數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)發(fā)展飛速的今天，數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，數(shù)控機(jī)床是數(shù)控制造業(yè)的核心，本文主要介紹了對(duì)數(shù)控車床的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程。</p><p>　　數(shù)控車床，對(duì)其電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)使尤為重要的，其內(nèi)容包括強(qiáng)電設(shè)計(jì)、弱點(diǎn)設(shè)計(jì)、PLC輸入輸出及接口設(shè)計(jì)，繪制出整個(gè)機(jī)床的電氣系統(tǒng)原理圖等。<

2、;/p><p>　　本設(shè)計(jì)給出了整個(gè)機(jī)床的原理圖繪制過(guò)程，重點(diǎn)部分模塊化，較詳細(xì)地介紹了各個(gè)部分的功能及用途。分為 380V強(qiáng)電回路，控制回路，PLC輸入輸出控制，主軸驅(qū)動(dòng)模塊和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)模塊，并介紹了相關(guān)的電氣知識(shí)。</p><p>　　通過(guò)本設(shè)計(jì)說(shuō)明書可以基本上掌握數(shù)控車床的電氣原理，以及基本的電氣常識(shí)，使讀者無(wú)論是從整體上還是各個(gè)模塊中都能夠了解到數(shù)控車床相關(guān)的一系列電氣知識(shí)。<

3、/p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控車床；主電路；控制電路；PLC控制；電氣原理圖</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The numerical controls that the technique development fast today, the numerical controls techn

4、ique at the modern manufacturing industry exertive more and more importance function, numerical control tool machine is number control a manufacturing industry of core, this text mainly introduced logarithms to control t

5、he processed that the electricity system of lather design.</p><p>　　CK6140 NC lathe, as to it's the electricity system design make is important, its contents includes a strong electrically design, weakne

6、ss design, PLC importation output and Interface design, draw the electricity system principle diagram of a the whole tool machine etc..</p><p>　　This principle diagram which designs to the whole tool machine

7、 draws process and the point parts of mold piece turn and compared to in detail introduce each function and use of part. Is divided into the 380 Vs strong electricity back track, control back track, the PLC importation o

8、utputs a control, the principal axis drives a mold piece and enters to servo drive a mold piece, and introduced related electronic knowledge.</p><p>　　Through this design system can basically control numeric

9、al control the electricity principle of lather, and basic electronic common sense, make the reader regardless can understand numerical control the lather related series of electricity knowledge from wholly the top still

10、each mold piece.</p><p>　　Key Words：NC system; NC lathe; Main circuit; Control circuit; PLC control; Electric principle charts</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論2

11、</p><p><b>　　1.1 引言2</b></p><p>　　1.2 數(shù)控機(jī)床概述2</p><p>　　1.3數(shù)控車床主簡(jiǎn)介4</p><p>　　第二章 數(shù)控車床的基本組成和工作原理5</p><p>　　2.1 數(shù)控車床組成5</p><p>　

12、　2.2 數(shù)控車床工作原理6</p><p>　　2.3 數(shù)控車床運(yùn)動(dòng)分析6</p><p>　　2.4 數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)述7</p><p>　　第三章 數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9</p><p>　　3.1主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述9</p><p>　　3.1.1主軸電動(dòng)機(jī)9</p><p&g

13、t;　　3.1.2主軸電動(dòng)機(jī)選型的要求：9</p><p>　　3.1.3主軸電動(dòng)機(jī)選型9</p><p>　　3.2變頻器電動(dòng)機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)裝置10</p><p>　　3.2.1 三菱 D700主軸驅(qū)動(dòng)裝置10</p><p>　　3.2.2 設(shè)備的選型方法11</p><p>　　3.2.3 三菱D70

14、0變頻器11</p><p>　　3.2.4 變頻器主軸伺服驅(qū)動(dòng)電路13</p><p>　　第四章 數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述14</p><p>　　4.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選型與控制原理14</p><p>　　4.3 伺服電機(jī)的選型15</p&

15、gt;<p>　　4.3.1負(fù)載力矩的計(jì)算15</p><p>　　4.3.2負(fù)載慣量的計(jì)算16</p><p>　　4.3.3加速力矩的計(jì)算17</p><p>　　第五章 數(shù)控車床輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)19</p><p>　　5.1數(shù)控車床輔助系統(tǒng)概述19</p><p>　　5.2 刀架傳動(dòng)系統(tǒng)

16、19</p><p>　　5.2.1數(shù)控車床電動(dòng)刀架19</p><p>　　5.2.2 電動(dòng)刀架連接電路19</p><p>　　第六章 數(shù)控車床控制界面設(shè)計(jì)21</p><p>　　6.1 VB設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)21</p><p>　　6.2數(shù)控車床控制面板概述21</p><p>　　第

17、七章 數(shù)控車床控制器的設(shè)計(jì)24</p><p>　　7.1數(shù)控控制器概述24</p><p>　　7.1．1可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)：24</p><p>　　7.1.2可編程控制器的組成及工作方式：25</p><p>　　7.2 PLC選型及I/O接線圖25</p><p>　　7.3 PLC程序設(shè)

18、計(jì)26</p><p>　　第八章 結(jié) 論28</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)29</p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為

19、迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來(lái)越多。在機(jī)械、軍工、航空工業(yè)，中、小批零件的生產(chǎn)幾乎占產(chǎn)品數(shù)量75%－80%，而且零件外形越來(lái)越復(fù)雜，精度要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的機(jī)床己不能滿足要求，柔性加工的重要性更加突出，數(shù)控技術(shù)相關(guān)裝備的需求日益增大。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備

20、，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：</p><p>　?。?）機(jī)械制造技術(shù)；</p><p>　?。?）信息處理、加工、傳輸技術(shù)；</p><p>　?。?）自動(dòng)控制技術(shù)；</p><p>　　（4）伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；</p><p><b>　　（5）傳感器技術(shù)；</b></p><p&

21、gt;<b>　?。?）軟件技術(shù)等。</b></p><p>　　1.2 數(shù)控機(jī)床概述</p><p>　　數(shù)字控制(Numerical Control縮寫為NC)簡(jiǎn)稱為數(shù)控，是指用數(shù)字指令來(lái)控制一臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備的動(dòng)作。它所控制對(duì)象有以下幾種：</p><p>　　1、動(dòng)作順序的程序控制。</p><p>　　2、主軸、坐

