《基于PLC的数控机床的应用设计(共67页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的数控机床的应用设计(共67页).doc（67页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上南京工程高等职业学校五年制高职毕业设计姓 名： 武陈 学 号： 系 部： 电子工程系 专 业： 电气自动化技术 设计题目： 基于PLC的数控机床的应用设计 指导教师： 魏小林 职 称： 副教授 年 月 日摘 要中国是一个机械制造大国，但由于技术和资金等方面限制其装备水平却较落后，在现有条件下用现代化技术对旧的设备进行技术改造和提升是我国制造业发展的一个方向。本文作者针对已报废的 CA6140 普通废旧车床进行数控化设计及实现，其意义在于寻找一种可行的、具有推广价值的设备改造方法，可解决目前设备老化所带来的问题。本文介绍了用广州数控系统对 CA6140 普通车床的改造设
2、计方法，重点阐述了机械改造、机床电气设计、PLC 控制及间隙补偿等几个方面的内容。利用广州数控系统对 CA6140 车床改造后，与以前相比，该机床的操作更加方便，大大降低了劳动者的劳动强度，提高了生产效率，并经测试，其各项技术指标均已达到工业标准，系统运行平稳。关键词：车床，数字化设计，机械改造专心-专注-专业目 录第一章 绪论 1 1.1 本文选题背景及意义 1 1.2 对机床的认识 1 1.3 机床改造意义 2 1.4 改造的总体方案设计 2 第二章 机床的机械结构改造 4 2.1 主轴系统的改造 4 2.2 进给系统的改造 4 2.3 导轨的改造 7 2.4 刀架的改造 10 2.5 安
3、全防护装置 11 第三章 机床的电气改造 12 3.1 数控系统的选择 12 3.2 数控系统电气控制线的连接 12 3.2.1 系统的安装 12 3.2.2 系统的连接14 3.3 数控系统内部总线上数据信息的传输 15 3.3.1 与驱动器的连接 15 3.3.2 与主轴编码器的连接 17 3.3.3 与手轮的连接 18 3.3.4 与变频器的连接 19 3.3.5 系统与 PC 机的连接 20 3.3.6 与电源接口的连接 20 3.3.7 I/O 接口定义 21 3.4 数控系统与进给控制模块间信息传输 23 3.5 数控系统与输入输出模块间信息传输 23 3.5.1 变频调速的特点及
4、基本原理 24 3.5.2 变频器 25第四章 PLC 的控制原理及程序设计 27 4.1 PLC 的基本结构及工作原理 27 4.2 PLC 在数控机床控制中的应用 284.3 CNC 加工代码在 PLC 上的实现方法 30 4.3.1 T 功能代码的实现方法314.3.2 M 功能代码的实现方法31第五章 机床的加工精度检验及间隙补偿 32 5.1 影响加工精度的因素 32 5.1.1 静态误差32 5.1.2 动态误差38 5.2 加工精度的提高 39第六章 机床的验收与性能比较 45 6.1 引言 45 6.2 外观检查 45 6.3 机床性能与数控功能的验收 45 6.3.1 机床性
5、能的验收 45 6.3.2 数控功能的验收 45 6.4 改造后机床的精度验收 46 6.4.1 机床几何精度的检验 46 6.4.2 机床定位精度的检验 48 6.4.3 机床切削精度的检验 48第七章结论与展望50 7.1 结论 50 7.2 后续工作展望 50参考文献 51致 谢 53第一章绪论1.1 本文选题背景及意义工业发达国家在上个世纪 70 年代末、80 年代初已开始大规模应用数控机床，目前数控技术已经成为制造业自动化的核心技术，同时机床数控化也是推行 CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。当前，衡量一个国家机械
