数控铣床控制系统设计.doc

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1、课程项目设计报告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：city学号：09128888组员：学号：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17课程项目设计报告目录1概述31.1设计目的31.2使用设备31.3设计内容及要求32NUM1020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

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1717课程项目设计报告1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

3、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

4、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。17课程项目设计报告2NUM1020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

5、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17课程项目设计报告2.2主要元器件选型2.2.1电机选型性能参数设计指标：（1）工作台质量m=510kg（所受的重力W=5000N）；（2）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=10

6、00N；（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。2.2.1.1X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=0.13kW2.2.1.2Z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。17课程项目设计报告所需驱动功率假设电机传动效率为η=0.9

7、，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2840n/min及以下的，因此，此处电机扭矩计算按电机转速3000n/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

8、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/min4.0KW13.2Nm17课程项目设计报告2.2.1.4控制精度验算：设齿轮传动比，丝杆导程为t=6mm，则控制精度为符合设计精度指示要求。2.2.2伺服驱动器与变频