22、標(biāo)進(jìn)給速度、更換刀具、開閉冷卻液等輔助功能控制。</p><p>　　3、有關(guān)部件位移量和相對(duì)位置關(guān)系的坐標(biāo)控制。</p><p>　　數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床的控制密切結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的，通常把采用數(shù)控裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和高效率加工的機(jī)床統(tǒng)稱為數(shù)控機(jī)床。在實(shí)現(xiàn)加工合理化及高效率方面，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比具有許多優(yōu)勢(shì)，它突出地表現(xiàn)為:</p><p>　　1、數(shù)控加工是用機(jī)械

23、加工多品種，小批量生產(chǎn)的一種自動(dòng)化手段。自動(dòng)化程度高、加工速度快是數(shù)控機(jī)床的突出特點(diǎn)。</p><p>　　2、數(shù)控加工能保持加工條件不變，而使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于加工所的條件(吃刀深度、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速、刀具等)都己事先由指令規(guī)定，所以無(wú)論由誰(shuí)操作都能得到同一加工質(zhì)量。</p><p>　　3、數(shù)控加工極大地提高外形復(fù)雜零件的加工效率和加工精度。</p><p>　

24、　4、通過(guò)數(shù)控加工的零件，由于提高了工件與基準(zhǔn)面相關(guān)尺寸的加工精度，有可能大大提高零件裝配的互換性，而提高裝配質(zhì)量和效率。</p><p>　　5、由于加工時(shí)間固定，有利于管理，更進(jìn)一步促使加工定量化，以達(dá)到生產(chǎn)管理的合理化、標(biāo)準(zhǔn)化。這為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)乃至建立計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)都打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　6、由于操作技術(shù)被數(shù)據(jù)化后，熟練工人就可以減少。</p>

25、<p>　　7、可以大幅度減少人為的操作失誤，而降低廢次品率?？梢圆婚g斷地連續(xù)加工，從而縮短了加工周期.由于工夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，減少了工夾具的需用量。</p><p>　　正是由于數(shù)控機(jī)床的這些特點(diǎn)，從本世紀(jì)五十年代以來(lái)，隨著電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制以及精密機(jī)械與測(cè)試技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速發(fā)展和演變。世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是由美國(guó)在五十年代開發(fā)研制的，使用電子管元件，體積龐大。到六十年代，

26、由于半導(dǎo)體晶體管的開發(fā)應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性提高、價(jià)格下降。</p><p>　　七十年代隨著中小規(guī)模集成電路的應(yīng)用并伴隨著紙帶傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，大大提高了機(jī)床的加工效率及使用的靈活性，也使數(shù)控機(jī)床日趨完善。八十年代以來(lái)，微處理器的發(fā)展與應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)也迎來(lái)了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(Computer Numerical Control縮寫為CNC)時(shí)代，隨著微處理器的運(yùn)算速度的不斷提高，數(shù)控機(jī)床的功能和應(yīng)用范圍也在不斷的發(fā)

27、展與擴(kuò)大。</p><p>　　從這些年數(shù)控機(jī)床的發(fā)展可以看出，它正向著高精度、多功能、高速化。</p><p><b>　　1、高精度化</b></p><p>　　當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)精度的要求越來(lái)越高，近十年來(lái)，普通數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密加工中心則從3～5μm提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)（0

28、.01μm）。超精密加工機(jī)床在向更高精度（納米級(jí)）發(fā)展的同時(shí)，也向高效率、和大型化發(fā)展。與之相適應(yīng)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，各種加工精度補(bǔ)償技術(shù)得到了應(yīng)用和發(fā)展，機(jī)床結(jié)構(gòu)材料也開始普遍采用各種性能穩(wěn)定、溫度影響小的新型材料，如:花崗巖、精密陶瓷等，使得數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)精度越來(lái)越高。</p><p><b>　　2、高速度化</b></p><p>　　提高生產(chǎn)效率是機(jī)

29、床技術(shù)發(fā)展的永恒主題，這也表現(xiàn)在提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速上。中等規(guī)格的機(jī)加中心的最高轉(zhuǎn)速為4000-6000rpm，到了九十年代，則達(dá)到8000-12000rpm;另一方面，坐標(biāo)軸的快速移動(dòng)速度的提高，換刀時(shí)間和托盤交換時(shí)間等非切削時(shí)間的縮短，也使機(jī)床的加工效率大幅提高。</p><p><b>　　3、高柔性化</b></p><p>　　當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化，對(duì)機(jī)床

30、提出了更高的柔性加工要求。如銑削加工中心可以銑削、鉆孔、攻絲等。這種將各種加工功能在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行集成，均是為了在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)一次裝夾就能完成對(duì)零件的不同加工要求，這充分展示了機(jī)床加工的柔性，并有利于提高加工精度。</p><p><b>　　4、高自動(dòng)化</b></p><p>　　自動(dòng)化是指在全部加工過(guò)程中，減少“人”的介入，而能自動(dòng)地完成規(guī)定的任務(wù)。傳統(tǒng)的自動(dòng)

31、化往往與大批量生產(chǎn)聯(lián)系在一起，使用大量的專用設(shè)備和組合機(jī)床。而目前可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床和機(jī)械加工中心，既可在大批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，也可在小批量、多品種產(chǎn)品生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。</p><p><b>　　5、造型宜人化</b></p><p>　　好的數(shù)控機(jī)床不僅功能齊全、操作安全可靠、性能良好，而且要成為外觀宜人和符合操作人體學(xué)的一件藝術(shù)品。</p>

32、<p><b>　　6、操作簡(jiǎn)單化</b></p><p>　　從LED顯示到TFT液晶顯示，操作從按大量按鈕到菜單選擇甚至對(duì)話框操作使操作越來(lái)越簡(jiǎn)單，顯示信息越來(lái)越多、越來(lái)越明快。</p><p><b>　　7、高可靠性</b></p><p>　　大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得數(shù)控機(jī)床越來(lái)越可靠。同時(shí)，

33、數(shù)控機(jī)床的這些特點(diǎn)也使得機(jī)床的數(shù)控化不僅從傳統(tǒng)的銑、銼、車、鉆一類切削機(jī)床，日益廣泛地向磨床、壓力機(jī)等塑性加工機(jī)床、繪圖機(jī)、氣割機(jī)等特殊加工設(shè)備方面發(fā)展,也向柔性制造系統(tǒng)(FMS)，高速機(jī)床、專業(yè)機(jī)床發(fā)展。應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。但是，數(shù)控機(jī)床畢竟是一種高自動(dòng)化的設(shè)備，技術(shù)復(fù)雜、成本較高，從其使用的經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，在目前階段，特別是在我國(guó)，仍多用于精度高、形狀復(fù)雜的批量零件的加工。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)控機(jī)床為核心的柔性制造