6、制造业现代化水平的一个重要指标是数控化机床的比重(数控率)。发达国家机床拥有量和数控化率有的己高达 30%以上，我国仅为 2.8%(包括以单板机和步进电机为特征的经济型数控机床)，和发达国家相比，差了一个数量级。如果我们要赶上国外对手，仅仅依靠添置新的数控机床，是我们发展中国家的财力所不能承受的。在美国、日本和德国等发达国家，机床的改造与翻新是近期发展起来的一个新兴产业，已经形成了一定的规模和市场。在美国，机床改造业称为机床再生(Remanufacturing)业，有 Bertsche、ayton、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、US 设备公司等；在日本，机床改造业称为机床改装
7、(Retrofitting)业，从事改造业的公司有大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。根据国际该行业的记载，即使将原机床的结构性能进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床 60%左右的价格，显著的经济效益是机床大修及数控化改造行业的发展动力。机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代，我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新行业。我国虽已跻身机床生产大国行列，但要实现“十一五”期末成为机床生产强国的目标仍任重道远。在我国，大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床，而且约有半数以上是役龄在 10 年以上的
8、旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长等缺点，从而在国际、国内市场缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场和效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。然而，从目前企业面临的情况看，数控机床价格昂贵，一次性投资较大，使有些企业难以承担。为此投入少、收效大的机床数控化改造是提高机床数控化率的捷径和有效手段，符合中国的国情。1.2 对机床的认识CA6140 车床是我国制造业使用比较普遍的机床，该机床加工范围宽，可以实现轴类、套类、圆锥面、成型面、螺纹和较复杂工件的加工，能适应较大的切削力，加工工件的精度也较高。但是该类机床在我国使用时间大多
9、数已经超过十年，一些机床的精度及性能已远远达不到需要，有些甚至被闲置。重新大修后也达不到使用要求，而且操作者劳动强度比较大，生产效率低，不适合现代化生产的要求。1.3 机床改造意义数控机床在机械制造业中日益被广泛应用，与普通机床相比具有以下优点：（l）加工适应性强，可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件，为多品种小批量的生产和新产品的研制提供了有利的条件。（2）加工精度高，质量好，加工质量稳定。（3）加工生产效率高、经济效益好。（4）工序集中，可实现一机多用。（5）可实现加工自动化，操作简单，减轻了操作者的劳动强度。（6）有利于生产管理的现代化。数控机床有着普通机床所没有的诸多优
10、点，已逐步代替了普通机床在机械制造业的主导地位，为提高生产效率和保证零件加工质量提供了有利的保障。对机床进行数控改造还有助于促进工人去适应现代制造业的飞速发展。可以通过改造后的机床，了解数控机床的构成及工作原理，掌握数控加工方法。这对于提高工人素质，提高企业形象以及在市场中的竞争能力都起到积极作用。改造后的车床应达到以下基本要求:（1）提高原机床加工工件时所能达到的精度。（2）能实现工件加工的自动循环要求，缩短辅助时间，提高加工效率。（3）保持车床所具有的一切加工性能，即具有加工内、外圆柱面、曲面、端平面，内、外圆锥面及公制、英制螺纹等的能力及其他复杂型面的加工。（4）根据表面粗糙度的要求，允
