1、河北工業職業技術學院河北工業職業技術學院畢 業 論 文論文題目： cnc3136數控車床電氣系統設計系 別 機電工程系 專業年級 09機械制造與自動化2班 學生姓名 學號 指導教師 職稱 日 期 2011年9 月 河北工業職業技術學院學生頂崗實習專項任務書（畢業論文任務書）專項任務名稱 cnc3136數控車床電氣系統設計 姓名 專業 09級機械制造與自動化 班級 學號 一、 任務情況描述：人類進入21世紀以后，信息化的社會使得各行各業都在突飛猛進地發展，尤其是計算機和網絡的發展使得傳統的機械制造業走向了更高的一個臺階。這就有了數控技術的誕生。舊形式的生產技術與新一代的自動化技術是不可比擬的，所

2、以要想產生更多、更快、更安全的生產力，我們必須對數控技術的發展有所了解、有所研究。二、任務完成計劃：7月 1日7月10日 選取論文的題目。7月 11日8月20日 搜集與論文題目相關的資料。8月21日8月31日 對所搜集資料進行系統的整合，擬出論文的框架。9月1日9月20日 依據論文的框架，充分利已有資料，完成論文的初稿。9月20日9月22日 指導老師審閱并提出修改建議，與老師商定論文的定稿工作。9月22日30日 做好論文的修改及完善工作，定稿。三、 計劃答辯時間：2011年10月實習指導教師（簽字）： 系學生頂崗實習領導小組組長（簽字）： 年 月 日 年 月 日目 錄一、 引言1二、 數控車床

3、主要控制電路設計1（一） 數控車床常用電氣元件1（二）、 380v強電控制回路4（三）、 電源回路7三、 plc輸入輸出控制7（一） 可編程控制器概述7（二） plc輸入/輸出與通信接口10四、 伺服驅動進給系統設計12（一）、伺服驅動進給裝置的接口設計12五、結 論15參考文獻16cnc3136數控車床電氣系統設計09機械制造與自動化專業2班姓名學號摘要：數控技術發展飛速的今天，數控技術在現代制造業發揮越來越重要的作用，數控機床是數控制造業的核心，本文主要介紹了對數控車床的電氣系統設計的過程。cnc6136a 是基于華中數控系統hnc-21的基礎上設計制造的新一代的數控車床，對其電氣系統設計

4、使尤為重要的，其內容包括強電設計、弱點設計、plc輸入輸出及接口設計，繪制出整個機床的電氣系統原理圖等。本設計給出了整個機床的原理圖繪制過程，重點部分模塊化，較詳細地介紹了各個部分的功能及用途。分為 380v強電回路，控制回路，plc輸入輸出控制，主軸驅動模塊和進給伺服驅動模塊，并介紹了相關的電氣知識。通過本設計說明書可以基本上掌握數控車床的電氣原理，以及基本的電氣常識，使讀者無論是從整體上還是各個模塊中都能夠了解到數控車床相關的一系列電氣知識關鍵詞：數控系統；數控車床；主電路；控制電路；plc控制；電氣原理圖一、 引言機床是對金屬或其它材料的坯料或工件進行加工，使之獲得所要求的幾何精度和表面

5、質量的機器，機床是用以制造一切機械(包括能制造機床自身)的機器，機床是機械制造業的基本加工裝備。它的品種、性能、質量和技術水平直接影響著其它機電產品的性能、質量、生產技術水平和企業的經濟效益。隨著科學技術的高速發展，以電子信息技術為主體，世界機床產業已進入機電一體化時代，其代表產品就是數控機床。cnc6136a數控車床就是典型的現代化設備，它的出現是機械加工設備的新突破。隨著科學技術和市場經濟的不斷發展，人們對機械產品的質量、生產率和新產品開發的周期提出了越來越高的要求，所以，新一代的數控車床便應運而生。cnc6136a 數控車床是基于華中數控“世紀星”hnc-21td系統的數控車床，其中一個

6、主要的環節就是電氣系統設計,其中包括強電設計，弱電設計，以及plc接口設計等。電氣系統是整個車床的控制中心，所以設計工作尤為重要。二、 數控車床主要控制電路設計（一） 數控車床常用電氣元件1低壓斷路器低壓斷路器又稱為自動空氣開關，是將控制和保護的功能合為一體的電器。它常作為不頻繁接通和斷開的電路的總電源開關或部分電路的電源開關，當發生過載、短路或欠壓等故障時能自動切斷電路，有效地保護串接在他后面的電器設備，并且在分斷故障電流后一般不需要更換零部件。2接觸器接觸器是一種用來頻繁地接通或分斷電路帶有負載（如電動機）的自動控制電器。接觸器由電磁機構、觸點系統、滅弧裝置及其他部件四部分組成。如圖所示，