34、系統(tǒng)、無(wú)人工廠必將逐步取代現(xiàn)有的生產(chǎn)模式，成為機(jī)加行業(yè)的主導(dǎo)力量。</p><p>　　1.3數(shù)控車床主簡(jiǎn)介</p><p>　　該機(jī)床為萬(wàn)能型通用產(chǎn)品。特別適合于軍工、汽車、拖拉機(jī)、冶金等行業(yè)的機(jī)械加工。主要承擔(dān)各種軸類及盤類零件的半精加工及精加工?？杉庸?nèi)、外圓柱面、錐面、車削螺紋、鏜孔、鉸孔以及各種曲線回轉(zhuǎn)體，可對(duì)工件可進(jìn)行多次重復(fù)循環(huán)加工。 </p><p>

35、;<b>　　基本配置： </b></p><p>　?。?）機(jī)床采用臥式平床身結(jié)構(gòu)，床身及床腿采用樹脂砂鑄造，時(shí)效處理，導(dǎo)軌采用高頻淬火，整體剛性強(qiáng)。 </p><p>　?。?）主傳動(dòng)采用變頻電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)三檔，檔內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。 </p><p>　?。?）進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服電機(jī)，精密滾珠絲杠，高剛性精密復(fù)合軸承結(jié)構(gòu)。定位準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高。

36、</p><p>　　（4）配置立式四工位刀架。 </p><p>　?。?）主控制系統(tǒng)為S7-200。 </p><p>　　（6）大孔徑主軸，其主軸通孔直徑Φ60，能通過(guò)較大直徑的棒料。主軸扭矩大，剛性強(qiáng)，可強(qiáng)力切削。 </p><p>　　數(shù)控車床的基本組成和工作原理</p><p>　　2.1 數(shù)控車床組成&

37、lt;/p><p>　　數(shù)控車床一般由輸入輸出設(shè)備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置（或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測(cè)量反饋裝置組成。如下圖是數(shù)控車床的組成框圖。</p><p><b>　　機(jī)床本體</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、

38、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)床在整體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。</p><p><b>　　圖2-1 數(shù)控機(jī)床</b></p><p><b>　　⑵、CNC單元</b></

39、p><p>　　CNC單元是數(shù)控機(jī)床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和輸出三個(gè)部分組成。CNC單元接受數(shù)字化信息，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、插補(bǔ)、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 ⑶輸入/輸出設(shè)備</p><p>　　輸入裝置將各種加工信息傳遞于計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備。在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已淘汰，后發(fā)展成盒式

40、磁帶，再發(fā)展成鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工作，現(xiàn)通用DNC網(wǎng)絡(luò)通訊串行通信的方式輸入。</p><p>　　輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)（含機(jī)床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等），一般在機(jī)床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時(shí)間后，再將輸出與原始資料作比較、對(duì)照，可幫助判斷機(jī)床工作是否維持正常。</p><p><b>　　⑷伺服單元</

41、b></p><p>　　伺服單元由驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)脈沖信號(hào)使電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)一個(gè)微小距離。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都有相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。</p><p><b>　　

42、⑸驅(qū)動(dòng)裝置</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)裝置把經(jīng)放大的指令信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械連接部件驅(qū)動(dòng)機(jī)床，使工作臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對(duì)應(yīng)，驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。</p><p>　　伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置可合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動(dòng)力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸

43、實(shí)施，所以，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。</p><p><b>　　⑹可編程控制器</b></p><p>　　可編程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器( PL

44、C， Programmable Logic Controller)。當(dāng)PLC用于控制機(jī)床順序動(dòng)作時(shí)，也可稱之為編程機(jī)床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制。</p><p><b>　?、藴y(cè)量反饋裝置</b></p><p>

45、;　　測(cè)量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光測(cè)距儀、磁柵等。通常安裝在機(jī)床的工作臺(tái)或絲杠上，它把機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位移轉(zhuǎn)變成電信號(hào)反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，以控制機(jī)床向消除該誤差的方向移動(dòng)。</p><p>　　2.2 數(shù)控車床工作原理</p><p>　　使用數(shù)控機(jī)床時(shí)，首先要將被加工零件圖紙的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序; 然

46、后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)信息處理、 分配，使各坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工。</p><p>　　2.3 數(shù)控車床運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　數(shù)控車床的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)主軸的控制，進(jìn)給系統(tǒng)，各個(gè)坐標(biāo)軸的控制，包括各坐標(biāo)軸伺服電機(jī)速度、位置控制，刀具庫(kù)（對(duì)于數(shù)控車床指電動(dòng)刀架）、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)

47、等輔助功能的控制。</p><p><b>　　1、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)</b></p><p>　　數(shù)控車床的主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端部件是主電動(dòng)機(jī)與主軸，它的功能是把動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳遞給主軸，使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并滿足數(shù)控車床主軸變速和換向的要求。</p><p>　　主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)由交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速調(diào)速。</

48、p><p><b>　　2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)</b></p><p>　　進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是指機(jī)床上驅(qū)動(dòng)刀架實(shí)現(xiàn)縱向（Z向）和橫向（X向）運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給傳動(dòng)，在車床上，各軸都由交流流伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　3、刀架傳動(dòng)</b></p><p>　　刀架運(yùn)動(dòng)是指實(shí)現(xiàn)刀架上刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)和刀架的開

49、定位、定位與夾緊的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。刀架運(yùn)動(dòng)是由換刀交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的。</p><p><b>　　4、尾座</b></p><p>　　數(shù)控車床尾座一般是在加工時(shí)對(duì)工件起輔助支撐作用，它由尾座體和尾座套筒兩部分組成。尾座體可在床身上移動(dòng)和固定。尾座套筒前安裝頂針，套筒可以自動(dòng)伸出和縮回，實(shí)現(xiàn)頂尖對(duì)工件的支撐作用。</p><p>　