11、许机床在同一工作循环中采用高速精加工操作。（5）控制系统可靠，拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能。（6）车床总体造型要美观、大方。1.4 改造的总体方案设计查看原车床及有关资料，并且参照数控车床的改造经验，确定总体方案为：恢复机床原功能，对机床存在故障的部分进行诊断并恢复；对机床的改造部位是：拆掉手动刀架和小拖板装上数控刀架；拆掉普通丝杠、光杠、进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；拆掉主轴箱并在主轴后端装上光电编码器，供加工螺纹使用。数控系统选用国产广州数控系统。驱动系统的设计，主轴系统采用交流伺服电机驱动，需要实现无级调速，且调速范围宽，并需要数控制动停车装置。进给系统由交流伺服
12、电机驱动滚珠丝杠副实现进给运动，纵向（Z 向）脉冲当量为 0.001mm/脉冲，横向（X 向）脉冲当量为 0.0005mm/脉冲。改造后的机床应具有以下特点： 具有足够的刚度与强度； 可以实现各种复杂型面的加工； 有高的定位精度和重复定位精度； 生产效率高； 减轻劳动强度，改善劳动条件； 改造后的机床外形将类似于国产经济型数控车床，整体较美观、大方。第二章机床的机械结构改造2.1 主轴系统的改造将原主轴箱内的齿轮和离合器以及挂轮等拆除，主轴箱仅仅用于支撑主轴，因此主轴不会受到热量和动力传递因素的影响，主轴是机床的重要部件，它应满足传递精度高，刚性好、旋转精度高、热变形小、噪声低等要求。主轴部件
13、改造后结构如图 2-1，前支撑采用双列圆柱滚子轴承和 60角接触双列球轴承，后支撑采用成对安装的角接触轴承。这样配置可以使主轴的综合刚度得到大幅度的提高。图 2-1 主轴组件在主轴前端安装主轴脉冲编码器及编码器支架，通过同步带轮带动脉冲编码器与主轴同步运动。加工螺纹或丝杠时, 为保证主轴每转一转, 刀具准确移动一个导程,须配置主轴脉冲发生器作为主轴位置信号的反馈元件。主轴脉冲发生器安装时须注意: 小心轻放, 不能有较大的冲击和振动, 以防损坏光栅盘。 车床主轴的转速必须小于主轴脉冲发生器的最高允许转速, 以免损坏编码器。2.2 进给系统的改造一、数控机床对进给传动系统的要求有：1、摩擦阻力小；
14、2、运动惯量小；3、无间隙传动，高的传动精度与定位精度；4、宽调速范围，响应速度要快；5、稳定性好，使用维护方便，寿命长。对 CA6140 车床的进给系统改造时应将机床的进给箱、溜板箱、丝杠、光杠、滑板及刀架全部拆除，只保留溜板。横、纵向进给由固定在床身上的交流伺服电机驱动，经联轴器与滚珠丝杠螺母副连接，带动溜板运动而实现进给运动。滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动相互转换的传动装置。滚珠丝杠螺母副的结构原理示意图如图 2-2 所示：图 2-2 滚珠丝杠螺母副的结构原理图1-螺母 2-滚珠 3-丝杠 -滚珠回路管道在丝杠 3 和螺母 1 上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的
15、螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道 a，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠 2。当丝杠旋转时，丝杠在滚道内既自转又沿滚道循环转动，因而迫使螺母(或丝杠)轴向移动。二、滚珠丝杠螺母的特点1、传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠螺母副的传动效率=0.920.96,比常规的丝杠螺母副提高 34 倍。因此功率消耗只是常规丝杠螺母副的 1/41/3。2、给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。3、运动平稳，无爬行现象，传动精度高。4、有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动
