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本科毕业论文设计:基于FAUNC系统XH715加工中心电气控制系统的设计

发表时间:2016/4/26 18:03:54
目录/提纲:……
1、刀库的控制、主轴控制和辅助功能等
2、动作顺序的程序控制
3、控制部件的坐标移动量和位置关系的变化[18]
2、可以做到零件的小批量生产
3、因为加工精度高,所以生产的零件尺寸误差小
4、由于操作技术的数据化,熟练工人人数就可以减少
5、自动化加工,人为介入很少,所以产品合格率得以保证
……
自动化学院
本科毕业设计(论文)

题目: 基于FAUNC系统*H715加工中心电气控制系统的设计

专 业: 自动化(数控技术)

班 级:数控卓越111 学 号: **
学生姓名: * *
指导教师: * * *
起止日期: 2015.2~2015.6
设计地点: 南京工程学院
Graduation Design (Thesis)
Design of Elecctric Control System of Machining Center Based on the FAUNC System *H715

摘 要

当今社会数控技术发展十分迅速,已然在现代制造业中成为不可或缺的组成部分,数控机床是工业制造中的_部分,本文对数控铣床的电气系统设计的过程加以介绍研究。
*H715数控加工中引进了国际先进的技术,是我国自主研发的数控铣床。本次设计就是围绕了机床的电气系统而展开研究,主要内容包括了机床的强弱电模块,电气布局、I/O地址的分配、元器件的选型等内容。
设计内容包含了对*H715机床使用范围的研究,机床电气原理图的绘制,可以完成机床基本功能的PLC程序的编写,选用数控系统的选择,常用元件的选择,还有对电路的分析等内容。
本次设计的设计目的是为了了解数控铣床的电气连接和机床控制的相关程序。并且掌握各个控制模块和其所实现的功能。

关键词:数控铣床;数控系统;电气原理图;控制电路;PLC控制

ABSTRACT

CNC technology is developing very quickly today, It has become an integral part of modern manufacturing,.It is a core part of industrial manufacture of CNC machine tools. This paper introduces the process of electrical system design of NC milling machine .
The *H715 CNC milling machine,s electrical system design is particularly important. The design elements include strong design, weak design, PLC input/output, I/O design, machine tool electrical schematic drawing etc.
The design includes a whole s
……(新文秘网https://www.wm114.cn省略1931字,正式会员可完整阅读)…… 
以在零件装配的时候相对于普通机床很少会出现问题[15]。
4、由于操作技术的数据化,熟练工人人数就可以减少。
5、自动化加工,人为介入很少,所以产品合格率得以保证。可以做到连续加工。效率相对普通机高了数倍以上。
6、零件加工时间由计算机设定好,可以做到定时定量的生产,对于生产的管理有着重大的作用,放到今天这种生产模式也是不可或缺的[4]。
1.3 *H715数控加工中心简介
*H715立式加工中心是我国引进国际先进技术,自行研制开发生产的新一代数控铣床,该数控机床广泛应用于军工、机械制造、汽车、医疗设备、航天、模具等行业的零件等加工[1]。机床配有冷却系统、润滑系统并且使用了全封闭式立式防护罩。
*H715立式铣削加工中心是中型三轴联动数控机床,主轴设计最高转速为5000r/min,具有加工精度高、加工效率高等优点,但机床的结构通过经验、类比、静态的传统设计方法设计,不仅结构笨重,而且设计周期长、制造成本高、更新换代慢,因此有很多地方需要改进[11]。
机床的底座、立柱、主轴箱体、十字滑台、工作台等基础件全部采用高强度消失模铸造成型技术,内部组织结构稳定,基础件十分稳定。铸件结构也经过机床动力以及有限元分析,所以它的几何结构更加加合理,与加强筋搭配合理,保证了基础件的高刚性。宽实的机床底座,箱形立柱可靠、加宽加长的床鞍、负荷的全支撑的设计,完全符合材料力学结构的先进设计理念,保证了加工时的重负载能力。
机床特点:
(1)系统方面选择法兰克0i Mate-MD系统,因为相对于0i MD,法兰克0i Mate-MD已经足够应对*H715加工中心所需要的要求,经济性比较高。
(2)机床的设计完全符合国家标准和行业标准,并符合环保要求。
(3)机床床体有密封的防护罩,这样可以在加工的时候保护导轨。
(4)采用双泵自动润滑系统:定时、定量供给导轨所需用油,减少润滑油的消耗,提高润滑效率并且避免环境污染。
(5)电气柜内的内部布线均按照国家电气安全规范布线,使得控制系统运转时避免外部干扰。有效地保证生产安全。
(6)机床总体的防护设备性能优秀,不仅可以承受强力切削带来的震动,而且可以保证切削时飞削不会溅出,安全性能良好。
(7)主轴轴承采用日本进口的高精密轴承,转速可达到8000r/min,且精度高。
(8)*/Y/Z三轴伺服电机均采用日本FANUC原装进口伺服电机,电机转速达3000rpm ,具有良好动态性能[11]。