50、　2.4 數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)述</p><p>　　數(shù)控臥式車床的電氣控制系統(tǒng)是由CNC主控制裝置、交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、強(qiáng)電控制部分等構(gòu)成。CNC主控制裝置以及伺服驅(qū)動(dòng)裝置，采用德國(guó) SIEMENS公司的產(chǎn)品，使機(jī)床性能價(jià)格比十分優(yōu)越；主軸系統(tǒng)采用日本三菱 D700變頻器主軸變速，方便靈活。 </p><p>　　(1)機(jī)床電氣容量及要求 </p><p>

51、;　　電源總?cè)萘浚?4KVA </p><p><b>　　滿載電流：34A </b></p><p>　　電源總?cè)蹟嚯娏鳎?0A </p><p>　　防護(hù)等級(jí)：IP54 </p><p>　　(2)機(jī)床電氣主要技術(shù)要求 </p><p>　　機(jī)床供電電源要求采用三相四線制，380V 50Hz交

52、流電。三根相線（Ll，L2，L3）和一根中性線(N)均從電柜底部引入電氣柜內(nèi)電盤上的主接線板Ll，L2，L3和PE端子上，出廠前PE和N端子已聯(lián)接，只要將供電電源中性線接在PE端上即可。供電電源的電纜或電線的截面積應(yīng)采用不小于6mm2導(dǎo)電率高的銅線。保護(hù)地線還必須與機(jī)床所設(shè)置的專用接地螺釘牢固、可靠地連接，接地電阻R<10Ω。如有三相五線制的用戶，應(yīng)把供電電源引接在端子上，將接線板上的PE和N的連線分開，分別接在五線制中的PE和N

53、端子上。 </p><p>　　電網(wǎng)電壓：交流380V(±10%) </p><p>　　電網(wǎng)頻率：50Hz（±1Hz） </p><p>　　工作環(huán)境溫度：5～40度 </p><p>　　相對(duì)濕度：25°時(shí)80% </p><p>　?。?）機(jī)床電氣的構(gòu)成 </p>&l

54、t;p>　　1）數(shù)控系統(tǒng)CNC </p><p>　　德國(guó) SIEMENS公司：S7-200 </p><p>　　2）伺服驅(qū)動(dòng)裝置及伺服電動(dòng)機(jī)</p><p>　　X軸：β-SVM1-20伺服驅(qū)動(dòng)裝置 aC12/2000 伺服電動(dòng)機(jī)</p><p>　　Z軸：β-SVM1-20伺服驅(qū)動(dòng)裝置 aC12/2000 伺服電動(dòng)機(jī)<

55、;/p><p>　　本伺服電動(dòng)機(jī)配有絕對(duì)值編碼器，在加工過(guò)程中有斷電保護(hù)功能</p><p>　　X軸：理論最大進(jìn)給速度6000m/min。</p><p>　　Z軸：理論最大進(jìn)給速度8000m/min。</p><p><b>　　3）強(qiáng)電控制單元</b></p><p>　　主軸電動(dòng)機(jī)M1：7.5

56、KW 1000r/min 變頻電動(dòng)機(jī)</p><p>　　刀臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2：0.18KW 1500r/min</p><p>　　控制變壓器TC1：交流380V/220V/24V/26V/28V 630VA。主要為控制回路提供220V電源；為整流橋提供26V交流電源；為穩(wěn)壓電源GS1提供220V交流輸入</p><p>　　穩(wěn)壓電源GS1：為控制回路提供穩(wěn)定的220

57、V交流。</p><p>　　控制變壓器TC2：交流380V/220V 2200VA。主要為穩(wěn)壓電源GS2、伺服驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電動(dòng)機(jī)提供220V交流。</p><p>　　穩(wěn)壓電源GS2：主要為CNC裝置、LCD/MDI、I/O LINK、PLC I/O、伺服驅(qū)動(dòng)裝置等提供24V穩(wěn)定的直流電源。</p><p>　　接觸器構(gòu)成該車床電氣輸出執(zhí)行元件；繼電器構(gòu)成該車

58、床電氣輸出放大元件；各種壓力開關(guān)、防護(hù)開關(guān)、腳踏開關(guān)、按鈕等構(gòu)成該車床電氣輸入元件。</p><p>　　數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　3.1主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述</p><p>　　主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括主軸驅(qū)動(dòng)裝置和主軸電動(dòng)機(jī)。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　目前數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)多采用交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

59、即交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器或主軸伺服驅(qū)動(dòng)控制的方式。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)數(shù)控車床主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用交流主軸電動(dòng)機(jī)配備變頻器控制的方式。</p><p>　　3.1.1主軸電動(dòng)機(jī)</p><p>　　主軸驅(qū)動(dòng)部分是數(shù)控機(jī)床的大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)（CNC）的S代碼速度指令及M代碼輔助功能指令，驅(qū)動(dòng)主軸進(jìn)行切削加工。在數(shù)控機(jī)床上，同樣由主軸夾持

60、工件或刀具旋轉(zhuǎn)，直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的最高與最低轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速范圍、傳遞功率和動(dòng)力特性，決定了數(shù)控機(jī)床的切削加工效率和加工工藝能力。主軸組件的回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形，直接影響加工零件的尺寸、位置精度和表面質(zhì)量。</p><p>　　3.1.2主軸電動(dòng)機(jī)選型的要求：</p><p><b>　　一般要求</b></p><p>　　1

61、.調(diào)速為了適應(yīng)不同工件材料及刀具等各種切削工藝要求，主軸必須具有一定的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)選用合理的切削用量，從而獲得最佳切削效率、加工精度和表面質(zhì)量。調(diào)速范圍的指標(biāo)，主要由各種加工工藝對(duì)主軸最低速與最高速的要求來(lái)確定。</p><p>　　2.功率要求主軸有足夠的驅(qū)動(dòng)功率或輸出扭矩，能在整個(gè)速度范圍內(nèi)均能提供切削所需的功率或轉(zhuǎn)矩，特別是滿足機(jī)床強(qiáng)力切削時(shí)的要求。并且有一定的過(guò)載能力和較硬的調(diào)速機(jī)械特性，即在負(fù)

62、載變化的情況下（如斷續(xù)切削時(shí)），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較小。即要求在大力矩、強(qiáng)過(guò)載能力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)級(jí)變速</p><p>　　3.精度這里主要指主軸回轉(zhuǎn)精度。并具有足夠的剛度和抗振性，具在較好的熱穩(wěn)定性，即主軸的軸向和徑向尺寸隨溫度變化較小。</p><p>　　4.動(dòng)態(tài)響應(yīng)性要求主軸升降速時(shí)間短，調(diào)速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。對(duì)有的機(jī)床需同時(shí)能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切削，則要求換向時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，即要求