16、件。5、磨损小，使用寿命长。6、但是制造工艺复杂，不能自锁。三、滚珠丝杠螺母副的预紧和滚珠丝杠的预拉伸由于制造和装配的误差，滚珠丝杠副总是存在间隙，同时，滚珠丝杠在轴向载荷的作用下，滚珠和螺纹滚道接触部位会产生弹性变形。因此在反向转动时，就会产生空程误差，从而降低了滚珠丝杠副的轴向刚度，影响传动精度。通常采用施加预紧力的方法来提高滚珠丝杠的轴向刚度，这样可以消除丝杠、滚珠和螺母之间的间隙，可以将整个丝杠螺母副的弹性变形量减少到最小，从而提高滚珠丝杠副的刚度。如图 2-3 所示，表示施加了预紧力的滚珠丝杠副与没有施加预紧力的滚珠丝杠副的弹性变形曲线，曲线 1 表示无预紧，曲线 2 表示预加载荷。
17、根据这个曲线图可知，当施加的载荷恰好为预紧力的 3 倍时，预紧的滚珠丝杠的刚度是没有预紧的滚珠丝杠的刚度的 2 倍。而弹性变形量是没有预紧的滚珠丝杠的 1/2。滚珠丝杠螺母副的预紧一般采用各种形式的双螺母机构和带预紧的滚珠丝杠螺母副，把弹性变形量控制在最小限度内。对于不同形式的螺母结构，采用的预紧方式也不同。下面主要介绍双螺母预紧时的方法，应用此结构时应注意预紧力不能太大，否则会使驱动力矩大，位移效率降低和寿命缩短。用双螺母消除间隙时，有三种方法:(l)垫片调隙式。通常用螺钉连接滚珠丝杠副两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片，通过调整垫片的厚度，使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预紧力的目的
18、。这种结构简单，可靠性好，刚度好及装卸方便，但调整较复杂，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片。(2)螺纹调隙式。双螺母中一个螺母的外端有凸缘而另一个没有凸缘而制有螺纹，它伸出套筒外，并用两个圆螺母固定着。旋转圆螺母时，即可消除间隙，并可产生预紧力。调整好后，再用另一个圆螺母把它锁紧。其结构紧凑，调整方便，故应用广泛，但不是很精确。(3)齿差调隙式。在两个螺母的凸缘上分别有圆柱齿轮，两者相差一个齿，装入内齿圈中，内齿圈用螺钉或定位销固定在套筒上。调整时，先取下两端的内齿圈，当两个滚珠螺母相对于套筒同方向转动相同齿数时，一个滚珠螺母相对于另一个滚珠螺母产生相对角位移，从而使滚珠螺母相
19、对于滚珠丝杠副的螺旋滚道产生相对位移，达到消除间隙并施加预紧力的目的。结构尺寸大，装配比较复杂，使用于高精度的传动机构。比较几种结构，本机床采用螺纹调隙方式。2.3 导轨的改造一、导轨精度对机床精度的影响床身导轨面是测量机床各项几何精度和反映加工精度的基准面，导轨的精度直接影响机床的精度,对被加工零件的精度也起着决定性作用。床身导轨的精度包括导轨的导向精度、刚度等。(1) 导轨的导向精度主要是指导轨运动轨迹的精确度。影响导向精度的因素包括导轨的几何精度和接触精度、导轨的结构形式、导轨及其支承件的刚度和热变形、静(动)压导轨副之间的油膜厚度及其刚度等。(2) 导轨的刚度包括导轨的自身刚度和接触刚
20、度,它表示导轨受载后抵抗变形的能力,是导轨工作质量的重要指标。若导轨变形过大,则刚度很差,这不仅严重破坏导轨的导向精度和影响各部件之间的相对位置,还会使工作条件恶化,导轨上的比压分布不均,加剧导轨的磨损。尤其在机床低速运行时,则伴随有振动出现,此时还要求导轨要有良好的阻尼特性,以抑制和衰减振动,减少被加工表面的波纹度和振纹。二、床身导轨磨损导轨磨损后,导轨面的形状精度就会下降,使机床的一些几何精度项目受到直接影响，必然影响工件的尺寸公差、形状误差和位置误差及表面粗糙度。1) 导轨在水平面内的直线度超差,导轨面磨损值。如图2-4所示,在导轨全长上不均匀地磨损值(导轨面磨损值) ,加工轴类零件时,
