱电元件之间的距离放置。⑥
对发热元件 的方 向布置等。数控 机床的 电气柜 内空间布
防电磁干扰措施有以下几条 ： 电网进线要加装 隔 ① 离变压器 、 滤波器 ，？除电源杂波。②接触 器 、 电器 肖 继
要尽量远离主 回路 、开关 电源及变压器 ，不得 直接放 置
或靠 近柜 内其他发热元件的对流方 向。⑩ 为了减小 电磁
干扰 ，电气柜的功率部件 （ 变压器 、驱动 模块 、电源模 块等 ）至少要和控制部件 （ 控制继 电器 ，Ｐ Ｃ接 口，数 Ｌ 控 系统等 ）保 持大 于 ２０ ｍ 的距 离安装 。⑩ 为避 免大 ０ｍ 功率 的电源线在电柜内的距 离过长 ，电源过 滤器 、电抗 器 、电源模块以及它们 的保护 开关 ，尽量靠近 电源模块 和 电源的进线处。⑥放大器输 出的动力电缆在工 作时会 产生强大的电磁干扰 ，因而 电源线 要尽量和其他 线分开 布线 ，在接线时动力 电缆从驱动模块 的下方走 ，信 号电 缆从驱动上方走 ，要尽量避免和动力电缆走 同一线槽 。 ４ ．接地 地线是信号 的公用线 ，也是 电源 的一条馈线 ，因此 干扰信号很容易通
数控机床电气设计技巧
作者简 介 ： 丽（９ ８ ）女 ， 沈 １５ 一 ， 浙江永康人 ， 工程 师 ， 研究方 向ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 工业 电气 自动化 。 １０ ４
《 装备制造技术）０ １ ） １ 年第 ７ ２ 期
设 计 人 员 把 各 种 机 床 的 常 用 功 能 总 结 以后 ， 就 输 出一 个 固定 的 直流 电 压 ，而且 不 能 同 ＳＭ ＴＯ Ｏ Ｉ０ ＩＮ
１ 数控 机床 电气 系统 的基本特 点
距 体 （） １ 高可靠性 。 数控机床是长时间连续运转的设 作 部位 与人 体平 均 高 度 、 离 相适 应 ， 现 操 作方 便 备 ， 身要 具 有 高 可靠 性 。 因此 ， 电气 系 统 的设 计 舒适及便于观察 的特点 ，尤其要随时摸得到急停按 本 在 保 机 和部 件 的选用 上 ， 遍 应 用 了可靠 性 技术 、 普 容错 技 术 钮 ， 证 紧 急情 况 下 的快 速 操 作 ； 床 电器 颜 色不 仅 还要 美观 、 明显 。 及 冗余 技 术 。所 有部 件选 用 的是 最成 熟 的 、 符合 有 符合 标 准 ； 且 关 国 际标 准 并 取得 授 权认 证 的新 型产 品 。 电气 系统
以及 限位开 关组 成 。
数控机床的种类很 多 ， 不同数控机床 的功能 ， 要
外部辐射破坏性干扰 。 求 也不 一样 ， 计 时 必须 根 据 用 户 的要 求 ， 断 地 改 设 不 （） ３ 安全 性 。 电气 系统 的连锁 要有 效 ； 电器 装置 变设计 电路和动作顺序控制程序 。这样在一定程度 的绝缘要保证完好 ， 防护要齐全 ， 接地要牢靠 ， 以使 上 ， 增加 了设计人员的工作量 ， 同时也增加 了机床的 操作人员 的安全有保证 ；电器部件 的防护外壳要具 故障发生率 ， 降低了机床 的可靠性。 有防尘 、 防水 、 防油污的功能 ； 经常移动的电缆 ， 要有 随着机床设计过程的不断完善和规范化 ， 块 模 护套或拖链防护 ，防止缆线磨断或短路而造成系统 化设计 已经成为必然 的趋 势。数控系统 中可保持数 故障 ； 要有抑制 内部器件异常温升的措施 ， 特别是在 据为模块化设计提供 了可能 ， 下面针对 Ｆ Ｎ ＣＯ 系 Ａ Ｕ ｉ 夏季 ， 要有强迫 风冷或致冷器冷却 ； 防触 电、 有 防碰 统 ，利用可保持数据 Ｋ继电器来完成功能模块选择 伤设 施 。 的实例 程序 框 图 。
对数控机床电气控制系统的设计研究
对数控机床电气控制系统的设计研究【摘要】数控技术是现代制造工业化中的重中之重，数控技术和数控装置作为一个国家的工业基础，它将会直接影响到国家的工业发展和工业产值，数控技术关系到一个国家在国际工业地位，因此加速发展先进的数控技术，加强数控设备的建设是提高一个国家在国际工业地位的重要方法。
在数控技术中，对数控机床的电气控制系统设计研究是至关重要。
【关键词】数控系统；数控车床；主电路；控制电路1 数控机床的简介NC（Numerical Contro）数字控制是指用数字指令转化为机器语言来控制机器的运转。
它主要面向控制对象有三个：设计程序对动作顺序的控制；对数控机床的刀具、开关、冷却设备等辅助功能的控制；在对加工设别的部件位移量和该加工部件对位置的控制。
相比普通机床来说，数控机床有许多突出优势：1）在利用数控机床以加工多品种，利用数控加工可以达到加工进度快和自动化效率高的程度。
2）数控机床采用的数控技术在加工同等部件时，生产质量稳定。
3）在通过数控机床加工得到的零件，在精度上有明显的提高，可以提高零件的互换性。
4）在生产过程中，由于生产时间一定，在方便管理的条件上，数控机床可以进一步提高生产的标准化。
5）数控加工可以制造具有复杂外形的零件。
6）在数控设备被数控技术大量控制下，可以大幅度减少熟练工人。
7）加工时间一定，则生产周期可以大幅度缩短。
2 未来数控技术的发展过程数控技术不仅在制造工业上得到大量使用，如今在社会的各个应用方面都起到了重要的作用。
例如在IT、轻工业、汽车业等大量民生的重要行业。
随着数控技术的发展，这些行业的发展起着重要的作用。