63、有四象限驅(qū)動(dòng)能力。</p><p>　　3.1.3主軸電動(dòng)機(jī)選型</p><p>　　查機(jī)電一體化手冊(cè)車削功率在5-8kw之間根據(jù)切削功率PC與主傳動(dòng)鏈的總效率η估算,即P=。主傳動(dòng)鏈的功率效率η=0.7—0.85， 數(shù)控車床多采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)和較短的機(jī)械傳動(dòng)鏈，效率較大，因此取=0.78,則估計(jì)P在6.41kw~10.25kw.之間。</p><p>　　數(shù)控車床的

64、加工范圍一般都比較大，切削功率PC可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力</p><p><b>　　PC=KW</b></p><p>　　---主切削力的切向分力，N；</p><p>　　---切削速度N??；</p><p>　　查金屬切削手冊(cè)知，以硬質(zhì)合金刀具車削合金結(jié)構(gòu)鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切

65、向分力大約在2500左右，切削速度取90—250r/min，則知道 </p><p>　　PC=2500120/60000=5kw</p><p><b>　　P==6.4kw</b></p><p>　　考慮到空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動(dòng)件在空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的摩損功耗，傳動(dòng)件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動(dòng)載荷的摩擦損耗等。<

66、;/p><p>　　CK6140數(shù)控車床床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國(guó)內(nèi)外同類機(jī)床的電動(dòng)機(jī)功率，此機(jī)床可以選取7.5kw的電動(dòng)機(jī)，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范圍比較大，選用交流變頻電動(dòng)機(jī)TLD12-YVP112，標(biāo)稱功率7.5kw，額定轉(zhuǎn)矩60N?m 。</p><p>　　3.2變頻器電動(dòng)機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)裝置</p><p>　　3.2.1 三菱 D700主軸驅(qū)動(dòng)裝置 </p

67、><p>　　主軸系統(tǒng)主要由主軸驅(qū)動(dòng)裝置及主軸電動(dòng)機(jī)組成。三菱D700變頻器作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置。本機(jī)床采用通用變頻器作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置。</p><p>　　（1）變頻器的工作原理：</p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整

68、流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。</p><p>　?。?）變頻器的調(diào)速：</p><p>　　基于調(diào)速方便、節(jié)能、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)，變頻調(diào)速器已逐漸

69、替代傳統(tǒng)的變極調(diào)速、電磁調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速方式。在推出PWM磁通矢量控制的變頻器數(shù)年后，1998年末又出現(xiàn)采用DTC控制技術(shù)的變頻器。ABB公司的ACS600系列是第一代采用DTC技術(shù)的變頻器，它能夠用開環(huán)方式對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行準(zhǔn)確控制，而且動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)已優(yōu)于PWM閉環(huán)控制指標(biāo)。直接轉(zhuǎn)矩控制以測(cè)量電機(jī)電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機(jī)模型的輸入。該模型每隔25μs產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通實(shí)際值，轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器將轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值與轉(zhuǎn)矩和磁

70、通的給定值進(jìn)行比較，以確定最佳開關(guān)位置。由此可以看出它是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁通的測(cè)量，即刻調(diào)整逆變電路的開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通，以達(dá)到精確控制的目的。</p><p>　　3.2.2 設(shè)備的選型方法</p><p>　　1、 根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。如負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載可選擇西門子MMV/MDV變頻器，F(xiàn)ANUC變頻器，ABB 公司ACS400 系列變頻器等；如負(fù)載為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載可選

71、擇西門子ECO 、MM430 變頻器，ABB 公司ACS800 系列變頻器等。</p><p>　　2、選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加10％而溫升會(huì)增加20％左右。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有

72、余量，以防止溫升過(guò)高，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。</p><p>　　3、變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一、兩檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。</p><p>　　4、當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺(tái)電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過(guò)規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來(lái)選擇變頻器。另

73、外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F 控制方式，并且變頻器無(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、過(guò)載保護(hù)，此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)側(cè)加熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。</p><p>　　5、對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。</p><p>　　6、使用變頻器控制高速電機(jī)時(shí)，由于高速電動(dòng)機(jī)的電抗小，會(huì)產(chǎn)生較多的高次諧波。而這些高次諧波會(huì)使變

74、頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。</p><p>　　7、 變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作，否則會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會(huì)造成變頻器損壞。</p><p>　　8、驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危

75、險(xiǎn)場(chǎng)所之外。</p><p>　　9、使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤(rùn)滑方式的制約。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過(guò)額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤(rùn)滑油用光的危險(xiǎn)。因此，不要超過(guò)最高轉(zhuǎn)速容許值。</p><p>　　10、 變頻器驅(qū)動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)機(jī)繞組的阻抗小，因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起

76、的過(guò)電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。</p><p>　　3.2.3 三菱D700變頻器</p><p>　　本機(jī)床采用通用三菱D700變頻器作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置。三菱D700變頻器各端子功能如圖3－1所示。</p><p>　　圖3-1 三菱D700變頻器接線端子說(shuō)明</p><p>　　變頻器控制端子說(shuō)明： </p&

77、gt;<p>　　STF：正轉(zhuǎn)啟動(dòng)。當(dāng)STF信號(hào)ON時(shí)為正轉(zhuǎn)，OFF時(shí)為停止指令。 </p><p>　　STR：反轉(zhuǎn)啟動(dòng)。當(dāng)STR信號(hào)ON時(shí)為反轉(zhuǎn)，OFF時(shí)為停止指令。 </p><p>　　RH、RM、RL：多段數(shù)選擇?？筛鶕?jù)端子RH、RM、RL信號(hào)的短路組合，進(jìn)行多段速度的選擇。根據(jù)輸入端子功能的選擇（Pr.60—Pr.63）可改變端子的功能。</p>&

78、lt;p>　　SD：接點(diǎn)（端子STF、STR、RH、RM、RL）輸入的公共端子。</p><p>　　10：頻率設(shè)定用電源，DC5V，允許負(fù)荷電流為10mA。</p><p>　　2：頻率設(shè)定（電壓信號(hào)）。輸入DC0~5V（0~10V）時(shí)，輸出成比例：輸入5V（10V）時(shí)，輸出為最高頻率。5V/10V切換用Pr.73“0—5V，0—10V選擇”進(jìn)行。</p><p