21、直线度误差1直接影响工件直径的误差,使工件直径增大了21。 图2-4 导轨在水平面内的直线度误差对工件的影响(2) V型导轨与平导轨的磨损量不等,使溜板移动时产生倾斜误差。如图2-5所示,由于V型导轨与平导轨的磨损量不等,使刀具绕顺时针方向偏转角,造成工件上的半径误差2。 图2-5 导轨的倾斜对工件的影响(3) 导轨在垂直平面内的直线度超差。如图2-6所示,由于导轨在全长上的磨损不均匀而产生垂直平面内的直线度误差,将使溜板运动出现升降,刀具的高度位置就发生变化,反映在工件上的半径误差3。图2-6 导轨在垂直面内的直线度误差对工件的影响实践证明,上述3种情况中,在精加工长轴类零件时,以第1种情况
22、对加工精度影响最大。在综合影响方面,以第2种情况的磨损对圆柱工件精度影响最大,而以第3种情况的影响为最弱,有时可忽略不计。2、床身导轨磨损类型造成床身导轨磨损的原因是多方面的。(1) 磨粒磨损。溜板在导轨面上移动时,两表面之间产生相对滑动,由于细微的铁屑落入滑动表面之间而产生的磨损就属于磨粒磨损。磨粒磨损不可避免,只能设法尽量减少。(2) 粘着磨损。粘着磨损是指相对滑动的两个表面相互咬啮造成的磨损,其磨损的特点是出现咬裂痕迹(即擦伤) ，严重的粘着磨损容易使2个导轨面无法运动。一般情况下,磨粒磨损是产生粘着磨损的原因,粘着磨损反过来又会加剧磨粒磨损。(3) 腐蚀磨损。腐蚀磨损与环境、温度、滑动
23、速度、载荷和润滑条件有关,相互关系极为复杂。防止腐蚀磨损应从选材(如用不锈钢和耐蚀合金等) 、表面保护处理、降低表面工作温度和选择适当的润滑剂等入手。3、降低导轨磨损速度的措施导轨的磨损是可控而不可除的。在实际导轨工作中,各种磨损会同时出现,只是随着各种因素的影响,其中某一种磨损会慢慢地更突出一些。因此,需根据主要的磨损形式提出降低导轨磨损速度的措施。(1) 改变摩擦形式。采用滚动摩擦代替滑动摩擦的导轨结构,在正常使用条件下,磨损速度会降低。因此,在一些特殊的机床中,宜采用滚动导轨来提高其耐磨性。(2) 改变滑动摩擦的规范。通过增加润滑油层的厚度,使干摩擦变为混合摩擦或液体摩擦,从而使磨损速度
24、显著降低。(3) 改善油的性能。采用具有表面活性添加剂的润滑油(如导轨防爬油) ,可提高承载能力和寿命。如对重载部件采用具有含硫、氯、磷及其它元素的化学作用添加剂的抗擦伤润滑油可有效防止摩擦副粘合。(4) 提高摩擦副材料的硬度和韧性。对于在磨粒磨损条件下工作的导轨,提高导轨材料的硬度是提高其耐磨性的方向。用整体或表面热处理、化学处理、敷以耐磨镀层、堆焊耐磨材料等方法,都可提高导轨材料的耐磨性,降低导轨的磨损速度。(5) 用彼此不易粘合的材料制作导轨副。比如用塑料-金属副导轨、塑性金属-脆性金属副等,在工作时因材质特性差异,比较难粘合而降低粘着磨损速度,若通过淬火以降低金属的塑性,则效果会更佳。
25、(6) 保证摩擦压力均匀分布。在结构设计时,应考虑零部件压力均匀分布,无局部高压或倾斜重压出现。为节约成本，我们采用原导轨，将原导轨重磨，重磨后导轨面的平面度为0.015mm，长度方向直线度为 0.01mm，侧导向面的直线度为 0.015mm，侧导向面之间的平行度为 0.014mm，侧导向面对导轨底面的垂直度为 0.01mm，然后在导轨上贴上 Turcite-B 塑料软带，使贴塑导轨具有以下工作特性：1、摩擦因数低，其动、静摩擦因数相近，运动平稳性和爬行性能好。2、具有良好的自润滑性，在断油或干摩擦下也不致拉伤导轨面，耐磨性好。3、吸振性好，具有良好的阻尼性。4、化学稳定性好，耐磨、耐低温、耐
26、强酸、耐碱、强氧化剂及各种有机溶剂。5、维护修理方便，软带耐磨，损坏后更换容易。6、经济性好，结构简单，成本低。2.4 刀架的改造选用 WZD4 四方位电动刀架，如图 2-7 所示。该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定，当换刀指令发出后，电动机 1 起动正转，通过联轴器 2使蜗杆轴转动，从而带动蜗轮丝杠 4 转动。刀架体 7 内孔加工有内螺纹，与蜗杆丝杠旋合，当蜗轮开始转动时，由于在刀架底座 5 和刀架体 7 上的端面齿处在啮合状态，且蜗轮丝杠轴向固定，这时刀架体抬起，当抬至一定距离后，端面齿脱开，转位套 9 用销钉与蜗轮丝杠 4 联接，随着蜗轮丝杠一起转动，当端面齿完全脱开，
