1、摘要隨著科學(xué)的發(fā)展，機(jī)床已經(jīng)從手動機(jī)床發(fā)展到自動機(jī)床，現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)控立式車床是數(shù)控的主要產(chǎn)品，其在國內(nèi)外的需求量也很大。其高精度的關(guān)鍵在于主軸的控制。本設(shè)計采用德國西門子公司的s7-200系列可編程控制器作為主控制器。由6ra7075 dc調(diào)速器和德國西門子公司的z4 dc電機(jī)組成的dc調(diào)速裝置采用dc調(diào)速，實現(xiàn)了機(jī)床高效、準(zhǔn)確的主軸控制，并給出了電氣原理圖和操作說明。該設(shè)計具有控制簡單、實現(xiàn)功能強(qiáng)大、調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)等優(yōu)點?？蓱?yīng)用于重型立式車床，提高重型立式車床主軸的控制精度，進(jìn)而保證其加工精度。關(guān)鍵詞：數(shù)控立式車床；dc調(diào)速裝置；可編程序控制器摘要隨著科學(xué)

2、的發(fā)展，機(jī)床已經(jīng)從過去的手動機(jī)床發(fā)展到自動機(jī)床，現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)控立式車床是數(shù)控產(chǎn)品的主力，國內(nèi)外需求量很大。高精度的關(guān)鍵部分體現(xiàn)在主軸的控制上。本設(shè)計是以德國格朗公司的西門子可編程控制器s7-200為主要控制器；德國西門子公司的6ra7075 dc調(diào)速器，z4 dc電機(jī)由一個dc調(diào)速裝置組成，由dc調(diào)速裝置進(jìn)行高效、精確的機(jī)床主軸控制，并給出了電氣原理圖和說明。該設(shè)計控制簡單，實現(xiàn)功能強(qiáng)大，調(diào)速范圍寬，扭矩高，過載能力強(qiáng)?？捎糜谥匦土⑹杰嚧?，提高重型立式車床主軸控制精度，從而保證加工精度。關(guān)鍵詞：數(shù)控立式車床；dc速度控制；可編程序控制器內(nèi)容第1章引言-1。1.1主題背景-1

3、。1.2數(shù)控立式車床主軸控制裝置的發(fā)展現(xiàn)狀-11.3研究的主要內(nèi)容-2第二章數(shù)控立式車床主軸控制裝置的硬件設(shè)計-32.1選項選擇-3。2.1.1方案二交流調(diào)速-42.1.2方案二dc速度調(diào)節(jié)-42.2選項選擇-5。2.3可編程邏輯控制器接口設(shè)計-62.3.1可編程控制器的選擇-62.3.2可編程控制器接口電路的設(shè)計和功能-72.4數(shù)控立式車床9主軸轉(zhuǎn)速控制裝置的設(shè)計2.4.1主軸電機(jī)的選擇-9。2.4.2數(shù)控立式車床-10主軸控制裝置的設(shè)計2.5速度環(huán)-13。2.6緊急停止按鈕的設(shè)計-142.7調(diào)速裝置參數(shù)設(shè)置-162.7.1簡單操作控制面板(pum)-162.7.2舒適操作控制面板(op1s

4、)-17第三章數(shù)控立式車床主軸控制軟件設(shè)計-20結(jié)論：-。參考文獻(xiàn)：- 23。謝謝你。附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄-附錄。1程序流程圖-25。第一章導(dǎo)言1.1主題背景數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于世界各地的制造業(yè)，以提高制造能力和生產(chǎn)水平，提高競爭力和對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平及其在金屬切削機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量中所占的比例，是衡量一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標(biāo)志之一。數(shù)控立式車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的地位。幾十年來，它得到了世界

5、各國的廣泛重視和迅速發(fā)展。主軸控制是數(shù)控立式車床的重要組成部分，在提高加工效率、擴(kuò)大加工材料范圍和提高加工質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。機(jī)床主軸控制已經(jīng)從手動控制發(fā)展到自動控制，從簡單的控制設(shè)備發(fā)展到復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從接觸式繼電器-接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展到以計算機(jī)為中心的軟件控制系統(tǒng)。隨著零件的不斷更新和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及計算機(jī)、自動控制、電子技術(shù)和精密測量等先進(jìn)科技成果的綜合應(yīng)用，機(jī)床主軸控制技術(shù)發(fā)展迅速。1.2數(shù)控立式車床主軸控制裝置發(fā)展現(xiàn)狀數(shù)控機(jī)床主軸控制裝置主要由控制系統(tǒng)和調(diào)速裝置組成。數(shù)控機(jī)床是制造設(shè)備的設(shè)備，被稱為“工作機(jī)床”；數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”和核心，機(jī)床的各種功能都是由數(shù)控

6、系統(tǒng)控制和實現(xiàn)的。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)制造業(yè)已經(jīng)開始發(fā)生根本性的變化。所有發(fā)達(dá)國家都在現(xiàn)代制造技術(shù)的研發(fā)上投入巨資，并提出了新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)控技術(shù)，它集計算機(jī)、微電子、自動檢測、信息處理、自動控制等高科技于一體，具有高效、高精度、柔性自動化等特點。它在實現(xiàn)制造業(yè)的柔性自動化、智能化和集成化方面發(fā)揮著重要作用。目前，數(shù)控技術(shù)正經(jīng)歷著巨大的變革，從特殊的閉環(huán)控制模式向一般的開環(huán)實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式轉(zhuǎn)變。在集成的基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超小型化和超薄化；數(shù)控系統(tǒng)以智能為基礎(chǔ)，集成計算機(jī)、多媒體、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等多學(xué)科技術(shù)，實現(xiàn)高精度、高效率、高速控制，并能在