79、>　　5：頻率設(shè)定公共輸入端。</p><p>　　3.2.4 變頻器主軸伺服驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　如圖3-2所示，采用三相交流380V電源供電；速度指令由0、L腳輸入(在數(shù)控車床上一般由數(shù)控裝置或PLC的模擬量輸出接口輸入)，指令電壓范圍是0-10V；主軸電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停止以及旋轉(zhuǎn)方向由繼電器KA1、KA2控制，當(dāng)KA1閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)KA2閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，若KA1、

80、KA2同時(shí)都斷開或閉合則電動(dòng)機(jī)停止，也可以定義為KA1控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，KA2控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。變頻器根據(jù)輸入的速度指令和運(yùn)行狀態(tài)指令輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電壓，控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖3-2變頻器主軸伺服驅(qū)動(dòng)圖</p><p>　　數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述</p><

81、p>　　伺服控制系統(tǒng)是聯(lián)接數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床的樞紐，其性能是影響數(shù)控機(jī)床精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。</p><p>　　機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分組成。對(duì)于數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)，按其反饋信號(hào)的有無(wú)，分為開環(huán)和閉環(huán)兩種位置控制方式。位置控制系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動(dòng)器中的位置控制模塊、速度控制模塊、位置檢測(cè)及反饋控制等各部分組成。開環(huán)位置控制不需要位置檢測(cè)及反

82、饋，閉環(huán)位置控制需要位置檢測(cè)及反饋。位置控制反饋能夠精確地控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，快速而準(zhǔn)確地跟蹤指令運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　4.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選型與控制原理</p><p>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由各軸進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及其伺服電動(dòng)機(jī)組成。</p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)裝置接受從主控制單元發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電電動(dòng)機(jī)，從

83、而通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)精確的工作進(jìn)給和快速移動(dòng)。 </p><p>　　臺(tái)達(dá)的B系列伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要分為SVM、SVM—HV兩種，其中SVM型的一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置最多可帶三個(gè)伺服軸，而SVM—HV型的一個(gè)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)裝置最多可帶兩個(gè)伺服軸。而且根據(jù)不同的CNC裝置使用不同的接口類型。</p><p>　　ASDA-B2伺服驅(qū)動(dòng)裝置接口信號(hào)的定義如圖4－1所示。</p>

84、<p>　　圖4－1 ASDA-B2伺服驅(qū)動(dòng)裝置接口信號(hào)的定義</p><p>　　4.3 伺服電機(jī)的選型</p><p>　　臺(tái)達(dá)伺服系統(tǒng)是高性價(jià)比高可靠性的CNC系統(tǒng)，。圖 4-2所示為機(jī)床水平進(jìn)給軸示意圖。</p><p>　　圖4-2 水平進(jìn)給軸示意圖</p><p>　　4.3.1負(fù)載力矩的計(jì)算</p>

85、<p><b>　　一般計(jì)算公式：</b></p><p>　　其中， 加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩，N·m；F：沿坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)部件所需的力，kgf；L：電機(jī)轉(zhuǎn)一圈機(jī)床的移動(dòng)距離（與絲桿螺距有關(guān)）； ：滾珠絲桿螺母或軸承加到電機(jī)軸上的摩擦力矩。</p><p>　　無(wú)論是否在切削，水平軸或垂直軸，F(xiàn) 值取決于工作臺(tái)的重量和摩擦系數(shù)。</p>

86、<p>　　=100 +0.05(7000 +50+ 30)= 454 kgf</p><p><b>　　=</b></p><p>　　所選伺服電機(jī)其靜態(tài)力矩應(yīng)大于 6.6N m，參照表 4-2，可以選擇12/2000、22/2000 、C12/2000 等靜態(tài)力矩為12 N·m 或以上的伺服電機(jī)。</p><p>

87、　　表4-2 a、aC 和 β 系列部分電機(jī)性能參數(shù)表</p><p>　　4.3.2負(fù)載慣量的計(jì)算</p><p>　　負(fù)載慣量的計(jì)算一般包括滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和工作臺(tái)的移動(dòng)慣量等。</p><p>　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式：，其中表示物體的比重，；</p><p><b>　　對(duì)于本車床：</b></p>

88、<p>　　移動(dòng)慣量的計(jì)算公式：，其中，L表示電機(jī)一轉(zhuǎn)工作臺(tái)移動(dòng)的距離。</p><p>　　負(fù)載慣量合計(jì) =0.0199+0.0115 =0.021</p><p>　　負(fù)載慣量對(duì)電機(jī)的控制特性和快速移動(dòng)的加/減速時(shí)間都有很大影響，負(fù)載慣量過(guò)大時(shí)，進(jìn)給軸需要較長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)指令的速度，會(huì)造成較大的加工誤差 一般來(lái)說(shuō)負(fù)載慣量應(yīng)小于電機(jī)慣量或在在電機(jī)慣量的 倍以內(nèi) 對(duì)于前文提到的幾種伺

89、服電機(jī)，通過(guò)負(fù)載慣量比判定如表4-3所示</p><p>　　表4-3負(fù)載慣量比判定</p><p>　　4.3.3加速力矩的計(jì)算</p><p>　　將加速度乘以總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（電機(jī)慣量加負(fù)載慣量），其結(jié)果就是加速力矩。然后計(jì)算加速力矩開始下降時(shí)的速度 r，參照電機(jī)的速度 轉(zhuǎn)矩特性圖來(lái)分析加速力矩是否在要求的工作區(qū)內(nèi)</p><p><

90、b>　　一般計(jì)算公式：</b></p><p>　　其中，：加速力矩，：電機(jī)快速移動(dòng)速度， ：加速時(shí)間，：負(fù)載慣量，：電機(jī)慣量，：位置回路增益</p><p>　　當(dāng)選擇aC12/2000 電機(jī)時(shí)，電機(jī)慣量=0.64，=2000 r/min</p><p><b>　　= 17.72</b></p><p&

91、gt;　　==1366r/min</p><p>　　其中，：加速力矩開始下降時(shí)的速度</p><p>　　由圖4-3 所示的 aC12/2000 電機(jī)速度轉(zhuǎn)矩特性圖可知，當(dāng)加速力矩=17.72、下降速度 =1366 r /min時(shí)，處于斷續(xù)工作區(qū)（intermittent operating）內(nèi)，電機(jī) aC12/2000 可滿足加速要求</p><p>　　圖4-