27、转位套正好转过 160，球头销 8 在弹簧力的作用下进入转位套 9 的槽中，带动刀位体转位。刀位体转动时带着电刷座 10 转动，当转到程序指定的刀号时，定位销 15在弹簧的作用下进入粗定位盘 6 的槽中进行粗定位，同时电刷 13，14 接触导通，使电动机反转，由于粗定位槽的限制，刀位体 7 和刀架底座 5 上的端面齿啮合，实现精确定位。电动机继续反转，此时蜗轮停止转动，蜗杠轴 3 继续转动，随夹紧力增加，转矩不断增大，达到一定值时，在传感器的控制下，电动机停止转动，译码装置由发信体 11、电刷 13、14 组成，电刷 13 负责发信，电刷 14 负责位置判断，刀架不定期会出现过位或不到位时，可
28、松开螺母 12 调好发信体 11 与电刷 14 的相对的位置。图 2-7 数控车床四方刀架结构1-电动机 2-联轴器 3-蜗杆轴 4-蜗轮丝杠 5-刀架底座 6-粗定位盘 7-刀架体8-球头销 9-转位套 10-电刷座 11-发信体 12-螺母 13、14-电刷 15-粗定位销电动刀架的安装较为方便, 安装时须注意以下两点:电动刀架的两侧面与原车床纵、横向的进给方向平行。电动刀架与系统的连线在安装时应合理, 以免加工时切屑、冷却液及其它杂物磕碰电动刀架连线。2.5 安全防护装置由于滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑进入，因此暴露在外边的丝杠采用防护罩以防尘埃和磨粒黏附到丝杠表面上
29、，防护装置一般采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套筒以及折叠式塑料或人造革等形式，滚珠丝杠采用钢带缠绕式，它与导轨的防护罩相似，一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支撑座上。为保障操作者的安全，在数控机床上安装了防护门，防护门采用推拉式，防护玻璃采用亚克力材料，操作者可以很清楚的看到整个加工过程，操作方便安全。第三章 机床的电气改造3.1 数控系统的选择机床的数控系统(CNC 系统)是数控机床的核心，随着机床数控技术的不断发展与进步，提高了数控机床的整体性能，尤其是它的加工精度和生产效率提高得更为显著。目前市场上流行的数控系统多种多样，在我国应用比较广泛的有日本 FANUC 系统、德国的
30、 SIEMENS 系统，此外我国的系统功能也日益完善，国产系统的代表有广州数控、华中数控等等。经考证，广州数控性价比较高，界面友好，操作方便，符合学校教学要求，因此我们采用了 GSK980TD 系统，作为经济型数控系统的升级换代产品，其具有以下技术特点：（1） 采用先进的插补技术，实现高速m 级控制；（2） 集成度高，整机工艺结构合理，可靠性高；（3） 液晶（LCD）中文显示，全屏幕编辑界面、操作方便易用；（4） 内嵌 PLC 系统，可按使用需求变更 I/O 控制逻辑；（5） 加减速可调，可配套伺服驱动器；（6） 可变电子齿轮比，应用方便。3.2 数控系统电气控制线的连接3.2.1 系统的安装
31、增加一个电控柜，根据改造后的电气原理图，设计制作电控柜，图中原有元器件仍放置在原柜中，按电气原理图做必要的改动，该电控柜除放置数控系统和伺服系统外，还必须具有接管原电控柜部分功能的能力。两柜之利用电缆进行传输。电柜必须能够有效地防止灰尘、冷却液及有机溶液的进入。设计电柜时，系统后盖和机箱的距离不小于 20cm，需考虑当电柜内的温度上升时，必须保证柜内和柜外的温差不超过 10。电柜必须安装风扇以保证内外空气流通，显示面板必须安装在冷却液不能喷射到的地方，设计电柜时，还必须考虑要尽量降低外部电气干扰，防止干扰向系统传送。系统在设计时已经采取了屏蔽空间电磁辐射、吸收冲击电流、滤除电源杂波等稳定工作，
