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1、第五章 数控铣床控制系统设计实验一、实验目的 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 二、实验设备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三、设计要求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
2、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。8、设计过程有关资料请参照附录。四、设计内容数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两都的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别。数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成： A：主轴箱 包括主轴箱体和主轴传
3、动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 B：进给伺服系统 由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 C：控制系统 数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。 D：辅助装置 如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 E：机床基础件 通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架（一）系统功能布局图：CNC控制器PC机X轴伺服驱动器X轴电机Y轴伺服驱动器Y轴电机Z轴伺服驱动器Z轴电机变频器主轴电机编码器PLC强电电源其它功能故障报警检测信号控制面板图1：功能布
4、局图1、系统框架图如下：图2：系统框架图2、电源输入电气图图3：电源接线图图中Q1，Q2负载开关控制电路。T1为变压器，为电路提供稳定的电压。G1是电压转换器，为报警信号提供电源，3、三轴驱动以及主轴驱动电气图图4：三轴驱动以及主轴驱动电气图开关和继电器起保护电机和电路的作用，伺服电机为机床X,Y,Z轴和主轴提供转动和移动的动力。4、伺服图 图5： X轴伺服图 图6：Y轴伺服图 图7：Z轴伺服图 图8：手轮伺服图以上的前三个图式主轴和伺服电机连接图，第四个为手轮和轴卡的连线图5、PLC伺服与报警信号清除发出段图9：报警发出信号报警信号发出端，处理异常信号并及时发出警报6、PLC控制继电器连接图
5、 图10：继电器连接图7、系统检测图：图11：检测图8、接收伺服电机和报警信号端： 图12：接收报警信号9、PLC输入与输出分配 图13：PLC输入输出（二）控制系统功能设计字段值定义%M存储型公共变量%V非存储型公共变量%I输入/输出（I/O）接口读变量%Q输入/输出（I/O）接口写变量%RCNC输入/输出（I/O）接口读变量%WCNC输入/输出（I/O）接口写变量%S公共字变量%Y局部变量1. 程序初始化2. MDI手轮和手动选择程序采用%M10.w作为分支条件，根据其等于1或者2转到相关的子程序执行。图中%16.B代表手动方式和回零方式。%15.B代表手动增量类型和手轮进给。3. 手动（
6、JOG）进给轴进给%I100.0代表手动进给轴选择x，%I101.0代表手动正向进给，%I500.6代表正向行程限位点，%w9.0代表手轮正向进给；%I101.0代表手动负向进给，%I500.7代表负向行程限位点，%w9d.0代表手轮负向进给。Y、Z轴的如上。4. 主轴控制%R122.0、%R122.1、%R122.2分别代表主轴的顺时、逆时转动和主轴停；%Q501.0代表主轴顺时转动的灯亮，%Q501.1逆时针转动的灯亮；%I503.6代表出故障，%w100.5代表系统至于等待状态，不处理正在执行的程序段中的下一个功能。5. 自动控制功能当系统检测到%I103.1有脉冲输入时，%W3.2输出
7、on信号，此时PLC进入循环进给加工状态。%R3.2处于on时，%Q100.1(循环进给指示灯)为on。6. 电机报警要%R5.0显示息，%Q500.3才有效。且%500.2、%500.3 %500.4都不工作，%M700.1运行。五 实验心得 因为在做电子电气项目用的是西门子S7-200编程，所以此课程设计刚好弥补了自己对三菱PLC的编程空白。而且两者并没有本质的区别，只是输入输出的符号不同，指令基本上都大同小异。因为这课程临近期末才开始做，所以很多方面的知识都是靠老师在实验时的指导。其实这个实验难度并不大，只是工作量稍微多一些。例如手轮进给轴的程序控制，都是在满足一定条件下运行。只要花些功夫去弄懂编程手册的符号意思，结合老师的讲解，能很好的掌握此设计的要点。
