基于FANUC 0imate系统的VM1204加工中心电气控制设计.doc
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1、常州机电职业技术学院毕业设计(论文)说明书作 者: 樊添华 学 号: 10761307 系 部: 机械工程系 专 业: 数控设备应用与维护 题 目: 基于FANUC 0i-mate系统的VM1204加工中心电气控制(电气图设计) 起讫日期:2009年9月20日-2010年5月16日 设计论文地点:校外指导者: 杨红霞评阅者: 2010 年 5 月摘 要目前,在企业中工人进行施工时要按照一定的指导标准,这些标准一般以工艺卡的形式出现,特别是在机械装配的工艺上要求特别严格,但有些工艺卡并不是特别适合在工业环境下运作。在我们公司这一点特别在电气方面更能显现出来。针对在电气装配过程中出现的因工艺卡缺陷
2、而导致返工现象严重的问题,本文对VM1204H立式加工中心的电气装调工艺进行了研制。主要是对上电盘以及下电盘以及电盘的进行合理的设计,以及对线路连接进行了工艺研制。在电气连接好后,本文还对通过简明调试完成机床的上电初始化方面进行了说明。通过一系列的设计改制,最终完成了一套电气连接工艺卡。关键词:加工中心 电气 工艺卡目录第1章 引言1. 1 课题简介 51.2 预期成果 51.3 实施思路 61.4 工具及软件81.5 本章小结8第章VM1204H电气控制系统设计2.1 VM1204H控制对象 92.2 OI-MATE控制要求 102.3 VM1204H电气系统设计 102.4 电气控制装置设
3、计安装 122.5 本章小结 13第3章 下电盘电气装调工艺3.1 下电盘电气布局设计 143.2 下电盘电气接线过程工艺 173.3 下电盘工序文件研制 203.4 本章小结 21第4章 上电盘电气装调工艺 4.1 上电盘电气布局设计 224.2 上电盘电气接线过程工艺 244.3 上电盘工序文件研制 264.4 本章小结 27第5章 电气调试5.1通电前检查 285.2通电后参数初始化 285.3通电后参数优化 305.4 机床试运行325.5 本章小结 35第6章 课题小结 36致谢 37附表:工艺文件 附表:电气原理图翻译的英语技术资料第1章 引言1.1 课题简介在企业,工人进行施工时
4、要按照一定的指导标准,这些标准一般以工艺卡的形式出现,特别是在机械装配的工艺上要求特别严格,但有些工艺卡并不是特别适合在工业环境下运作。而且在很多机械厂有机械工艺文件、机械作业指导书、但对电气方面的工艺文件要求不是特别严格。针对这种情况,并基于本人的工作环境与工作对象,准备写VM1204H立式加工中心电气控制系统与实现一文。本篇论文主要为了解决电气装调工作中的作业标准和便于流水线生产的问题,这样不仅可以减少工程的返工量,从而增加产品的一次性合格率,而且有了工序卡可以节约用人成本,可以适应大批量生产。作业人员在不需要大量的专业知识情况下可以快速的进行作业。本课题是基于纽威数控设备有限公司的VM1
5、204H立式加工中心为背景,进行电气控制系统的安装与调试。VM1204H立式加工中心是标准型数控加工中心,当然可以加第四轴和客户特别要求的油冷机等。本课题所产生的工序卡在今后的公司扩大规模后进行大规模生产很重要,因为扩大规模需要大批量生产,在培养专业人员各种限制下就需要一套简单易懂又便于操作的工艺文件,所以工序卡和工艺过程卡是本论文的重要成果。1.2 预期成果纽威数控装备有限公司工序号:PRO.NO:工序名称:PRO.NAME:主管审定Issued by机床名称Part nameVM1204H立式加工中心电气图号Part no:接线简图工步号:1共 页第 页工步号:2图1-1工序卡本文将研制上
