基于knd2000mc3i系统的数控铣床plc主轴的设计与改造(附件)【字数：11228】
日 期 2020.02.20 对于数控铣床来说，机床主轴是其最重要的部分之一，主轴的优劣直接影响工件加工的效果，因此主轴升级势在必行，本文主要介绍基于KND2000MC3I数控系统的主轴升级，从模拟主轴升级为精度更高的PLC主轴，设计正常主轴功能的同时也设计了主轴松拉刀，主轴吹气，主轴定向，以及主轴正反转切换时的逻辑关系，将主轴的功能进一步完善，充分考虑到实际需要对主轴进行限制旋转，充分考虑人身安全。设计的难点为主轴功能的开通和正反转的实现，对本系统深入学习后根据KND2000MC3I数控系统的特点进行设计和地址的分配。这次设计主要思路基于KND2000MC3I数控系统的PLC轴的设计与实现，从硬件到软件的设计，主轴功能的设计，最终的调试和验证。
目 录
引 言 5
一、绪论 6
（一）研究背景 6
（二）铣床的技术参数 7
（三）改造设想 8
二、主轴控制的硬件电路 10
（一）功能设计 10
（二）主电路设计与选型 11
（1）主轴驱动器 11
（2）主轴风扇 14
（三）控制电路的设计 15
（1）主轴旋转 15
（2）主轴定向 16
（3）吹气 17
（4）主轴松紧刀 18
（5）主轴风扇 20
三、主轴控制的软件程序设计 21
（一）总体设计思路 21
（二）轴锁和暂停功能的设计与实现 22
（三）主轴转速功能 24
（1）自动状态下 24
（2）手动状态由参数控制 26
（3）手动方式由S码控制 27
（四）脉冲控制 29
（五）主轴定向功能 32
（七）主轴轴号 34
（八）主轴松刀与紧刀 35
（九）主轴正反转 38
（1）主轴正反转切换 42
（2）主轴正反转切换制动过程 43
四、主轴功能调试与实现 44
（一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
）系统参数 44
（二）驱动器参数 45
（三）PLC参数 46
（四）功能验证 47
总结 48
参考文献 49
谢辞 50
附录 1 K2000M加工中心电气原理图(总线)V140325MODEL(1) 51
附录 2 KND2000MC3i梯形图 73
引 言
此论文是关于凯恩帝2000MC3i数控系统数控铣床将模拟主轴升级为由PLC控制的总线主轴的过程，模拟主轴是由模拟电压控制变频器然后由变频器对主轴电机进行控制最终实现主轴转速控制的方法，正是因为主轴转速由模拟电压控制，所以速度控制的精度上会有所偏差，电压信号易受到干扰，需要进行防干扰处理。对最终主轴的转速影响较大，因此升级为PLC轴后可大大提高主轴的控制精度，有利于高精度零件的加工。
一、绪论
图11基于KND2000MC3I的数控铣床
（一）研究背景
在数控加工中，数控铣床的主轴是机床的重要部分，主轴要带动刀具的旋转，要具备一定的旋转精度，动，静刚度和速度适应性，这些主要由主轴轴承等硬件所决定，而作为带动道具进行主切削运动的主轴来说，转动的稳定性要求也是极高的，对于主轴的控制精度越高越好，对于中低档铣床来说，使用模拟主轴就可以满足日常的加工需要，但对于精度要求较高的零件为了保证加工的零件满足要求，因此高档铣床一般采用PLC总线主轴。相较于模拟主轴，PLC主轴有着更高的精度，对于速度的控制更加的精确，因此将模拟主轴升级为PLC主轴，由PLC进行控制可大大提高稳定性。
（二）铣床的技术参数
如图11所示为改造铣床的主要部件包括机床床身，电气控制柜。
表11 机床控制柜型号为GCY03K基本规格
GCY03K电气控制柜
生产厂家
广东超远机电科技有限公司
外形尺寸
2050MM*650MM*1850MM
数控系统
凯恩帝K2000MC3I总线系统
X/Y/Z进给驱动器
SD31050
X/Y进给电机
KND130STM10025M
Z轴进给电机
KND130STM10025MZ
手轮
外部首轮
电源
三相380AC
变压器
三相隔离变压器转24VDC(150W)
三相隔离变压器转220VAC(850W)
表12 山东辰榜数控CBSKZT600机床本体基本规格
生产厂家
山东辰榜数控装备有限公司
三轴行程
600MM/400MM/500MM
工作台尺寸
750MM*400MM
最大承载
350KG
丝杠螺距
16MM
主轴转速
10000RPM
外形尺寸
2000MM*2530MM*2650MM
（三）改造设想
图12 模拟主轴原理图(改造前)
通过XS63接口外接主轴驱动器，再由主轴驱动器控制主轴电机实现主轴功能，外部编码器反馈信息通过XS60接口返回数控系统，由此构成完整的主轴单元。
图13 PLC总线主轴原理图(改造后)
将原模拟主轴改造为由PLC控制的总线式主轴：