92、3 aC12/2000電機(jī)速度轉(zhuǎn)矩特性圖</p><p>　　數(shù)控車床輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1數(shù)控車床輔助系統(tǒng)概述</p><p>　　刀架運(yùn)動(dòng)是指實(shí)現(xiàn)刀架上刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)和刀架的開定位、定位與夾緊的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。刀架運(yùn)動(dòng)是由換刀交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　5.2 刀架傳動(dòng)系統(tǒng)</p>&l

93、t;p>　　刀具自動(dòng)交換裝置可分為兩種，即轉(zhuǎn)塔式和刀庫(kù)式。</p><p>　　轉(zhuǎn)塔式刀具交換裝置又分為回轉(zhuǎn)刀架和轉(zhuǎn)塔頭?；剞D(zhuǎn)刀架主要應(yīng)用于數(shù)控車床和數(shù)控車削加工中心，轉(zhuǎn)塔頭主要應(yīng)用于數(shù)控鉆、鏜、銑床中。</p><p>　　刀庫(kù)式刀具交換裝置又分為刀具與主軸之間直接換刀和用機(jī)械手配合刀具庫(kù)換刀。刀庫(kù)式刀具交換裝置廣泛應(yīng)用于各類加工中心中，刀具與主軸之間直接換刀與用機(jī)械手配合刀具庫(kù)換

94、刀其主要區(qū)分在于刀庫(kù)的容量不同，用機(jī)械手配合刀具庫(kù)換刀裝置的容量較大，而刀具與主軸之間直接換刀的刀庫(kù)容量受限。它們只是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方式不同。</p><p>　　數(shù)控車床，作為普通型數(shù)控車床根據(jù)其加工工藝選用四工位電動(dòng)刀架。</p><p>　　5.2.1數(shù)控車床電動(dòng)刀架</p><p>　　數(shù)控車床的刀架是車床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一 定程度上

95、，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了車床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，所以有如下要求： </p><p>　　(1)轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全； </p><p>　　(2)按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時(shí)間短； </p><p>　　(3)重復(fù)定位精度高； </p><p>　　(4)防水、防屑，密封性能優(yōu)良； </p><p>　　(5)夾

96、緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削。</p><p>　　數(shù)控車床電動(dòng)刀架的選擇合理與否，直接關(guān)系到機(jī)床的加工效率與可靠性。小因刀具顫動(dòng)給加工工件所造成的影響，如工件表面的振紋。</p><p>　　5.2.2 電動(dòng)刀架連接電路</p><p><b>　　電路分析： </b></p><p>　　當(dāng)過(guò)載情況發(fā)生時(shí)，過(guò)載保護(hù)器的脫

97、扣器脫開，切斷刀架電機(jī)電源，使刀架電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以防止電機(jī)燒毀。</p><p>　　正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)交流接觸器之間設(shè)計(jì)為互鎖保護(hù)，防止有兩接觸器同時(shí)吸合的情況發(fā)生。</p><p>　　設(shè)計(jì)安裝三相滅弧器，以消除當(dāng)交流接觸器吸合與斷開時(shí)產(chǎn)生的電弧，以保護(hù)交流接觸器與刀架電機(jī)。電動(dòng)刀架連接圖如圖5-1所示</p><p>　　圖5-1 刀架正反轉(zhuǎn)電路</p>

98、;<p>　　如圖5-1我們可看出電動(dòng)刀架的電路設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，在數(shù)控車床設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們注意了以下幾點(diǎn)：</p><p>　　注意：過(guò)載保護(hù)器又稱過(guò)電流保護(hù)器，需依各類型刀架電機(jī)做適當(dāng)?shù)碾娏髦翟O(shè)，（設(shè)定值必須嚴(yán)格按照刀塔電機(jī)外罩的標(biāo)識(shí)設(shè)置）。當(dāng)過(guò)載情況發(fā)生時(shí)，過(guò)載保護(hù)器的脫扣器脫開，切斷刀架電機(jī)電源，使刀架電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以防止電機(jī)燒毀。并立即檢查過(guò)電流的原因，才可使電流保護(hù)器復(fù)位。</p&

99、gt;<p>　　數(shù)控車床控制界面設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 VB設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　VB 是一種可視化的通用編程語(yǔ)言,具有易學(xué) 易用,調(diào)試方便,功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。目前，用戶圖形界面(GUl)較為流行。VB提供了3種風(fēng)格GUI：?jiǎn)挝臋n界面(SDl)、多文檔界面(MDl)、列表式界面(LDl)。其中：?jiǎn)挝臋n界面(SDl)如Windows自帶的N

100、otepad；多文檔界面(MDl)如常用的Word；列表式界面(LDl)如Windows中的資源管理器。</p><p>　　由于VB編程是基于"消息響應(yīng)"模型的，也就是說(shuō)使用VB開發(fā)的是事件驅(qū)動(dòng)風(fēng)格的系統(tǒng)，因此，編程工作的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)消息響應(yīng)的子程序。典型的編程工作是：設(shè)計(jì)當(dāng)某對(duì)象發(fā)生某個(gè)事件(如：被單擊)時(shí)所做出的響應(yīng)，這種響應(yīng)又稱為事件過(guò)程。</p><p>　

101、　6.2數(shù)控車床控制面板概述</p><p>　　通常數(shù)控車床的操作面板由機(jī)床控制面板和數(shù)控系統(tǒng)操作面板兩部分組成，而對(duì)于本次數(shù)控車床的設(shè)計(jì)，采用VB程序開發(fā)的界面，具有可操作性高，簡(jiǎn)單，方便等特點(diǎn)，下面一一做介紹。 </p><p>　　1、機(jī)床控制主面板 機(jī)床控制面板上的通過(guò)各種功能鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能操作，直接控制機(jī)床的動(dòng)作及加工過(guò)程。</p><p><b

102、>　　圖6-1 主控界面</b></p><p>　　2、數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)操作面板 由運(yùn)動(dòng)顯示和運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置，以及位置顯示等部分組成，其中顯示主要用來(lái)顯示相關(guān)坐標(biāo)位置、機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，報(bào)警等信息；而參數(shù)設(shè)置，可以直接通過(guò)鍵盤輸入數(shù)值，操作直觀。按鍵設(shè)置上設(shè)置有不同的停止模式，適用不同場(chǎng)合，運(yùn)動(dòng)操作面板如圖所示。</p><p>　　圖6-2 運(yùn)動(dòng)控制界面</p>

