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1、四 川 工 程 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文目录摘要3绪论5一、系统改造方案6二、改造方案的优点72.1使用变频器的优点72.2伺服电机的特点102.3伺服电机于步进电机性能相比的优势102.4使用触摸屏的优点13三、机床调试143.1触摸屏功能介绍143.2孔加工流程图183.3攻丝加工流程图193.4 PLC程序203.5调试记录33四、 技术资料364.1元件清单364.2电气原理图一394.3电气原理图二404.4接线图414.5位置图42五、机床改造结论435.1 改造后的加工435.2 论文的主要创新点43附录44附录一：伺服驱动器工作原理44附录二：伺服驱动器的接线45
2、附录三：驱动器简易模式调机流程图46附录四：伺服驱动器基本参数说明47附录五：伺服驱动报警48附录七：变频器配线图49附录八：变频器基本参数50后记51参考文献5253立式钻床电气系统改造摘要 这篇论文作者主要针对现代制造行业的发展，对机床更多更高的要求、实现更快更有效的生产，为增加机床加工适应性和精确性制造，而做出对机床主轴电机、铣头电机和升降电机驱动部分的改造设计。随着社会的进步，制造业的发展越来越迅速，各种先进的电气控制元件普遍运用于各类制造工业。而在对主要生产的各类轴承的企业来说更是对产品的精度要求严格，特别是在近年来风电行业的迅速发展，风电轴承的市场需求量越来越大，各个风电轴承制造企
3、业更是竞争激烈，以质量求发展，以精度求生存的道理风靡全球！此篇论文作者主要改造的是机床主轴电机、铣头电机和升降电机驱动部分。将铣头电机和升降电机的驱动由原来的继电器驱动改为更为精确、方便、安全、节能的变频器驱动。将主轴电机由步进电机改为私服电机，驱动部分也由继电器驱动改为私服驱动，以达到更为精确的控制，提高产品质量。控制部分由以前的全按钮控制改为触摸屏控制，以减少控制线路，同时也可减少机床的电气故障率，提高生产效率。设计图为两张加工流程图、两张原理图，一张互联图，一张布置图。关键词： 系统改造 伺服驱动 电气 PLC 变频器 触摸屏Summary This paper aimed at the
4、 modern manufacturing industry on the development of more higher demands on the machine, to achieve faster and more efficient production, to increase the adaptability and precision machine tool manufacturing, and make of the spindle motor, milling headmotor and lift motor drive part of the transform
5、ation of the design.Along with social progress, the development of the manufacturing sector growing rapidly, a variety of advanced electrical control components generally used in various manufacturing industries.In the major production companies for various types of bearing products, precision is mo
6、re demanding, especially in recent years, the rapid development of wind power industry, wind power bearing an increasing market demand, the various wind power bearingmanufacturers more competitive, to the quality development to the accuracy of the truth survival rage! Major transformation of this th
7、esis is to spindle motors, lift motors and motor drive milling head part.The milling head drive motor and lift motor from the relay driver to be more precise, convenient, safe, energy-saving inverter drives.Stepper motor to the spindle motor to PW by the motor, drive parts, PW from the relay driver
