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中北大学信息商务学院课程设计说明书

中北大学 信息商务学院

课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 王亚东 学 号： 10020141X16 院 系： 机械自动化系 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 数控技术课程设计 ——基于PLC的数控铣床主轴

控制系统设计

指导教师： 马维金 职称: 教授

刘丽娟 职称: 讲师

2014年1月9日

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目 录

一．概述 ......................................................................................................................................... 3

1.1 数控技术课程设计的目的 ........................................................................................... 3 1.2 原始数据和设计要求 ..................................................................................................... 3 二. 主轴伺服电机的选择 ........................................................................................................... 4

2.1伺服电机类型选择 .......................................................................................................... 4 2.2伺服电机的型号选择 ...................................................................................................... 4 2.3伺服电机的技术参数 ...................................................................................................... 5 三． 电路接线图和电器件清单 ................................................................................................... 7

3.1启动停止、正反转的控制 .............................................................................................. 7 3.2电路接线图 ...................................................................................................................... 7 3.3电器件清单 ...................................................................................................................... 8 四． PLC选择和控制程序的设计 ................................................................................................ 8

4.1PLC的选型 ........................................................................................................................ 8 4.2控制程序T形图 .............................................................................................................. 8 4.3控制程序的设计 ............................................................................................................ 11 五．总结 ....................................................................................................................................... 13 六．参考文献 ............................................................................................................................... 14

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一．概述

数控铣床主轴控制系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应该对主轴传动系统的转速（速度）及变速范围和启动停、正反转、加减速和位置进行有效地控制。

1.1 数控技术课程设计的目的

通过本课程设计的训练，使学生在学完机床数控技术及相应的机床电器及PLC等课程之后，能够运用所学的知识独立完成数控车、数控铣和加工中心的进给系统的自动控制系统设计，从而使学生进一步加深和巩固对所学知识的理解和掌握，并提高学生的实际操作能力。

1．运用所学的理论知识，进行数控系统设计的初步训练，培养学生的综合设计能力； 2．掌握交流进给伺服驱动的原理和控制方法；

3．掌握PLC控制系统设计的基本技能，具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；

4．基本掌握编写技术文件的能力。

1.2 原始数据和设计要求

对于数控铣床，设计主轴驱动系统，由交流伺服电机实现，完成其选型计算，要求两轴联动，实现插补运算，并设计其启动停止、正反转、加减速和位置控制系统，数控系统的脉冲当量为0.01rad/脉冲。

1 设计任务

（1）主轴交流伺服电机6kw选型； （2）PLC采用三菱FX系列，设计控制程序 2 设计工作量要求：

（1）电路接线图和电器件清单；

（2）控制程序T形图及其对应的程序清单； （3）编写课程设计说明书一份。

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二. 主轴伺服电机的选择

2.1伺服电机类型选择

伺服电机是伺服系统的关键部件，接受控制系统发来的进给指令信号，并将其转变位角位移或直线位移，以驱动数控机床的进给部件实现所要求的运动伺服电机应满足：

（1）调速范围宽 调速范围指数控机床要求驱动电动机能提供的最高转速与最低转速之比。

（2）精度高 电动机转速要均匀，稳定，无爬行，响应性能好。启动或升速时要很快达到稳定值；停止或减速时要很快准确的停下来。

（3）电动机的负载特性要好

（4）电动机的结构简单，制造容易，成本低，使用维修简单

而对于主轴交流伺服电动机要求具有响应迅速、精度和效率高、负载能力强、控制性能优越等特点。还要求其具有以下控制功能：

（1） 主轴与进给的同步控制 （2） 准停控制 （3） 角度分度控制 （4） 恒速度控制

根据《机床数控技术》知，主轴驱动系统中一般使用交流异步（感应）伺服电动机，这种电机具有结构简单，制造容量大等特点。在交流异步伺服电机中从结构上分忧带换向器和不带换向器的两种，选用不带换向器的三相感应电动机。要实现位置控制和速度控制。在此，主轴伺服电机的类型选择：

交流感应异步伺服电动机

2.2伺服电机的型号选择

根据主轴交流伺服电机的功率为6kw，及要实现其启动停止、正反转、加减速和位置控制系统，则主轴电动机控制要有模拟接口（输出模拟电压，实现速度和位置控制）和串行口（二进制数据串行传送，实现加减速控制），而串行口只能用FANUC主轴驱动器及其系列的主轴电动机。由《数控技术课程设计》，查表2-47FANUC 系列交流伺服电动机的技术参数，选择交流伺服电机的型号是：

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FANUC α40/3000i 2.3伺服电机的技术参数

1 物理参数

额定功率 /kw 6.0 2 尺寸参数 外形型号 A Ⅲ C D E F 外形尺寸/mm G H I J K L M 额定力矩 /(N.M) 38 最高转速/(r/min) 3000 转动惯量/(kg.m20 0.022 质量 /kg 51 174 105 200 102 363 424 114.3 13.5 32 90 31 413

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