三轴数控铣床设计报告.docxVIP

控 制 系 统 课 程 项 目设计说明书项目名称：数控铣床控制系统设计系别：机械电子工程系专业：机械设计制造及其自动化姓 名：citycars学 号：指导教师：陈少波 完成时间： 2012 年 6 月 8 日 至 2012 年 6 月 22 日目录1 概述31.1 设计目的31.2使用设备31.3设计内容及要求32 NUM1020控制系统设计42.1 功能概述42.2 主要元器件选型52.2.1电机选型52.2.2 伺服驱动器与变频器选型72.3 电路原理设计72.3.1 电源供电设计72.3.2 驱动电路设计92.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计92.3.4 手轮与轴卡连接设计92.3.5铣床控制电路设计102.4 控制系统设计112.4.1控制系统功能设计122.4.2 参数设置122.4.3 程序设计143 总结171 概述1.1 设计目的1）、掌握简单数控铣床控制系统的设计过程2）、掌握常用数控系统（NUM1020）的操作过程3）、掌握交流伺服电机的工作方式及应用过程4）、了解数控系统内置式 PLC 的实现原理及编程方式 5)、掌握数控系统自动控制功能程序的设计及开发过程 1.2使用设备1)、NUM1020数控系统一套2)、安川交流伺服电机3套3)、计算机及梯形图编辑软件一套1.3设计内容及要求1）、以实验室现有的设备（NUM1020数控系统）作为控制器，参照实验室现有的数控铣床的功能，完成一台具有3轴联动功能的数控铣床的电气系统设计过程。2）、移动轴（3轴）采用实验室现有的交流伺服电机进行驱动，采用半闭环位置控制模式。3）、主轴采用实验室现有的变频调速器进行设计驱动，系统不要求具备自动换刀功能。4）、完成PLC输入输出点的分配。5）、具有行程及其他基本的保护功能。6）、设计相关功能的梯形图控制程序（要求具有：手动进给功能、手轮进给功能、MDI功能、自动控制功能及各种基本的逻辑保护功能）7）、完成设计报告。2 NUM1020控制系统设计2.1 功能概述此三轴联动数控铣床由X、Y、Z轴三轴及主轴组成，X、Y、Z轴采用伺服电机传动，由伺服驱动器驱动。主轴采用普通三相异步电机，由变频器驱动。数控系统采用NUM1020数控系统。由NUM1020数控系统作为控制核心，三台伺服驱动器通过NUM1020系统的轴卡地址编码控制，主轴变频器由数控系统的PLC输出模拟量控制，同时变频器反馈速度模拟量输入到PLC。系统框图如图1所示。图1 功能概述图2.2 主要元器件选型2.2.1电机选型性能参数设计指标：工作台质量m=510kg（所受的重力W=5000N）；主轴部分工作部件质量m=510kg（所受的重力W=5000N）；（3）工作台的最大行程Lp=600mm；（4）工作台X轴和Y轴最大移动速度Vmax=9000mm/min；（5）z轴最大移动速度为3000mm/min；（6）主轴最大转速n=2000n/min；（7）最大切削力F=1000N；（8）铣刀最大直径d=20mm；（9）工作台采用贴塑导轨，导轨的动摩擦系数μ=0.15。（10）位置控制精度0.01mm。2.2.1.1 X轴和Y轴驱动电机选型：X、Y轴为平动，电机驱动力仅需要克服平动所受到的导轨的摩擦力，因此电机所需功能较小。所需驱动功率P=FV=W×μ×V=5000×0.15×6000/(60×1000×1000)KW=0.12KW假设电机传动效率为 η=0.9，则电机最小功率为P_1=P/η=0.13kW2.2.1.2 Z轴驱动电机选型：Z轴电机驱动主轴部件移动时，需要克服工作部件的重力，所需要电机功能较大。所需驱动功率假设电机传动效率为 η=0.9，则电机最小功率为P_2=P/η=0.28kW2.2.1.3 主轴轴驱动电机选型：依据性能参数设计指示，最大切削力F=1000N，铣刀最大直径d=20mm所需电机最大转矩T由公式 得 所需驱动功率查电机型号选型手册，低功率交流电机的转速较大，没有2840 n/min及以下的，因此，此处电机扭矩计算按电机转速3000 n/min计算：假设电机传动效率为 η=0.9，则电机最小功率为P_2=P/η=3.5Kw根据以上计算，X、Y、Z轴的伺服电机选用日本安川品牌的交流伺服电机，主轴选用西门子品牌的三相异步电机。电机型号如下表所示：轴型号转速功率扭矩编码器XSGMGH054AAA2S1500r/min0.45KW490Nm17比特增量式YSGMGH054AAA2S1500r/min0.45KW490Nm17比特增量式ZSGMGH20ACB2S1000r/min2.0KW1176Nm17比特增量式主轴Y112M-22890r/min4.0KW13.2 Nm2.2.1.4 控制精度验算：设齿轮传动比，丝杆导