8、to drive, to achieve more precise control and improve product quality.Controlled in part by full-button control to previous touch screen control to reduce the control circuit, it can also reduce the failure rate of electrical machines, improve production efficiency.The picture shows the two design p
9、rocess flow chart, two schematics, a connected graph, a layout plan.Keywords：System Transformation Servo drive Electric PLC Inverter Touch Screen绪论 随着传统继电器驱动的机床使用年限及其功能的限制，出现了主轴电机的损坏、故障频率较高、功能不完善、达不到加工工艺要求等问题。作为企业合理节约资源、提高加工工艺、完善机床性能，做出对车床驱动部分的电气改造。变频器及伺服驱动能克服传统继电器驱动的缺点，同时可以减少故障出现的频率、增加使用的寿命、减少主轴电机的
10、损害、合理节约资源、提高加工工艺、完善机床性能，故采用变频器及伺服驱动来控制电机。本论文写的是立式钻床电气系统驱动部分的改造过程。里面拥有绘制的原理图、布置图、接线图、加工流程图、控制程序、元件清单等资料。衷心感谢天马铁路轴承有限公司大型制造部电工王万军师傅以及四川工程职业技术学院电气信息工程系蔡黎老师对我此次机床电气改造的技术指导和支持。由于作者的能力有限，难免出现错误，望有识之士斧正。一、系统改造方案1、将铣头电机由原来的继电器驱动改为变频器驱动2、将升降电机由原来的继电器驱动改为变频器驱动3、将主轴电机由原来的步进电机改为伺服电机4、将主轴电机由原来的继电器驱动改为伺服驱动5、将控制部分
11、由原来的的按钮控制改为触摸屏控制二、改造方案的优点2.1使用变频器的优点 (1) 控制电机的启动电流 当电机通过工频直接启动时它将会产生7 到8 倍的电机额定电流这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动(当然也可以适当加转矩提升)，一旦频率和电压的关系建立变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作，使用变频调速能充分降低启动电流提高绕组承受力。用户最直接的好处就是电机的维护成本 将进一步降低，电机的寿命则相应增加。(2) 降低电力线路电压波动 在电机工频启动时电流剧增的同时电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功
12、率大小和配电网的容量，电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如PC 机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。(3) 启动时需要的功率更低 电机功率与电流和电压的乘积成正比，那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率，在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限，其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他设备产生严重的影响，如果采用变频器进行电机起停, 就不会产生类似的问题。(4) 可控的加速功能 变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行光滑地加速，而且其加速曲线也可以
13、选择(直线加速、S形加速或者自动加速)，而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿命。(5) 可调的运行速度 运用变频调速能优化工艺过程，并能根据工艺过程迅速改变，还能通过远控 PLC 或其他控制器来实现速度变化。(6) 可调的转矩极限 通过变频调速后能够设置相应的转矩极限来保护机械不致损坏，从而保证工艺过程的连续性和产品的可靠性。目前的变频技术使得不仅转矩极限可调，甚至转矩的控制精度都能达到35左右。在工频状态下电机只能通过检测电流值或热保护来进行控制，而无法像在变频控制一样设置精确的转矩值来动作。(7) 受控的
14、停止方式 如同可控的加速一样, 在变频调速中, 停止方式可以受控并且有不同的停止方式可以选择(减速停车、自由停车、减速停车、直流制动)，同样它能减少对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加可靠，寿命也会相应增加。(8) 节能 电机在采用变频器后都能大幅度地降低能耗，这在十几年的工程经验中已经得到体现，由于最终的能耗是与电机的转速成立方比，所以采用变频控制后投资回报就更快，厂家也能乐意接受。(9) 可逆运行控制 在变频器控制中，要实现可逆运行控制无须额外的可逆控制装置，只需要通过内部的短接方式（CM和RVE、FWD）来改变输出电压的相序即可，这样就能降低维护成本和节省安装空间。变频器驱动已被公
