MK1350数控外圆磨床电气控制系统的设计

上海理工大学成人高等学历教育毕业设计(论文)MK1350数控外圆磨床电气控制系统的设计学院继续教育学院学号12144701012姓名张伟专业电气工程及自动化学历层次本科学习形式业余学习年限3年学习地点军工路校区指导教师王楠老师完成日期2014年11月21日MK1350数控外圆磨床电气控制系统的设计摘要随着科学技术的不断发展，数控机床已经逐步取代普通机床在现代装备制造业中得到了广泛的使用，它的技术水平也成为了一个衡量国家综合国力的重要标志，同时它也是一种发展国防工业重要的战略装备。西门子SINUMERIK840DSL可以说是一个几乎能适用于所有加工领域的系统平台，其所拥有的模块化、开放、灵活但又统一的结构，可以给使用者带来最佳的可视化界面与操作编程感受，它还拥有极佳的网络集成功能。SINUMERIK840DSL自身所拥有的强大且完善的功能使得它成为了中高端数控磨床数控系统的最佳选择。本设计采用了西门子SINUMERIK840DSL作为数控机床的核心系统。在这基础上，集成有结构紧凑且高功率密度的SINAMICSS120驱动系统，并使用SIMATICS7-300编写数控磨床的PLC程序，完成对MK1350数控外圆磨床电气控制系统的设计。关键词：数控磨床，SINUMERIK840DSL，电气控制，数控系统DesignofMK1350CNCcylindricalgrinderelectricalcontrolsystemABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,CNCmachinetoolshavebeengraduallyreplacedbyordinarymachineshavebeenwidelyusedinmodernequipmentmanufacturingindustry,itstechnicallevelhasalsobecomeanimportantsymbolofameasureofthecountry'scomprehensivenationalstrength,butitisalsoadevelopmentofnationaldefenseimportantstrategicindustrialequipment.SiemensSINUMERIK840DSLcanbesaidtobeanalmostappliestoallareasofthesystemprocessingplatform,ithasamodular,open,flexiblebutunifiedstructurethatcanbringthebestvisualinterfaceandoperationofprogrammingexperiencetousers,italsohasanexcellentnetworkintegrationcapabilities.PowerfulandperfectfunctionSINUMERIK840DSLitselfownedbymakingitthebestchoiceforhigh-endCNCgrindingmachineCNCsystem.ThisdesignusesaSiemensSINUMERIK840DSLasacoresystemofCNCmachinetools.Onthisbasis,integratedcompactandhighpowerdensityoftheSINAMICSS120drivesystem,andthepreparationofCNCgrindingmachineusingSIMATICS7-300PLCprogram,completetheMK1350CNCcylindricalgrindingmachineelectricalcontrolsystemdesign.KeyWords：CNCGrinder，SINUMERIK840DSL，electricalcontrolsystem，CNC目录第1章绪论…………………………………………………………………………11.1数控磨床的发展现状……………………………………………………11.2设计内容…………………………………………………………………11.3MK1350数控磨床简介…………………………………………………1第2章数控磨床的基本组成和工作原理…………………………………………32.1数控磨床的基本组成……………………………………………………32.2数控磨床的工作原理及技术参数………………………………………42.3数控磨床运动分析………………………………………………………42.4MK1350数控磨床电气系统概述………………………………………5第3章MK1350数控系统的设计…………………………………………………83.1数控磨床数控系统的选型………………………………………………83.2SINUMERIK840DSL系统硬件连接简要说明………………………8第4章MK1350数控磨床主轴电气控制系统设计………………………………104.1数控机床对主轴控制系统的要求……………………………………104.2数控磨床主轴电气系统设计…………………………………………104.3变频器的选用…………………………………………………………114.3.1变频器的选型方法………………………………………………114.3.2变频器控制原理图设计…………………………………………114.4变频器的主轴控制方案说明及参数设置………………………………11第5章MK1350数控磨床进给伺服驱动电气控制系统设计……………………145.1数控机床对进给伺服系统的要求……………………………………145.2进给伺服驱动系统设计………………………………………………145.2.1进给伺服驱动系统选择…………………………………………145.2.2进给伺服系统的选型与接线……………………………………15第6章MK1350数控磨床辅助系统的设计与常用电器元件的选型……