7、其工作原理是當線圈通電后，鐵芯產生電磁吸力將銜鐵吸合。銜鐵帶動觸點系統動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在反作用彈簧力的作用下釋放，觸點系統隨之復位。按其主觸點通過電流的種類不同，可分為直流、交流兩種。機床上應用最多的是交流接觸器。圖 交流接觸器電氣圖形及文字符號3繼電器繼電器是一種根據輸入信號的變化接通或斷開控制電路的電器。繼電器的輸入信號可以是電流、電壓、等電量，也可以是溫度、速度、等非電量，輸出為相應的觸點動作。繼電器的種類很多，按輸入信號的性質分為：電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器等。按工作原理可分為：電磁式繼電器、感應式繼電

8、器、電動式繼電器、熱繼電器等。4變壓器變壓器是一種將某一數值的交流電壓變換成頻率相同但數值不同的交流電壓的靜止電器。5直流穩壓電源 如圖2所示直流穩壓電源的功能是將非穩定交流電源變成穩定直流電源。在數控機床電氣控制系統中，需要穩壓電源給驅動器、控制單元、直流繼電器、信號指示燈等提供直流電源。圖2直流穩壓電源電氣圖形及文字符號6熔斷器熔斷器是一種廣泛應用的最簡單的有效的保護電器。在使用時，熔斷器串接在所保護的電路中，當電路發生短路或嚴重過載時，它的熔斷體能自動迅速的熔斷，從而切斷電路，使導線和電氣設備不致損壞。熔斷器主要由熔斷體（俗稱保險絲）和熔座（俗稱保險座）兩部分組成。如圖2-11所示。圖

9、熔斷器電氣圖形及文字符號7開關電器（1）行程開關 如圖所示行程開關是根據運動部件位置而切換電路的自動控制電器，用來控制運動部件的運動方向、行程大小或位置保護。圖 行程開關電氣圖形及文字符號（2）接近開關 如圖所示接近開關是非接觸式的監測裝置，當運動著的物體接近它到一定距離范圍內，就能發出信號。從工作原理看，接近開關有高頻振蕩型、感應電橋型、霍爾效應型、光電型、永磁及磁敏元件型、電容型、超聲波型等多形式。圖 接近開關電氣圖形及文字符號（二）、 380v強電控制回路圖 380v強電回路(a)圖為數控車床的主電路的一部分，也是機床的動力電路，斷路器qf1為機床電源的總開關，亦用來對整個動力線路進行過

10、載及短路保護，交流接觸器km2和km3采用互鎖連接用來控制主軸電動機m1的正反轉，斷路器qf3作為主軸電動機的過載及短路保護；伺服變壓器tc1是將交流380v電壓轉換為交流220v電壓給伺服模塊供電，qf2作為伺服強電的過載及短路保護，km3用作開關控制，滅弧器rc1、rc2用來保護交流接觸器的主觸點，防止當主觸點斷開時，在動、靜觸點間產生強烈電弧，燒壞主觸點。圖為數控車床的主電路的另一部分，斷路器qf4和qf5分別作為冷卻電機和刀架電機的過載及短路保護；交流接觸器km6用來控制冷卻電動機m2的啟動和停止，km4和km5也是采用互鎖電路控制刀架電機的m3的正反轉，滅弧器rc3、rc4用來保護交

11、流接觸器的主觸點，防止當主觸點斷開時，在動、靜觸點間產生強烈電弧，燒壞主觸點。圖 380v強電回路(b)典型電路控制分析：實際生產中考慮到經濟、高效、準確等因素，此次設計中采用了互鎖電路控制實現主軸和刀架電動機的正反轉，有三相異步電動機的原理可知，只要將電動機接到三相電源中的任意兩根連線對調，即可使電動機反轉。圖 互鎖控制線路如圖所示，啟動按鈕sb2、sb3使用復合按鈕，復合按鈕的常閉觸點用來斷開轉向相反的接觸器線圈的通電回路，兩個接觸器的常閉觸點km1、km2起互鎖作用，即當一個接觸器通電時，其常閉觸點斷開，使另一個接觸器線圈不能通電。（三）、 電源回路圖 電源回路圖圖為機床的電源線路，圖中