15、认为是最理想、最有发展前途的驱动方式之一。采用变频器驱动的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。所以我们改用变频器控制是为了长远的目标，而且无论从节能、性能、控制等方面还是从安全方面考虑都比继电器控制要好的多。2.2伺服电机的特点其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象、转速随着转矩的增加而匀速下降、控制比较容易、体积小重量轻、输出功率和转矩大、方便调速。启动转矩大，调速一般为变频调速。在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范
16、围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。2.3伺服电机于步进电机性能相比的优势步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展
17、趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。 1、低频特性比较 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内
18、部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 2、矩频特性比较 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 3、过载能力比较 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。就我们所用台达交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往
19、往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。 4、运行性能比较 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 5、速度响应性能比较 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以台达5.5KW交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000
20、RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。特别是在控制精度上更是性能优越，所以在现在我们为保证产品的质量，采用伺服电机控制已经势在必行。2.4使用触摸屏的优点控制部分由以前的全按钮控制改为触摸屏控制，这样一来就减少了控制回路的线路，同时也可减少机床的电气故障率，提高生产效率。还可监控机床运行状态，便于操作及故障的分析处理。三、机床调试3.1触摸屏功能介绍型号：显示当前选择的加工型号。现在位置：显示伺服电机当前所在的位置。现在度数：显示当前加工工件所在的角度。原点确定：设置工作台的相对原点位置，即多少度多少分。上排孔、下排孔：用于选择加
21、工位置。上一孔：用于返回当前加工工作位置的前一位置。下一孔：当加工完成后点击下一孔主轴自动寻找下一孔的加工位置。冷却启动：点击此键即可启动冷却电机。冷却停止：点击此键即可使冷却电机停止。基准孔完成：在加工工件时须先加工一个基准孔，后续加工则以基准孔为基准加工，只有当基准孔加工完成后点击此键才能使PLC接受的信号。升降电机上升、下降：用于点动控制升降电机的正反转来调整铣头工作台的位置，点击启动，松开则自动停止。铣头电机正转、反转：用于控制铣头电机的正反转，点击则可启动铣头电机，使其按设定频率运转，再次点击则使电机减速停止。基准孔完成，钻孔启动：只有当基准孔加工完成后点击此键才能完成后续加工。参数
22、设置：用于设置加工工件的各种参数，点击后显示参数设置界面。（1） 型号选择可设置4中型号参数并供操作工在加工时根据加工工件的不同来选择对应的参数型号。（2） 型号名称设置点击型号后面的数字显示框，即弹出一个有数字及字母的键盘输入界面，可以设置型号名称。（3） 油杯孔设置油杯孔X：可选择有或者无，当选择有时，可对其初始角度进行设置，如xx度xx分，点击即会弹出一个数字输入界面可供对角度的输入进行设置。并且有均布和等角度设置，选择均布时，对加工的孔德颗数设置后即按照360平均分布，就不能对其后面的角度进行再设置。选择等角度时，选择要加工的孔德颗数，在设置角度即可按照设定的角度进行加工，如要加工3个
23、孔，每个孔相隔45度15分，只需将其设置为等角度，然后设置为3颗，45度15分即可完成加工。油杯孔Y：设置方式同油杯孔X完全相同，设置好后可使机床在加工时能自动完成对两种不同孔的加工。（4） 外径连接孔没加工几个孔后会自动加工一个连接孔，其设置方法和油杯孔相同，但在角度选择是，PLC会自动在离连接孔角度最近时加工一个连接孔。（5） 返回参数设置完成后，点击此键即可返回到主操作界面。3.2孔加工流程图3.3攻丝加工流程图3.4 PLC程序机床运行程序：机型选择程序：3.5调试记录日期功能是否正常故障原因解决方法2010.4.19机床照明正常无无2010.4.19升降电机正常无无2010.4.19