要实现PLC总线式主轴的控制，要有正确的电路设计如图13，主轴信息通过PLC经过数控系统由总线进行信息的交换（XS94总线接口），将信息传递给主轴驱动器，然后驱动器控制伺服电机从而实现对主轴的控制，伺服电机的反馈信号也通过总线反馈给数控系统，让数控系统实时监测主轴状态根据该原理绘制出电气原理图和接线图。
目 录
引 言 5
一、绪论 6
（一）研究背景 6
（二）铣床的技术参数 7
（三）改造设想 8
二、主轴控制的硬件电路 10
（一）功能设计 10
（二）主电路设计与选型 11
（1）主轴驱动器 11
（2）主轴风扇 14
（三）控制电路的设计 15
（1）主轴旋转 15
（2）主轴定向 16
（3）吹气 17
（4）主轴松紧刀 18
（5）主轴风扇 20
三、主轴控制的软件程序设计 21
（一）总体设计思路 21
（二）轴锁和暂停功能的设计与实现 22
（三）主轴转速功能 24
（1）自动状态下 24
（2）手动状态由参数控制 26
（3）手动方式由S码控制 27
（四）脉冲控制 29
（五）主轴定向功能 32
（七）主轴轴号 34
（八）主轴松刀与紧刀 35
（九）主轴正反转 38
（1）主轴正反转切换 42
（2）主轴正反转切换制动过程 43
四、主轴功能调试与实现 44
（一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
）系统参数 44
（二）驱动器参数 45
（三）PLC参数 46
（四）功能验证 47
总结 48
参考文献 49
谢辞 50
附录 1 K2000M加工中心电气原理图(总线)V140325MODEL(1) 51
附录 2 KND2000MC3i梯形图 73
引 言
此论文是关于凯恩帝2000MC3i数控系统数控铣床将模拟主轴升级为由PLC控制的总线主轴的过程，模拟主轴是由模拟电压控制变频器然后由变频器对主轴电机进行控制最终实现主轴转速控制的方法，正是因为主轴转速由模拟电压控制，所以速度控制的精度上会有所偏差，电压信号易受到干扰，需要进行防干扰处理。对最终主轴的转速影响较大，因此升级为PLC轴后可大大提高主轴的控制精度，有利于高精度零件的加工。
一、绪论
图11基于KND2000MC3I的数控铣床
（一）研究背景
在数控加工中，数控铣床的主轴是机床的重要部分，主轴要带动刀具的旋转，要具备一定的旋转精度，动，静刚度和速度适应性，这些主要由主轴轴承等硬件所决定，而作为带动道具进行主切削运动的主轴来说，转动的稳定性要求也是极高的，对于主轴的控制精度越高越好，对于中低档铣床来说，使用模拟主轴就可以满足日常的加工需要，但对于精度要求较高的零件为了保证加工的零件满足要求，因此高档铣床一般采用PLC总线主轴。相较于模拟主轴，PLC主轴有着更高的精度，对于速度的控制更加的精确，因此将模拟主轴升级为PLC主轴，由PLC进行控制可大大提高稳定性。
（二）铣床的技术参数
如图11所示为改造铣床的主要部件包括机床床身，电气控制柜。
表11 机床控制柜型号为GCY03K基本规格
GCY03K电气控制柜
生产厂家
广东超远机电科技有限公司
外形尺寸
2050MM*650MM*1850MM
数控系统
凯恩帝K2000MC3I总线系统
X/Y/Z进给驱动器
SD31050
X/Y进给电机
KND130STM10025M
Z轴进给电机
KND130STM10025MZ
手轮
外部首轮
电源
三相380AC
变压器
三相隔离变压器转24VDC(150W)
三相隔离变压器转220VAC(850W)
表12 山东辰榜数控CBSKZT600机床本体基本规格
生产厂家
山东辰榜数控装备有限公司
三轴行程
600MM/400MM/500MM
工作台尺寸
750MM*400MM
最大承载
350KG
丝杠螺距
16MM
主轴转速
10000RPM
外形尺寸
2000MM*2530MM*2650MM
（三）改造设想
图12 模拟主轴原理图(改造前)
通过XS63接口外接主轴驱动器，再由主轴驱动器控制主轴电机实现主轴功能，外部编码器反馈信息通过XS60接口返回数控系统，由此构成完整的主轴单元。
图13 PLC总线主轴原理图(改造后)
将原模拟主轴改造为由PLC控制的总线式主轴：
要实现PLC总线式主轴的控制，要有正确的电路设计如图13，主轴信息通过PLC经过数控系统由总线进行信息的交换（XS94总线接口），将信息传递给主轴驱动器，然后驱动器控制伺服电机从而实现对主轴的控制，伺服电机的反馈信号也通过总线反馈给数控系统，让数控系统实时监测主轴状态根据该原理绘制出电气原理图和接线图。
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