6、电盘工序卡一份、下电盘工序卡一份、(工序卡格式见图1-1)纽威数控装备有限公司接续工序号文档编号:FILE.NO:文件名称:FILE.NAME:VM1204电气装调工艺设计日期文件密级后续工序号审核日期文件版本共 页第 页批准日期工艺状态工序编号NO:工序名称工序内容 端子图主管工程师工步事项额定工作量工具线型端子图001120021 2 图1-2工艺过程卡根据工序卡的内容还将研制上电盘工艺过程卡一份、下电盘工艺过程卡一份、(工艺过程卡格式见图1-2)。电气原理图一份、电气控制板(电盘)设计一份、电器元件布局图一份等一系列工艺文件及图纸作为最终论文的成果,具体的电气原理图内容以及工序卡、工艺过
7、程卡内容见附表。1.3 实施思路本篇论文首先根据系统的供电要求进行电路设计,比如FANUC要求AC200V供电电源,所以要用变压器提供AC200V电源。系统电源要求单独提供,比如系统24V电源和一些感应开关、电磁阀的24V电源要分开。然后再根据机床的控制项目进行电路设计,VM1204H控制的项目有主轴电机、三个伺服电机、一个ATC电机、一个刀库电机、一个冷却电机、一个冲屑电机、一个排屑电机、一个中心出水电机、一个提升泵、一个润滑泵、一个电器柜空调等。根据这些设备进行电气原理图的设计。电气原理图设计完成以后,要设计电气控制板,这里又叫电盘。根据安装需要,分为上电盘和下电盘两块(电盘布局见图1-3
8、)。根据电气原理图和布局图还要制作一套上电盘工序卡和上电盘工艺过程卡,下电盘工序卡和下电盘工艺过程卡。因为要大批量生产和熟练化考虑应该设计一套接线标准,所以工序卡很重要。工序卡要把电盘的整个接线反映出来,而且要考虑一个电盘要多少道工序,出于施工人员和整个时间成本考虑,VM 1204H 工序可以分成20道工序,这样流水线生产就需要20个施工人员。图1-3 电盘布局要围绕工序卡以及工艺过程卡的要求去实施。主要对基本的电气控制板(电盘)电路的连接进行详细说明。对上电气控制电路板(上电盘)的电源模块、主轴模块、伺服模块、I/O模块、开关电源模块的接口进行说明,并对其接线具体路线进行图示说明。对下电气控
9、制电路板(下电盘)的空气开关部分、继电器模块部分、接触器部分、端子排部分、分线器接口部分等进行简单介绍,并在工序卡中绘制具体的接线图。在电气控制板(电盘)元器件的布局中要考虑到分层的要求,VM1204H上电气控制电路板(上电盘)是一些模块布局,模块的顺序由系统要求而定。VM1204H下电气控制电路板(下电盘)分为三个层次,第一层是由继电器模块和分线器、还有四个空气开关组成,第二层是由四个空气开关和九个接触器、八个灭弧器、一个电源总开关组成,第三层是由端子排、四个熔断器、四个单触点空气开关组成。在布局元器件时要考虑走线的简便美观、元器件与线槽之间要保持一定的距离。1.4 工具及软件在论文设计的过
10、程中对接线进行绘图时,要熟练应用AUTO CAD软件和WORD文档软件。在接线的具体操作过程中,会用到一些常用的电工工具:斜口钳(见图1-4)、压线钳(见图1-5)、一字螺丝刀、十字螺丝刀(见图1-6)、尖嘴钳(见图1-7)、活动扳手(见图1-8)、剪线钳(见图1-9)、内六角扳手、剥线钳、液压钳、电工胶带、电工刀、号码打印机、线槽剪、卡规剪、电烙铁、手枪钻等。图1-6螺丝刀图1-5 压线钳图1-7尖嘴钳图1-4斜口钳图1-9剪线钳图1-8活动扳手1.5 本章小结本章主要对课题进行了简单的介绍和说明,也对课题的背景、性质、范围以及重要性进行了描述。特别对预期的成果进行了详细介绍,讲解了工序卡、
11、工艺过程卡的制作过程,实施的思路是按照工艺文件的步骤进行的。最后还提到论文所用到的软件和常用工具。第2章 VM1204H电气控制系统设计2.1 VM1204H控制对象图2-3 冷却电机、润滑泵、冲屑电机、排屑电机图2-2 X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机图2-1主轴伺服电机VM1204H控制的对象有由主轴伺服电机控制的主轴电机,主轴电机采用FANUC的aiI8/10000系列。主轴电机有三个接口,一个接口是从主轴伺服TB2模块接出来的电源接口、一个是主轴编码器反馈接口、还有一个是主轴风扇电源接口,风扇电源是从QF10下接线端接出来的。由双轴伺服模块控制的X轴、Y轴伺服电机,X轴、Y轴电