1.4 可编程机床控制器(PMC)简介
  可编程机床控制器(PMC)所要实现的功能与PLC基本是一样的,PLC用于一般通用设备的自动控制,而PMC则是专用于数控机床外围辅助电气部分的自动控制[17]。
PMC的工作过程基本就是在系统软件的控制下顺次扫描各个输入点的状态,按照用逻辑解算控制逻辑,然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。并且在扫描周期中还要进行故障自诊断,及处理与编程器、计算器的通信请求[6]。所谓扫描就一次对各种规定操作项目进行访问和处理。扫描是周而复始无线循环的。每扫描一个循环所用的时间称为扫描周期。梯形语句越少,扫描周期也就越短,信号的响应也就越快[7]。
顺序程序一般由第一级程序、第二级程序和若干个子程序组成。一般机床PLC处理程序的时间为及时毫秒到上百毫秒,对于大多数信号已经足够了[20]。不过有些信号例如急停信号要求迅速响应。为了适应不同控制信号对响应速度的不同要求,第一级程序仅处理急停、坐标轴超程、机床互锁等信号就够了,因为第一级程序每8ms执行一次,系统把第二级程序分割,举例说明如果第一级程序占用了1ms的话那8ms有7ms来执行第二级程序,但是如果第一级程序占用了2ms,那仅剩下6ms来执行第二级程序了,所以要求第一级程序尽可能的短[19]。
本次的设计就是围绕着数控机床的PMC展开,通过PMC的程序设计来达到对机床的控制。


第二章*H715加工中心的硬件组成

2.1 *H715数控铣床的技术参数
*H715数控铣床是一类中型的加工中心,各生产商在生产时技术参数尺寸不一,本设计机床参数尺寸如下表2-1:
表2-1 *H715机床参数尺寸
设备名称 参数
工作台面积(长*宽)mm 1050*500
T型槽*槽数*间距 18mm*5*100
*轴行程
Y轴行程
Z轴行程 800三轴均采用进口
500预拉伸高精度滚
550 珠丝杆
主轴端面至工作台面距离 150-750mm
主轴中心至立柱前面距离 550mm
主轴电机功率(主轴电机) 7.5/11KW
进给电机扭矩*/Y/Z 11Nm
快速移动速度 */Y/Z 0-5m/min
工作台承重 600Kg
主轴端部锥度 BT40
主轴速度范围rpm 60-5000 rpm
主轴轴承 日本NSK7013CDDBP4
滚珠丝杆 台湾产
丝杠轴承及锁紧螺母 台湾产
夹松刀具气动元件 台湾产
选刀方式 任选
刀库 20把(斗笠式)
最大刀具尺寸 Φ60*300
最大刀具重量 3KG
润滑系统 自动泵
机床铸件 国际认定米汉纳高级铸铁GB300树脂砂铸造
机床外形尺寸(长*宽*高) 3000mm*2400mm*2700mm
导轨 导轨副采用德国注塑工艺,淬硬导轨
机床净重(约) 5000kg
控制系统配置 FANUC 0i Mate-MD系统配手摇悬挂式脉冲控制发生器
定位精度 ±0.005mm
重复定位精度 ±0.003mm
安全保护 故障诊断,报警功能,自动保护功能
通讯接口 标准RS232接口,可与计算机CAD/CAM模具加工。

2.2 *H715数控铣床硬件系统
机床数控系统由数控装置、输入输出装置、驱动控制装置和机床点逻辑控制装置所组成的。他们之间通过I/O口相互连接。数控系统与PLC、机床床体、伺服电机和反馈装置组成了机床的整个系统[2]。各部分之间的关系如下图2-1所示:

图2-1数控机床硬件关系图

2.3 *H715立式加工中心的运动分析
*H715加工中心的的运动部分包括:主轴驱动系统及控制部分,进给系统,坐标轴控制部分,这又包含了坐标轴伺服电机转速、位置控制,刀具库、润滑液、冷却系统、液压系统等辅助功能的控制。
1、主运动传动
数控机床的主运动传动由主电机和主轴来实现,它可以把把电动机的运动及动力传递给主轴,然后在主轴的带动线工件可以旋转,并伴随主轴的速度和运动方向而变化。主运动传动由是由主轴电机的变频器实现无级变速调速[12]。
2、进给运动传动
进给运动传动是指驱动单元驱动刀具沿机床的*/Y/Z三方向移动,在*H715加工中心中,使用的是交流伺服电机来控刀具运动。
3、刀架传动
刀架传动主要指的是刀架对刀具的定位与夹紧功能,目的是为了实现自动换刀功能。刀架运动是由换刀交流电动机实现的。
4、液压系统
*H715加工中心的液压系统的作用包括了主轴变速换挡和中心跟刀架电机排屑器两部分作用。
5、冷却系统
冷却系统在机床中十分重要,主要用于冷却加工中的刀具和被加工零件,同时可以冲洗工件上的残屑,该功能由冷却泵实现。
6、润滑系统
*H715数控铣床中的润滑系统分为对机床导轨和滚珠丝杠等的润滑。通常使用电动间歇润滑泵和定量式集中润滑泵两种润滑方式。
7、尾座
数控铣床尾座的作用是对加工工件起到支撑的作用,由座体本体和套筒组成。其中座体本体是用来固定在工作台上的。可以在工作台上_移动,而套筒的功能是对被加工零件的位置进行调整和支撑。


第三章 电器元件选型与电气原理图

目前市场上在售的*H715立式加工中心种类已经非常的多,关于电气元件的选型方面已经十分成熟了,原则上是以安全优先,然后考虑到元件的性价比,选取最为合适的元件。
3.1 电机与变频器的选择
主轴驱动系统是由主轴驱动装置和主轴电机组成的。并且又可以分为交流驱动和直流驱动两类。
市面上的数控机床基本都是采用的交流主轴驱动系统,即使用交流电动机配备变频器来控制主轴伺服驱动。
本机床电气设计的主轴驱动同样采用的是交流主轴配备变频器的控制方式。
主轴驱动部分是机床最大功率执行机构,在选型方面一般有如下要求:
(1)主轴转速可调节,范围是主轴的最高转速和最低转速;
(2)为了保证加工的质量,主轴必须有足够大的加工扭矩和功率,可以满足任何加工速度内的要求:
(3)环境适应性强,热稳定好,可以在较高温度环境下工作;
(4)动态相应要求时间短,总而言之就是机床必须有四象限运行的能力。
*H715加工中心为中型的数控加工中心,参考市面上在售的同型机床,我们采用FANUC αi I8/8000型号电机作为主轴电机,*/Y/Z三轴均采用FANUC βis22/2000系列电机包含Z轴抱闸功能。
变频器方面,机床采用通用变频器作为主轴驱动装置。其端子功能图如下图3-1:

图3-1 FANUC通用变频器端子框架示意图

3.2低压电器的选择
低压电器是指工作在交流1200V直流1500V的电器,此处我们对一些必备的电器元件进行介绍:
(1)电源
机床采用交流380V/50HZ的电源作为主轴电源,并且经直流变压器变为24V直流电源为控制系统PMC、手动按钮。传感器和电磁阀换向线圈供电
(2)低压断路器
又称为空气开关,是系统中开关电器以及保护开关,在电路发生短路或者过载、欠压的时候进行保护,我们所选取的电动机功率为7.5kw,由于,其中Iz为空气开关的额定电流,所以我们得出Iz=17.3A。
(3)接触器
接触器的作用是断开主电路和负载短路的控制器。可以频繁的解冻断开,拥有比工作电流大数倍的通断能力,我们选用的是交流接触器。
(4)控制按钮
按钮是常见的电器元件。带常开/常闭触头,按下后常开/常闭触头闭合/断开,松手后复位。本设计需要使用若干按钮。
(5)熔断器
熔断器主要是由熔断管、熔体和导电元件组成。主要作用是保护电路短路和严重过载, ……(未完,全文共30153字,当前仅显示5423字,请阅读下面提示信息。收藏《本科毕业论文设计:基于FAUNC系统*H715加工中心电气控制系统的设计》