7、加工過程中自動校正、調(diào)整和補(bǔ)償各種參數(shù)，從而實現(xiàn)在線診斷和智能故障處理。近年來，電力電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，將交流電機(jī)的調(diào)速和控制提高到了一個新的水平。國內(nèi)外都非常重視交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)的開發(fā)和研究。大功率交流傳動控制的研究得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。近年來，諧振逆變器在世界范圍內(nèi)被引入，它使開關(guān)元件在零電流或零電壓下導(dǎo)通或關(guān)斷，降低初始損耗，減小環(huán)路體積。最大功率已達(dá)到100千瓦。由于其優(yōu)越的可控性和高性能的調(diào)速特性，dc調(diào)速廣泛應(yīng)用于機(jī)床主軸，尤其是大型和重型機(jī)床主軸。dc調(diào)速具有調(diào)速平穩(wěn)方便、大范圍內(nèi)容易平穩(wěn)調(diào)速、過載能力大、沖擊負(fù)荷頻

8、繁、頻繁無級快速制動和反轉(zhuǎn)的優(yōu)點。它能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中各種特殊的操作要求。因此，dc調(diào)速系統(tǒng)仍然廣泛應(yīng)用于對自動化控制要求高的各個生產(chǎn)部門，是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。1.3研究的主要內(nèi)容本課題要求設(shè)計數(shù)控立式車床的主軸控制裝置，實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的精確控制。主軸控制有兩種控制方式：手動控制和自動控制(程序?qū)崿F(xiàn))。手動操作包括主軸的啟動、停止、點動和長時間運(yùn)動。有緊急停止按鈕。主軸的速度控制采用dc調(diào)速裝置配合可編程控制器。它可以在600-3000轉(zhuǎn)/分鐘的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。繪制控制電源原理圖、調(diào)速裝置接線圖、可編程控制器接口圖和操作面板接線圖。第二章是數(shù)控立式車床主軸控制裝置的硬件設(shè)計在數(shù)控立式車

9、床的主軸控制中，主要是主軸電機(jī)速度的控制方式，控制電機(jī)速度變化的方法有很多。這里有兩種常用的調(diào)速方案，比較一下，它們比本設(shè)計的調(diào)速方案優(yōu)越。2.1方案選擇2.1.1方案2交流調(diào)速交流電機(jī)靜態(tài)變壓變頻系統(tǒng)主要由主電路和控制電路組成。對于異步電動機(jī)，工業(yè)生產(chǎn)中使用的變頻器可分為交流-dc-交流電壓源型spwm變頻器和交流-dc-交流電流源型spwm變頻器。其主電路采用不可控整流和spwm逆變器，輸出電壓波形接近正弦波。如圖2-1所示，變頻器主電路中的中間dc環(huán)節(jié)采用大電容濾波。由于采用spwm控制，其輸出電壓波形接近正弦波。電壓源變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路由兩個功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)組成，一個整流橋和一個逆變

10、橋，整流橋是由二極管組成的三相橋式不可控電路。電壓調(diào)節(jié)和頻率調(diào)制由逆變器完成，給定值來自同一個給定環(huán)節(jié)。圖2-1電壓源逆變器主電路及spwm控制框圖該系統(tǒng)采用spwm控制技術(shù)實現(xiàn)變壓變頻控制，通過改變igbt占空比(脈寬)來控制交流電壓逆變器的輸出，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。輸出頻率可以通過控制逆變橋的占空比來實現(xiàn)。交流調(diào)速，價格低廉，維護(hù)簡單，維護(hù)成本低。交流變頻調(diào)速已經(jīng)足夠，發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍越來越廣。2.1.2方案2 dc速度調(diào)節(jié)隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字控制系統(tǒng)正逐漸取代過去的模擬控制系統(tǒng)。在微機(jī)全數(shù)字dc調(diào)速裝置中，各種調(diào)節(jié)和控制功能都可以在軟件的支持下方便地實現(xiàn)，而不需要改變硬件或做很

11、小的改動。因此，通用全數(shù)字dc調(diào)速裝置的應(yīng)用靈活性和可靠性明顯優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)。目前，德國西門子公司生產(chǎn)的6ra70系列通用全數(shù)字dc調(diào)速裝置在中國廣泛使用。dc電機(jī)的調(diào)速不需要其他設(shè)備的配合，但可以通過改變輸入電壓/電流或勵磁電壓/電流來調(diào)節(jié)。dc調(diào)速裝置采用德國西門子6ra70 dc調(diào)速裝置控制dc電機(jī)的調(diào)速，調(diào)速方式分為變電樞端電壓調(diào)速和變磁通調(diào)速。dc電機(jī)采用獨(dú)立勵磁方式。單獨(dú)勵磁dc電機(jī)的電路原理圖如圖2-2所示。在圖中，電樞電路與附加電阻串聯(lián)，電樞內(nèi)阻ra是此時電樞電路的總電阻。(2-1)圖2-2獨(dú)立勵磁dc電機(jī)電路原理圖從圖2-2可以看出，dc電機(jī)的電壓平衡方程為u型為電源電壓，單位為v