12、机采用的是FANUCaiF/3000系列,由单轴伺服模块控制的Z轴伺服电机,Z轴电机采用的是FANUCaiF22B/3000系列。X轴伺服电机有两个接口,一个是电机电源线接口,这个接口接双轴伺服模块的TB2接口,另一个接口是X轴电机编码器反馈接口,这个接口接双轴伺服模块的JF1接口。Y轴伺服电机有两个接口,一个是电机电源线接口,这个接口接双轴伺服模块的TB2接口,另一个接口是Y轴电机编码器反馈接口,这个接口接双轴伺服模块的JF2接口。Z轴伺服电机有三个接口,一个是电机电源线接口,这个接口接单轴伺服模块的TB2接口,另一个接口是Z轴电机编码器反馈接口,这个接口接单轴伺服模块的JF1接口,还有一个
13、是Z轴抱闸线,这个接口出来的线接下电盘的端子排上5号和2号端子。 控制对象还有采用昆山北距的ATC电机、昆山北距的刀库电机、意大利贝德龙的CP150冷却电机、意大利贝德龙CP190冲屑电机、烟台众力的排屑电机、中心出水电机、提升泵、南京贝奇尔润滑泵、电器柜空调等,上图2-3列出了部分电机。2.2 OI-MATE控制要求FANUC 0I-mate 控制系统与其外部设备要求的控制电源AC200V电源、直流24V电源,所以要求在电气设计时要加一个AC200V变压器和开关电源。如图2-4所示的是变压器的接线图。图2-5是开关电源的接线图。图2-4 变压器接线图图2-5 开关电源的接线注意:通电前,断开
14、所有断路器,用万用表测量各个电压( 交流200V,直流24V)正常之后,再依次接通系统24V, 伺服控制电源(PSM)200V, 24V(ai)。最后接通伺服主回路电源(3 相200V)。当电源模块正常工作后由电源模块提供的直流300V电源通过直流母线提供给主轴伺服模块、双轴伺服模块、单轴伺服模块所需的电源。因为开关电源要求的输入端是AC220V电源,所以在设计电气原理图时要设计用一个变压器提供给开关电源AC220V电源。2.3 VM1204H电气系统设计VM124H电气系统的设计是基于VM1204H所控制的对象。VM1204H控制的对象有主轴电机、伺服电机、ATC电机、刀库电机、冷却电机、冲
15、屑电机、排屑电机、中心出水电机、提升泵、润滑泵、电器柜空调等。主轴电机是通过主轴伺服单元控制的,伺服电机时通过双轴伺服、单轴伺服模块控制的,其余的电机是通过下电盘与系统之间的信息交换进行控制的。所以这里主要考虑系统和上电盘、下电盘以及外部设备之间的电路连接关系。上电盘电盘与下电盘之间主要是上电盘的开关电源供电与下电盘的控制伺服急停和电源模块的MCC电路的设计。VM1204H电气系统与外部设备的基本电缆连接如下:图2-6 VM1204H电气系统与外部设备的基本电缆连接 伺服放大器机床操作台手脉主轴电机伺服电机系统与伺服放大器之间电源模块之间通过电缆连接进行数据交换,系统给电源模块与伺服放大器指令
16、同时伺服模块也要有反馈信息给系统。系统通过伺服放大器来控制主轴电机和伺服电机。主轴模块和伺服放大器模块也是通过电缆对电机进行控制,同时电机要有反馈信息给伺服放大器。机床操作台提供人机交流的界面,可以通过手脉进行手动进给下控制机床的运动。系统和上电盘的双轴、单轴伺服放大器是通过光纤COP10A、COP10B电缆进行通信,系统通过JA7A、JA7B电缆和上电盘的主轴伺服放大器进行通信。系统通过JD1A与上电盘I/O单元的JD1B接口进行通信。系统和操作面板上的软键的连接电缆是通过系统背面的CN2接口。系统上的CA55接口连接MDI单元的CK1接口。系统要正常工作必须提供直流24V电源,这个电源是通
17、过上电盘的开关电源接入到系统控制单元的CP1接口。2.4 电气控制装置设计安装图2-7 CNC控制单元与伺服单元的接线电气控制装置的安装条件特别重要,首先要考虑到安装环境,环境又分为电柜外部的环境要求以及CNC与伺服单元的安装要求。然后要考虑到CNC控制单元的电源容量。因为电气控制装置通过电柜里的各个空气开关、接触器、继电器等控制外部设备的,所以电气柜安装条件也很重要。电气柜内装上两块电气控制板,上面一块称为上电气控制板,简称上电盘(下文统一用该术语),下面一块称为下电气控制板,简称下电盘(下文统一用该术语)。上电盘主要安装电源模块、主轴及进给轴驱动模块、开关电源、I/O模块等。下电盘主要安装