12、變壓器tc1 原邊接三相ac380v，副邊三組繞組分別提供ac220v、ac24v、ac110v電壓，ac220v給開關電源供電，ac24v給工作燈供電，ac110v給電柜風扇供電，熔斷器fu1-fu3用來對線路進行過載及短路保護。三、 plc輸入輸出控制（一） 可編程控制器概述可編程控制器（以下簡稱plc）是20世紀60年代發展起來的一種新型自動化控制裝置，目前已廣泛應用于各種工業設備?？删幊炭刂破魇怯嬎銠C技術與自動控制技術有機結合的一種通用工業控制器。在此之前，機床的順序控制是以機床當前運行狀態為依據，使機床按預先規定好的動作依次地工作，這種控制方式的實現，是由傳統的繼電器邏輯電路rlc完

13、成的。rlc是將繼電器、接觸器、按鈕、開關等機電式控制器件用導線、端子等連接起來的電路，以實現規定的順序控制功能。可編程控制器是一種數字運算電子系統，專為在工業環境下運用而設計。它采用可編程序的存儲器，用于存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等特定功能的用戶指令，并通過數字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌漭o助設備都應按易于構成一個工業控制系統，且它們所具有的全部功能易于應用的原則設計。數控機床的控制由數控裝置和可編程控制器協調配合共同完成：數控裝置主要完成與數字運算和管理等有關的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、位置伺服控制等； 可編程控制

14、器（以下簡稱plc）主要完成與邏輯運算有關的一些動作，沒有實現軌跡運動上的具體要求。1可編程控制器（plc）具有如下特點：（1）plc是一種專用于工業順序控制的微機系統。為了適應順序控制的要求，plc省去了微機的一些數字運算功能，而強化了邏輯運算控制功能，是一種介于繼電器控制和微機控制之間的自動控制裝置；（2）plc是專為在惡劣的工業環境下使用而設計的，所以具有很強的抗干擾能力。除輸入/輸出部分采用光電隔離的措施外，對電源、運算器、控制器、存儲器等也設置了多種保護和屏蔽。plc沒有繼電器那種機械觸點，因此，不存在觸點的接觸不良、熔焊、磨損和線圈損壞等故障；（3）相對于rlc，plc采用軟件實現

15、用戶控制邏輯，結構緊湊、體積小，很容易裝入機床內部或電氣箱內，便于實現動作復雜的控制邏輯和數控機床的機電一體化；（4）目前大多數的plc，均采用梯形圖編程方式。梯形圖與繼電器邏輯控制電路圖十分相似，圖形符號形象直觀、工作原理易于理解和掌握、編程簡單、操作方便、改變程序靈活；（5）plc可與編程器、個人計算機等聯接，可以很方便地實現程序的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。2可編程控制器的分類：從數控機床應用的角度可編程控制器可分為兩類：一類是cnc的生產廠家專為數控機床順序控制而將數控裝置（cnc）和plc綜合起來而設計制造的“內裝型”plc。另一類是專業的plc生產廠家的產品，它們的輸入/輸

16、出信號接口技術規范，輸入/輸出點數、程序存儲容量以及運算和控制功能均能滿足數控機床的控制要求，稱為“獨立型”plc。3可編程控制器的組成及工作方式：plc實質是一種專用計算機，它的組成形式基本上與微機相同，主要包括：微處理器（cpu）、存儲器、用戶輸入/輸出部分、輸入/輸出擴展接口、外圍設備以及電源等。對于內裝型plc，cpu、存儲器、外圍設備、電源等部分一般與cnc裝置共用。plc的基本工作方式是順序執行用戶程序，每一時刻執行一條指令，由于相對于外部電氣信號有足夠的執行速度，從宏觀上看是實時響應的。對用戶程序的執行一般有循環掃描和定時掃描兩種，掃描過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執行階

17、段和輸出刷新階段，圖10為數控車床中的plc系統。圖10 數控車床中的plc（二） plc輸入/輸出與通信接口1plc輸入開關量定義：x10（ 輸入接口i0-i19）表1 輸入開關量定義引腳號信號名標號信號定義13i00x0.0x 軸正超程限位開關，常開點，閉合有效。25i01x0.1x 軸負超程限位開關，常開點，閉合有效。12i02x0.2z 軸正超程限位開關，常開點，閉合有效。24i03x0.3z 軸負超程限位開關，常開點，閉合有效。11i04x0.423i05x0.510i06x0.622i07x0.79i08x1.021i09x1.1主軸電機報警，常閉點，斷開有效。8i10x1.2x

18、軸回參考點開關，常開點，閉合有效。20i11x1.3z 軸回參考點開關，常開點，閉合有效。7i12x1.4刀架電機過熱報警，常閉點，斷開有效。19i13x1.5冷卻系統報警，常閉點，斷開有效。6i14x1.618i15x1.75i16x2.01號刀到位，常開點，閉合有效。17i17x2.12號刀到位，常開點，閉合有效。4i18x2.23號刀到位，常開點，閉合有效。16i19x2.34號刀到位，常開點，閉合有效。3空1，2，14，1524v地外部直流24v 電源接地2plc輸出開關量定義：x20（輸出接口00-015）表2 輸出開關量定義引腳號信號名標號信號定義13000y0.0運行允許， 低電