32、在系统安装连接时有必要采取以下措施：1、CNC 要远离产生干扰的设备（如变频器、交流接触器、静电发生器、高压发生器以及动力线路的分段装置等）。2、要通过隔离变压器给系统供电，安装系统的机床必须接地，CNC 和驱动器必须从接地点连接独立的地线。3、抑制干扰：在交流线圈两端并联 RC 回路（0.01F，100200，如图 3-1），RC 回路安装时要尽可能靠近感性负载；在直流线圈的两端反向并联续流二极管（如图 3-2）；在交流电机的绕组端并接浪涌吸收器（如图 3-3）。抗干扰措施，可以在一定程度上防止外部干扰源对系统本身的影响。为了确保系统 图 3-1 RC 回路 图 3-2 并联二极管 图 3-
33、3 接浪涌吸收器4、CNC 的引出电缆采用绞合屏蔽电缆或屏蔽电缆，电缆的屏蔽层在系统侧采取单端接地，信号线应尽可能短。5、为减小 CNC 信号电缆间以及与强电电缆间的相互干扰，布线时应遵循以下原则：3.2.2 系统连接一、 系统后盖接口布局图 3-4 系统后盖接线布局二、 接口说明l 电源盒：采用 GSK-PB 电源盒，提供+5V、+24V、+12V、-12V、GND 电源l 滤波器（选配）：输入端为交流 220V 电源输入，PE 端接地，输出端GSK-PB电源盒的 L、N 端l XS30、XS33、XS31：15 芯 D 型孔插座，连接 X、Y、Z 轴驱动器l XS32：15 芯 D 型孔插
34、座，连接主轴编码器l XS36：9 芯 D 型孔插座，连接 PC 机 RS232 接口l XS37：9 芯 D 型针插座，连接变频器l XS38：9 芯 D 型针插座，连接手轮l XS39：25 芯 D 型孔插座，系统接收机床信号的接口l XS40：25 芯 D 型针插座，系统信号输出到机床的接口l XS41：25 芯 D 型针插座，扩展输入信号的接口l XS42：25 芯 D 型孔插座，扩展输出信号的接口三、 总体连线图图 3-5 总体连线图3.3 数控系统内部总线上数据信息的传输3.3.1 与驱动器的连接一、 驱动接口定义图 3-6 XS30、XS31、X33 驱动接口注：n 代表 X、Y
35、 或 Z，“*”表示负逻辑，对于 I/O 信号，带“*”记的输入信号与+24V 接通时输入功能无效，与+24V 断开时输入功能有效；对于其它输出信号，带“*”记表示输出 0 电平有效。二、指令脉冲与方向信号nCP+，nCP-为脉冲信号，nDIR+，nDIR-为方向信号，这两组信号均为差分输出n 代表 X、Y 或 Z），外部使用 26LS32 连接，内部电路见下图：图 3-7 指令脉冲和方向信号电路三、驱动器报警信号 nDALM由系统参数 NO.009 的 Bit0、Bit1 位设定驱动器报警电平是低电平还是高电平。内部电路见图：四、系统准备好信号 nEN系统正常工作时 nEN 输出低电平，当系
36、统报警时，nEN 电平发生转换。内部接口电路见下图：五、设定信号*nSET*nSET 用于控制伺服输入禁止，提高 CNC 和驱动器之间的抗干扰能力，该信号在系统无脉冲信号输出时为高电平，有脉冲信号输出时为低电平。内部接口电路见图 3-10。六、零点信号 nPC机械回零时用电机编码器的旋转信号或接近开关信号等作为零点信号，内部连接电路见下图：注：上图的 PC 信号采用+24V 电平，如果驱动器输出的 PC 信号采用+5V 电平，则系统中电阻阻值 3K3 改为 470。七、 与驱动器的连接图 3-12 系统与驱动器连接3.3.2 与主轴编码器的连接一、主轴编码器接口定义3-13 XS32 编码器接
37、口二、信号说明本系统要求使用增量式编码器。*PCS/PCS、*PBS/PBS、*PAS/PAS 分别为编码器的 C 相、B 相、A相的差分输入信号，采用 26LS32 接收；*PAS/PAS、*PBS/PBS 为相差 90的正交方波，最高信号频率1MHz；内部连接电路如图 3-14：（图中 n=A、B、C）三、主轴编码器接口连接系统与主轴编码器的连接如下图所示，连接时采用双绞线。图 3-15 系统与编码器的连接3.3.3 与手轮的连接一、手轮接口定义图 3-16 XS38 手轮接口二、信号说明HA、HB 分别为手轮的 A 相、B 相输入信号。内部连接电路如下图所示：图 3-17 手轮信号电路三