24、铣头电机正常无无2010.4.19伺服驱动驱动器报警，报警号：RLE11 编码器出错。编码器接头线焊接错误，我们用的是常规接头，但是焊接线是图纸上给的是快速接头的焊接方法。将编码器接头的线从新按照常规接头的接线方法焊接好后即显示正常，报警自动消除。2010.4.20冷却电机正常无无2010.4.20中间继电器中间继电器要吸合但指示灯不亮。线圈的24VDC线接反了。将线圈的线换过来后即正常，灯亮。2010.4.20触摸屏无法将程序从PC下载到触屏。PC和触屏的线插反了，线接口一样，但插反就不能数据读写。将数据线换过来后就能将触屏程序从PC下载到触屏。2010.4.20触摸屏将程序下载到触摸屏后，
25、触摸屏只能显示一部分，不能全部显示。初次下载触摸屏内部CPU数据记忆较慢，要等大概2到3分钟才能完全显示。下载到触摸屏后查看使用说明书，发现过了几分钟自动好了。2010.4.20触摸屏参数设置有部分参数无法设置。设备地址选择设置错误将其对应地址更改后即可设置。2010.4.21PLC程序正常无无2010.4.21急停正常无无2010.4.21限位保护正常无无2010.4.21位置检测正常无无2010.4.21伺服电机无动作NC模块接线错误，PLC脉冲信号不能发送到驱动器，我们加了一个外置的24V电源，而驱动器优先采用内置电源，从而要将9脚、41、43脚短接按照原理图的各种可能的接线方法都接了一
26、次，终于有其中一种能够使其正常工作。2010.4.22伺服电机运转异常，动作时要抖动，不能匀速平稳运动。驱动器工作参数设置有误将P0-02=14P2-32=0P2-30=1降低P2-00的值同时降低P2-31的值即恢复正常四、 技术资料4.1元件清单编号元件名称型号及规格厂家数量单位用途备注1低压断路器（三相）DZ47-60 C100正泰1个总电源控制2低压断路器（三相）DZ47-60 C101个伺服驱动电源3低压断路器（三相）DZ47-60 C62个变频器电源4低压断路器（三相）DZ47-60 C31个冷却电机电源5低压断路器（单相）DZ47-60 C34个控制回路电源6低压断路器（单相）D
27、Z47-60 C63个控制回路电源7交流接触器GSC1-2510 220V1个伺服驱动控制8交流接触器GSC1-1801 220V1个冷却电机控制9中间继电器MY2NJ 24V DC欧姆龙6个控制回路用10开关电源S-250-24 DC24V 明威电子1个提高24V电源11干支变压器3380V/3相220V7KVA 输出电流18A成都天工1台提供伺服驱动3220V电源12控制变压器BK-100 100VADELIXI1台提供机床照明24V电源13PLCCJ1M PA202欧姆龙1台机床可编程控制14NC213模块SYMAC CPU121块为驱动器发送脉冲15变频器VFDB台达2台控制升级，铣头
28、电机16伺服驱动器ASDA-A+1台信号控制，驱动伺服电机17触摸屏MT506TV 24VDC欧姆龙1台控制信号输入18照明灯JC34A 50W 24VAC上海新华1个机床照明19电源指示灯AD1622DS AC220V上海二工电器1个电源指示20急停按钮LA39GB/T14048.51个故障急停输入21行程开关LX1911,5A长征集团2个升级限位保护22接近开关A-4,100mA 636V DC2个位置检测25电机380V1.5KW1350rmin西安西玛电机厂1台冷却泵26电机380V2.2KW1430rmin1台工作台升降27电机380V4.5KW1500rmin1台铣头拖动28伺服电
29、机ECMA55P3，3501N/m 5.5KW,1500rmin 台达1台主轴拖动4.2电气原理图一4.3电气原理图二4.4接线图4.5位置图五、机床改造结论5.1 改造后的加工 在机床改造完成后，机床的加工效率得到显著提高，而且工艺、精度都得以更好的保证，故障率明显降低，而且速度可根据加工的型号不同随时可调，并且操作简单，对机床操作工的要求更低。达到了改造的目的和要求。5.2 论文的主要创新点该论文的主要创新点是做到了加工工艺可控，可加工各种型号的工件，能达到多种型号的工艺要求的工件加工，且做到了节能，减少了机床故障发生率，提高了加工精度。同时也做到了对主轴电机的保护以及对孔加工和攻丝加工的
30、灵活转变。此外该论文作者还大胆采用了学校教学内容之外的编程方式，采用omron系列PLC编程控制，触屏采用EB500编程控制，做到了不拘一格、勤奋好学，并能快速的学以致用，将所学知识运用到系统的改造中。附录附录一：伺服驱动器工作原理附录二：伺服驱动器的接线附录三：驱动器简易模式调机流程图附录四：伺服驱动器基本参数说明附录五：伺服驱动报警附录七：变频器配线图附录八：变频器基本参数后记此次机床电气驱动系统改造历时17天，在经历改造方案确定、电器原理图的绘制、电气柜元件的安装及配线、PLC及触摸屏的编程、机床的安装与调试后正式投入加工运行。在整个改造过程中，唯调试阶段历时最长，用了一个周的时间才调试完毕，同时也是调试阶段对个人的专业只是要求最高。在历时17天后，机床已正式投入运行，已能达到不同型号工艺要求的工件加工，做到了节能，减少了机床故障发生率，提高了加工精度，达到了预期的改造目标。同时此次机床电气驱动的改造得以顺利完成，我要衷心感谢天马铁路轴承有限公司大型制造部电工王师傅以及四川工程职业技术学院电气信息工程系蔡老师对我此次机床电气改造的技术指导和支持。在此，我对你们表示最真诚的感谢！