103、<p>　　3、數(shù)控系統(tǒng)手動(dòng)操作面板 本操作面板主要適用于直接對(duì)車床的位置的微調(diào)，例如對(duì)刀，原點(diǎn)設(shè)置，以及回原點(diǎn)操作。</p><p>　　圖6-3 手動(dòng)控制界面</p><p>　　4、數(shù)控系統(tǒng)I/O操作面板 I/O操作面板主要用來(lái)檢測(cè)各傳感器的執(zhí)行情況，以及可以通過(guò)手動(dòng)操作，直接觀察動(dòng)作部件的運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)于機(jī)床功能檢測(cè)，檢修功能十分方便。</p><p&g

104、t;　　圖6-4 IO檢測(cè)控制界面</p><p>　　數(shù)控車床控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　7.1數(shù)控控制器概述</p><p>　　可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化控制裝置，目前已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備。</p><p>　　可編程控制器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種通用工業(yè)控制器。&

105、lt;/p><p>　　在此之前，機(jī)床的順序控制是以機(jī)床當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)為依據(jù)，使機(jī)床按預(yù)先規(guī)定好的動(dòng)作依次地工作，這種控制方式的實(shí)現(xiàn)，是由傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路RLC完成的。RLC是將繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等機(jī)電式控制器件用導(dǎo)線、端子等連接起來(lái)的電路，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的順序控制功能。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的控制由數(shù)控裝置和可編程控制器協(xié)調(diào)配合共同完成：數(shù)控裝置主要完成與數(shù)字運(yùn)算和管理等有關(guān)的

106、功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等； 可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒有實(shí)現(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)上的具體要求。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制卡是基于PC總線，利用高性能微處理器（如DSP）及大規(guī)?？删幊唐骷?shí)現(xiàn)多個(gè)伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制的一種高性能的步進(jìn)/伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，包括脈沖輸出、脈沖計(jì)數(shù)、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、D/A輸出等功能，它可以發(fā)出連續(xù)的、高頻率的脈沖串，通

107、過(guò)改變發(fā)出脈沖的頻率來(lái)控制電機(jī)的速度，改變發(fā)出脈沖的數(shù)量來(lái)控制電機(jī)的位置，它的脈沖輸出模式包括脈沖/方向、脈沖/脈沖方式。脈沖計(jì)數(shù)可用于編碼器的位置反饋，提供機(jī)器準(zhǔn)確的位置，糾正傳動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。數(shù)字輸入/輸出點(diǎn)可用于限位、原點(diǎn)開關(guān)等。庫(kù)函數(shù)包括S型、T型加速，直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，多軸聯(lián)動(dòng)函數(shù)等。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中需要精確定位、定長(zhǎng)的位置控制系統(tǒng)和基于PC的NC控制系統(tǒng)。具體就是將實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的底層軟件和硬件集成在一

108、起，使其具有伺服電機(jī)控制所需的各種速度、位置控制功能,這些功能能通過(guò)計(jì)算機(jī)方便地調(diào)用。</p><p>　　7.1．1可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)：</p><p>　?。?）PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機(jī)系統(tǒng)。為了適應(yīng)順序控制的要求，PLC省去了微機(jī)的一些數(shù)字運(yùn)算功能，而強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算控制功能，是一種介于繼電器控制和微機(jī)控制之間的自動(dòng)控制裝置；</p><p&g

109、t;　?。?）PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的，所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力。除輸入/輸出部分采用光電隔離的措施外，對(duì)電源、運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器等也設(shè)置了多種保護(hù)和屏蔽。PLC沒有繼電器那種機(jī)械觸點(diǎn)，因此，不存在觸點(diǎn)的接觸不良、熔焊、磨損和線圈損壞等故障；</p><p>　?。?）相對(duì)于RLC，PLC采用軟件實(shí)現(xiàn)用戶控制邏輯，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)作復(fù)雜的控制邏輯和數(shù)

110、控機(jī)床的機(jī)電一體化；</p><p>　?。?）目前大多數(shù)的PLC，均采用梯形圖編程方式。梯形圖與繼電器邏輯控制電路圖十分相似，圖形符號(hào)形象直觀、工作原理易于理解和掌握、編程簡(jiǎn)單、操作方便、改變程序靈活；</p><p>　?。?）PLC可與編程器、個(gè)人計(jì)算機(jī)等聯(lián)接，可以很方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲(chǔ)和傳送等操作。</p><p>　　7.1.2可編程控制

111、器的組成及工作方式：</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專用計(jì)算機(jī)，它的組成形式基本上與微機(jī)相同，主要包括：</p><p>　　微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、用戶輸入/輸出部分、輸入/輸出擴(kuò)展接口、外圍設(shè)備以及電源等。對(duì)于內(nèi)裝型PLC，CPU、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備、電源等部分一般與CNC裝置共用。</p><p>　　PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序，每一時(shí)刻執(zhí)

112、行一條指令，由于相對(duì)于外部電氣信號(hào)有足夠的執(zhí)行速度，從宏觀上看是實(shí)時(shí)響應(yīng)的。對(duì)用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時(shí)掃描兩種，掃描過(guò)程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，圖9-1為數(shù)控車床中的PLC系統(tǒng)。</p><p>　　圖9-1 數(shù)控車床中的PLC</p><p>　　7.2 PLC選型及I/O接線圖</p><p>　　數(shù)控機(jī)床PLC有多

113、種型號(hào)有多種型號(hào)。根據(jù)控制要求、PLC控制系統(tǒng)選用SIMENSE的S7-200型號(hào)，其I/O端子接線圖如圖9-2所示。</p><p>　　圖9-2 I/O接口連接圖</p><p>　　7.3 PLC程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅

114、檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程．“千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)

115、會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)． 通過(guò)這次數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)進(jìn)行一次冷沖壓模具設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固與擴(kuò)充了冷沖壓模具設(shè)計(jì)等課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，掌握冷沖壓模具設(shè)計(jì)的基本的模具技能懂得了怎樣分析零件的工藝性，怎樣確定工藝方案，了解了模具的基本結(jié)構(gòu)，提高了計(jì)算