38、、系统与手轮的连接图 3-18 系统与手轮的连接3.3.4 与变频器的连接一、模拟主轴接口定义图 3-19 XS37 模拟主轴接口二、信号说明模拟主轴接口 SVC 端可输出 0-10V 电压，信号内部电路见下图：图 3-20 SVC 信号电路三、变频器接口连接图 3-21 系统与变频器连接3.3.5 系统与 PC 机的连接一、通讯接口定义图 3-22 XS36 通讯接口二、通讯接口连接本系统可通过 RS232 接口与 PC 机进行通讯，系统与 PC 机的连接如下图：图 3-23 系统与 PC 机的连接3.3.6 电源接口连接本系统采用 GSK-PB 电源盒，共有四组电压：+5V（5A）、+12
39、V（1A）、-12V（1A）、+24V（2A），共用公共端 COM（0V）。产品出厂时，电源盒到系统 XS2 的连接已完成，用户只需要连接 220V 交流电源。外部连接如下图所示：图 3-24 电源盒的外部连接3.3.7 I/O 接口定义图 3-25 XS40 机床输入图 3-26 XS39 机床输出注 1：部分输入、输出接口可定义多种功能，在上表中用“/”表示；注 2：输出功能有效时，该输出信号与 0V 导通。输出功能无效时，该输出信号与0V 截止；注 3：输入功能有效时，该输入信号与+24V 导通。输入功能无效时，该信号与+24V截止。带“*”记的输入信号与+24V 导通时输入功能无效，与
40、+24V 截止时输入功能有效；注 4：+24V、0V 与系统配套电源盒的同名端子等效；注 5：T07、T08 输出口为复用输入口，主轴自动换挡功能及自动循环允许在输入设置为无效时，仍可作为 T07、T08 刀位输入口；扩展 I/O 接口定义XS41 扩展输入和 XS42 扩展输出为预留接口，各预留 16 个 I/O 接口。图 3-27 XS41 机床输入图 3-28 XS42 机床输出输入信号是指从机床到系统的信号，该输入信号与+24V 接通时，输入功能有效，该输入信号与+24V 断开时，输入功能无效；带“*”记的输入信号与+24V 接通时，输入功能无效，与+24V 断开时输入功能有效。输入信
41、号在机床侧的触点应满足下列条件：触点容量：DC30V、16mA 以上；开路时触点间的泄漏电流：1mA 以下；闭路时触点间的电压降：2V 以下（电流 8.5mA，包括电缆的电压降）输出信号用于驱动机床侧的继电器和指示灯，该输出信号与 0V 接通时，输出功能有效。与 0V 截止时输出功能无效，该输出信号；包括 S1S4、M3、M4、M5、M8、M10、M11、M32、TL-、TL+、UO0UO5、DOQPJ、DOQPS、SPZD 信号。除 TL-、TL+、SPZD 为脉冲信号（输出不保持）外，其它输出均为电平信号（输出保持），信号的公共端为24V。系统内用于输出信号的晶体管规格:输出有效时的最大负
42、载电流，包括瞬间电流在 200mA 以下；输出有效时的饱和电压，在 200mA 时最大为 1.6V，典型值为 1V；输出无效时的耐电压，包括瞬间电压在 28.8V以下；输出无效时的泄漏电流，在 100A 以下。3.4 数控系统与进给控制模块间信息传输该系统配用 STZ 系列交流永磁伺服电动机,伺服驱动装置为 DA98 交流伺服驱动装置,该装置采用数字信号处理器 DSP、大规模可编程门阵列 CPLD 和智能化功率模块 LPM,集成度高,体积小,保护完善,可靠性好。数控系统 GSK980TD 和驱动装置 DA98及交流永磁伺服电动机的连接关系如图 3-29 所示。图 3-29 数控系统连接关系3.5 数控系统与输入输出模块间信息传输数控系统及刀架电动机由电网提供 220V 电源,