19、平有效。25001y0.1系統復位， 低電平有效。12002y0.2伺服允許 ，低電平有效。24003y0.311004y0.423005y0.5冷卻開，低電平有效。10006y0.6刀庫正轉，低電平有效。22007y0.7刀庫反轉，低電平有效。9008y1.0主軸正轉，（主軸使能）， 低電平有效。21009y1.1主軸反轉，（主軸使能）， 低電平有效。8010y1.220011y1.37012y1.419013y1.56014y1.618015y1.75空17estop3急?；芈夫寗觡a ，繼電器控制動力電源的輸出端子4estop1急停回路與超程回路的串聯的接入端子16otbs2超程限位開關

20、的接入端子3otbs1超程限位開關的接入端子1，2，14，1524v地外部直流24v 電源接地3通訊接口數控機床plc主要包括兩類接口信息：（1）硬件電氣接口信息：plc與數控裝置、機床及機床電氣設備之間的電氣連接部分；（2）軟件寄存器接口信息：plc為了運算和實現某些特殊功能的需要，以及內裝式plc與nc間，數據交換的需要設置的寄存器變量或功能函數。plc常用的電氣接口一般有開關量輸入接口、開關量輸出接口和模擬量輸出接口等三種。主軸控制接口：xs9如圖11所示。圖11主軸控制接口模擬接口式、脈沖接口式伺服驅動器控制接口：xs30-xs33如圖12所示。 圖12 伺服驅動器控制接口四、 伺服驅

21、動進給系統設計（一）、伺服驅動進給裝置的接口設計在數控機床上進給驅動裝置根據來自cnc的指令，控制電動機的運行，以滿足數控機床工作的要求。因此進給驅動裝置至少要求具備工作電源接口、接收cnc或其他設備指令以及控制電動機運行的接口，這些都是最基本的接口，如圖13所示，標出最簡單地進給驅動器接線圖。此外，為了伺服系統的安全，進給驅動裝置一般提供了工作狀態信息和報警接口；為了方便，有些進給驅動裝置還提供了通信接口等，根據不同的伺服類型和功能的強弱，除了基本接口外，進給驅動裝置的接口會相差很多，例如，交流伺服驅動裝置一般比步進電動機驅動裝置具有更豐富的接口。圖13 進給驅動裝置的基本接口進給驅動裝置的

22、接口，按照功能不同可分為： 1、電源接口 2、指令接口 3、控制接口 4、狀態與安全報警接口 5、通信接口 6、反饋接口 7、電動機電源接口如圖14是x軸伺服模塊的連接圖圖14 x軸伺服模塊圖中體現了x 軸伺服模塊的強電回路即反饋回路接線圖，電源接口r1,t1進給驅動裝置的電源一般分為動力電源和邏輯電源電路，對于交流伺服進給驅動裝置，還需要控制電源。進給驅動裝置提供了一系列的接口裝置。指令接口一般采用脈沖接口或模擬量接口，有些還提供通信和總線的方式作為接口?？刂平涌趯M給驅動伺服裝置而言是輸入信號接口，用于接受cnc、plc以及其他設備的控制指令，以便調整驅動裝置的工作狀態、工作特性或對驅動裝

23、置和電動機驅動的機床設備進行保護。狀態與安全報警接口對進給驅動裝置而言是輸出信號接口，用于通知cnc、plc以及其他設備驅動裝置目前的工作狀態。反饋接口一般分為來自位置、速度檢測元件、和輸出到cnc的位置反饋接口。電動機電源接口一般采用端子的形式，小功率的電動機也會采用插接件的形式。伺服系統接線分為三個模塊，即，電源模塊標準接線，位置控制方式標準接線，速度控制方式標準接線。五、結 論在這次畢業設計中，我在對數控車床的工作原理以及內部結構的分析研究的基礎上，進行了cnc6136a數控車床的電氣系統設計，此車床是基于華中數控hnc-21系統的基礎上的新一代數控車床，它具有高速、精密、可靠、經濟等特點。車床的電氣系統設計是整個車床的核心部分，主要分為強電回路設計、控制回路設計、plc輸入輸出設計、伺服驅動進給設計和主軸驅動設計五個方面，要求繪制出整個車床的電器原理圖。通過此次設計，也使我受益非淺，不僅是我了解了一臺數控車床的電氣系統工作原理，更是我學會了很多電氣設計方面的知識，不僅豐富了我自己，而且也彌補了以前