在数控技术有这几个热门研究方向：1）高精度，效率高加工的技术随着机床的高性能的加工刀具日益成熟，刀具的硬度，强度有助于更快的加工零件，且随着刀具的发展，在高精度上有着显著的提高，因此大力发展加工技术的高精度和效率高有主于数控机床的加工周期，缩减了加工工序。
2）特殊加工机床五轴联动加工和复合加工机床的应用由于过去的五联动加工机床的造价高，成本高，在性价比上不如三轴联动加工机床。
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论文——数控机床电气设计姓名：专业：指导老师：年级（春、秋）层次：学习中心、函授站：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31.2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。
d).加工效率高：数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。
3.柔性化程度高；传统的通用机床，虽然柔性好，但效率低下；而传统的专机，虽然效率很高，但对零件的适应性很差，刚性大，柔性差，很难适应市场经济下的激烈竞争带来的产品频繁改型。
只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争。
4.加工能力强：数控机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工。
数控机床特别适合以下场合：a).不许报废的零件。
b).新产品研制。
c).急需件的加工。
1.3.3数控加工的设备数控加工所使用的主要设备---数控机床是信息技术及机械制造技术相结合的产物，代表了现代基础机械的技术水平及发展趋势。
数控机床具有以下明显特点：1）.适合于复杂异形零件的加工。
2）.实现计算机控制，排除人为误差。
3）.通过计算机软件可以实现精度补偿和优化控制。
4）.加工中心、车削中心、磨削中心、电加工中心等带有刀具库并具有换刀功能，从而减少了人工装夹的次数，提高了加工精度。
5）.数控机床使机械加工设备增加了柔性化的特点。
柔性加工不仅适合于多品种、中小批量生产也适合于大批量生产，且能交替完成两种或更多种不同零件的加工，增加了自动变换工件的功能，可实现夜间无人看管的操作。
由几台数控机床（加工中心）组成的柔性制造系统（FMS）具有更高柔性的自动化制造系统，包括加工、装配和检验等环节。
数控机床可划分为三个层次：1）.高档型数控机床：是指可以进行复杂形状的加工，具有多轴控制或工序集中、自动化程度高、高度柔性的数控机床。
2）.普及型数控机床：具有人机对话功能，应用较广，价格适中，通常称之为全功能数控机床。
3).经济型数控机床：结构简单，精度中等，但价格便宜，仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件。
选用数控机床需遵循的原则是：1）.实用性：是指明确数控机床来解决生产中的哪一个或哪几个问题。
2）. 经济性：是指所选用的数控机床在满足加工要求的条件下，所支付的代价是最经济的或者是较为合理的。
3）.可操作性：用户选用的数控机床要及本企业的操作和维修水平相适应。
4).稳定可靠性：是指机床本身的质量，选择名牌产品能保证数控机床工作时的稳定和可靠。
PLC（可编程逻辑控制器）发展的现状及发展的趋势PLC发展到现在共经历了四代。
现在的PLC采用16位以上的微处理器作为CPU 外，内存容量更大，还可以将堕胎PLC连接起来，实现资源共享;还可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统；变成语言除了可使用传统的梯形图、流程图等还可以使用高级语言；外设多样化，可以配置CRT和打印机等。
目前国内外用于这方面控制系统的PLC主要是由几大主要生产商提供的。
即：Siemens(GER),GE(U.S),Rockwell(U.S),Mitsubishi(Jap),O mron(Jap)这几家主要的PLC供应商占据了PLC市场的75%~80%。
现在的主要的PLC的厂商都集中在日本和美国等发达国家，国内生产和制造PLC的工艺技术都还落后于这些国家。
其发展的趋势是：1、人机界面更加友好PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有及之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC＋网络＋IPC＋CRT的模式被广泛应用。
2、网络通讯能力大大加强PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。
由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。
3、开放性和互操作性大大发展PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。
开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识。
4、PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）＋DCS（过程控制）的模式变成PLC＋IPC模式。