………176.1数控磨床辅助系统的概述……………………………………………176.2冷却系统的设计………………………………………………………176.3常用电器元件的选型…………………………………………………186.3.1断路器的选型……………………………………………………186.3.2接触器的选型……………………………………………………186.3.3熔断器的选型……………………………………………………186.3.4热继电器的选型…………………………………………………196.3.5变压器的选型……………………………………………………19第7章MK1350可编程控制器（PLC）的设计…………………………………207.1可编程控制器控制原理和工作方式…………………………………207.2可编程控制器选择……………………………………………………207.3PLC输入输出地址分配………………………………………………217.4可编程控制器程序设计………………………………………………22结论…………………………………………………………………………………24参考文献……………………………………………………………………………25附件…………………………………………………………………………………26上海理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文）1第1章绪论1.1数控磨床的发展现状机床工业是一个关系到国民经济与国防工业发展的重要的基础工业，特别是数控机床，其又可以说是一种战略装备而受到各国政府的重视。我国政府一直都十分注重对机床工业的发展，并且在连续多个五年计划里都对于数控机床的发展给予了极大支持。数控磨床是一种使用磨具来对工件表面进行相应磨削加工的数控机床，它是现代信息技术与传统机械制造技术融合的产物。数控磨床由于有着计算机的控制，所以能够排除人为所导致的误差，并且可以实现精度补偿与优化控制，而且它还可以提高加工的精度与减少装夹的次数，由于有着这些优点使得数控磨床可以在现代的加工技术中脱颖而出。目前，随着国家的大力扶持和我国工业的不断发展，国内数控磨床呈现高速发展的态势，随之我国的数控磨削技术也逐步提高。现在，国内的许多磨床企业都已相继研制出了各自的高精度数控磨床（如用于凸轮轴类零件加工的数控凸轮轴磨床、用于汽车行业的曲轴磨床等），它们的出现极大的扩展了我国数控磨床在国内外市场上的占有量，同时这些数控磨床很多都被应用在了汽车行业以及其配套的行业，改观了汽车行业以往都是进口磨床一家独大的情况。现在，国内的数控磨床正朝着高精度、高效率和高稳定性的方向发展，但不可否认的是我国的数控磨床与国外先进的数控磨床相比，在适用性、可靠性和加工精度的稳定性上，都还存在有不小的差距，这都需要我国的磨床企业通过漫长的时间去积累追赶先进的进口磨床。1.2设计内容选用先进的西门子SINUMERIK840DSL系统作为数控磨床的数控系统，在其基础上集成结构紧凑且高功率密度的SINAMICSS120驱动系统，并选用了SIMATICS7-300PLC系统，完成对MK1350数控外圆磨床电气控制系统的设计。电气控制系统的设计主要是针对数控系统、主轴及进给伺服驱动电气控制系统、可编程控制器以及辅助系统的设计，还有对数控磨床常用电器元件的选型。1.3MK1350数控磨床简介MK1350数控外圆磨床用途与性能特征:1、MK1350数控外圆磨床主要适用于磨削大型的轴类零件。特别适用在冶金行业、机车车辆的车轴加工及柴油机、内燃机等大批量的生产场合。MK1350数控外圆磨床电气控制系统的设计22、采用德国西门子SINUMERIK840DSL数控系统，内置有PLC和CRT显示，砂轮架和工作台两轴联动。3、磨床的砂轮架主轴采用动静压轴承，并配置有温度控制油箱，运行地稳定性好，砂轮拥有恒线速功能。4、磨床可以实现砂轮自动切入周期进给、工作台的自动跳档、工件尺寸的自动测量和工件轴向自动定位等功能，可以实现两轴联动修整砂轮以及修整后的自动补偿。在工件进行一次装夹后，就可完成对一个或多个轴颈的磨削加工，是一种高效率、高精度的数控机床。5、工作台和砂轮架驱动电机都采用大惯量的交流伺服电机，适用于大型零件的加工。6、磨床采用全封闭防护其密封性能良好，使工作环境整洁有序。7、操纵台操作方便、编程轻松。上海理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文）3第2章数控磨床的组成和工作原理2.1数控磨床的基本组成一台完整的数控磨床通常会由机床的本体、数控系统装置、伺服单元、驱动及测量反馈装置、机床的操作面板、控制介质和它的I/O设备、PLC、机床I/O电路和其元器件组成。如图2-1所示是一台数控磨床的组成图。图2-1数控磨床的组成图1.数控系统数控系统通常会由程序、I/O设备、可编程控制器（PLC）、CNC装置、驱动装置（包括主轴驱动和进给驱动）等构成。数控系统收到控制介质上的各种信息后，会经过一系列处理，再将其输送进运算控制器里处理，最后通过输出装置将其得出控制指令输入进伺服系统，以使数控磨床能够完成所需要的动作。2.伺服单元、驱动及测量反馈装置伺服单元和驱动装置包括主轴与进给伺服装置及各自控制的电机。测量反馈装置是指用于测量反馈速度及位置信息的装置，其是用来实现主轴速度、进给速度的闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。3.操作面板操作面板是数控磨床的操作人员和数控磨床在工作中进行信息相互传递的设备。操作人员可以运用控制面板对数控磨床进行各种所需要的操作以及对磨床的参数进行调整和设置，还能通过其知道数控磨床的工作状况。4.控制介质及I/O设备控制介质是在人和磨床之间建立起联系的一种介质。I/O设备是联系CNC系统和外部设备的纽带，它的作用是对零件加工程序进行各种保存和输入。5.PLC、机床I/O电路和其元器件MK1350数控外圆磨床电气控制系统的设计4PLC是数控磨床必不可少的装置，它可以分成硬件和软件两部分，PLC的作