18、继电器模块、分线器、空气开关、接触器、灭弧器、电源总开关、接线端子排、熔断器、单级空气开关等。1、 机床电气柜的设计与安装条件在设计电气柜时要符合一定的环境条件,另外必须考虑CRT屏幕的电磁干扰,预防噪声和维修方便。电气柜的设计必须符合如下条件:电气柜必须是全封闭的,必须有效的防治灰尘、冷却液、和有机溶液的进入,还必须考虑伺服放大器和伺服变压器的安装:在空气入口处使用空气过滤器;将换气扇安装在空气不能直接吹到单元的地方;控制气流以保证灰尘和冷却液不能进入空气入口。设计电气柜时,需考虑当电气柜内温度上升时,必须保证柜内和柜外的温度差不超过10C。一个封闭的电气柜必须安装以保证内部空气的循环。风扇
19、需作调整以保证空气以0.5m/s的速度流过每一个安装单元的表面。为了使空气流动更容易,应该在每一个单元之间以及单元和电柜的内壁之间留出100mm的空间。必须在电缆口以及电气柜的门上使用密封材料,以保证电柜的密封。因为CRT单元使用大约11KV的电压,空气中的灰尘很容易聚集,如果电气柜密封不够充分,灰尘就会穿过缝隙而附着在单元上。这可能引起单元的绝缘效果恶化。尽管显示器有防尘的前面板,显示单元还是必须安装在冷却液不能直接喷射到的地方。噪声必须降低,由于机床和CNC单元的尺寸在减小,在电柜内,产生噪声的元件就有可能安装在对噪声比较敏感的元件旁边。CNC单元在设计时已经考虑到尽量降低噪声,并且防止噪
20、声向CNC单元的传送。单元在电气柜内部的安装和排列必须考虑检查和维修的方便。CRT 显示器有可能受外部电磁干扰而使显示图像变得扭曲。必须仔细考虑电磁辐射元件的安装。如果将电磁辐射元件(如变压器、风扇电机、电磁接触器、线圈和继电器)安装在显示器附近,显示器的显示就会受到影响。为了防止这种情况的发生,一般要将电磁元件和显示器之间保持至少300mm 的距离。如果CRT 与电磁元件之间不能保证300mm的间距,以通过调整电磁元件的方向来降低其对显示屏幕的影响。磁场强度不是一成不变的,它通常会因为多个电磁元件的相互作用而增强,为此,简单地靠保持电磁元件和显示器之间300mm的距离有可能消除不了显示屏幕的
21、影响。也就是说如果不能保持足够距离或者在保证足够距离后,显示器图像仍有扭曲时,就要使用电磁防护罩覆盖屏幕。2、 控制单元的安装控制单元包括一个塑料外壳,风扇,和PCB 底板。空气由控制单元底部进入,通过安装在顶部的风扇排出,下图中预留的空间(A,B)必须留出,以保证空气的流动。同时还应在单元前部和顶部留出足够的空间以便在必要时方便地更换电路板和风扇。PCB 底板,安装在机架的后面;在机架的左侧还有另一个连接器,这个连接器是用来测试控制器,以及其他用途的连接。为它预留的空间如下图中的(C)。备用插座处理空间2.5本章小结本章主要对VM1204H进行简单的介绍,特别对VM1204H控制对象以及 O
22、I-MATE控制要求进行了简单的叙述,还对VM1204H电气系统设计电气控制装置设计安装进行了说明。对安装要求的环境以及安装中所要注意的地方都一一给予说明。对电气控制的装置的安装设计是根据FANUC 0I mate 控制系统的要求进行设计的,安装条件符合系统需要的电源以及外部的环境,噪声、屏蔽、防干扰等等。第3章 下电盘电气装调工艺3.1 下电盘电器布局设计图3-1下电盘分层结构下电盘主要安装空气开关、继电器模块、接触器、灭弧器、分线器、端子等等。通过三层次分层结构将这些元器件紧密合理的分开,其结构要便于接线又要层次分明。通过计算,下电盘长1150mm,宽700mm,其中线槽的边界到电盘的边界
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