數(shù)控技術課程設計CK516數(shù)控化車床的電氣控制電路設計

1、目 錄引 言1第一章 緒論21.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢31.2 計算機數(shù)控的發(fā)展41.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢41.4 機床數(shù)控化改造的必要性51.4.1 微觀看改造的必要性51.4.2 宏觀看改造的必要性51.5 機床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場61.5.1 國內機床數(shù)控化改造的市場61.5.2 進口設備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場61.6 數(shù)控化改造的內容及優(yōu)缺點61.6.1 國外改造業(yè)的興起61.6.2數(shù)控化改造的內容71.6.3 數(shù)控化改造的優(yōu)缺點7第二章 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)綜述82.1 典型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)82.2 數(shù)控機床運動坐標的電氣控制9第三章 ck516車床數(shù)控系統(tǒng)選用及連接

2、103.1 數(shù)控系統(tǒng)選用103.1.1 系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)103.1.2 微機系統(tǒng)103.2 fanuc 0i系統(tǒng)的連接11第四章 ck516數(shù)控車床的電氣部分設計124.1 ck516數(shù)控車床的電氣控制要求124.2 ck516數(shù)控車床的電氣控制方案設計134.2.1 交流伺服電機的確定134.2.2 變頻器的確定134.2.3 控制變壓器的確定144.2.4 電氣系統(tǒng)框圖設計144.2.5 強電主回路的設計144.2.6 機床控制電源的設計164.2.7 伺服驅動系統(tǒng)控制設計164.2.8 交流控制回路的設計184.2.9 主軸潤滑系統(tǒng)的控制設計184.2.10 刀臺的自動控制設計1

3、94.2.11 交流控制回路的輔助回路設計20結 論21致 謝22參考文獻23引 言世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應用，計算機及控制技術在機械制造設備中的應用是世紀內制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術進步。自從年美國第臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了個年頭。數(shù)控設備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成龐大的數(shù)控制造設備家族。由于市場競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新極為迅速。隨著汽車工業(yè)以及輕工消費品生產(chǎn)的高速增長，中小批量零件的生產(chǎn)及復雜零件越來越多，精度要求也越來越高，這就要求加工設備具有很高的效率和加工精度。而傳統(tǒng)的普通機床已遠遠不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。而以數(shù)控機床為代表的數(shù)

4、控設備的生產(chǎn)與應用水平反映了一個國家的機械與電子水平。它的推廣應用對于提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質量，改變我國制造技術落后的狀況起著極為重要的作用。數(shù)控系統(tǒng)技術的突飛猛進為數(shù)控機床的技術進步提供了條件。為了滿足市場的需要，達到現(xiàn)代制造技術對數(shù)控技術提出的更高的要求，當前，世界數(shù)控技術及其裝備的發(fā)展主要體現(xiàn)為以下幾方面技術特征：1、高速、高效 機床向高速化方向發(fā)展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質量和精度。超高速加工技術對制造業(yè)實現(xiàn)高效、優(yōu)質、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。2、高精度 從精密加工發(fā)展到超精密加工，是世界各工業(yè)強國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，

5、乃至納米級(10nm)，其應用范圍日趨廣泛。3、高可靠性 隨著數(shù)控機床網(wǎng)絡化應用的發(fā)展，數(shù)控機床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造商和數(shù)控機床制造商追求的目標。對一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1(數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級)。此時數(shù)控系統(tǒng)的mtbf就要大于33333.3小時，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅動等的mtbf就必須大于10萬小時。4、復合化 在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此，復合功能的機床成為近年來發(fā)展很快的機種。5、多軸化 隨著5軸

6、聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和編程軟件的普及，5軸聯(lián)動控制的加工中心和數(shù)控銑床已經(jīng)成為當前的一個開發(fā)熱點，由于在加工自由曲面時，5軸聯(lián)動控制對球頭銑刀的數(shù)控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3軸聯(lián)動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參予切削，因此，5軸聯(lián)動機床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經(jīng)成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。6、智能化 智能化是21世紀制造技術發(fā)展的一個大方向。智能加工是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、數(shù)字化網(wǎng)絡技術和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定

7、性的、要由人工干預才能解決的問題。7、網(wǎng)絡化 數(shù)控機床的網(wǎng)絡化，主要指機床通過所配裝的數(shù)控系統(tǒng)與外部的其它控制系統(tǒng)或上位計算機進行網(wǎng)絡連接和網(wǎng)絡控制。8、柔性化 數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復合加工機床)、線(fmc、fms、ftl、fml)向面(工段車間獨立制造島、fa)、體(cims、分布式網(wǎng)絡集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標；注重加強單元

8、技術的開拓、完善；cnc單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控機床及其構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與cad、cam、capp、mts聯(lián)結，向信息集成方向發(fā)展；網(wǎng)絡系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展9、綠色化 21世紀的金切機床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實現(xiàn)切削加工工藝的綠色化。總之，數(shù)控機床技術的進步和發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使制造業(yè)向著高效、優(yōu)質以及人性化的方向發(fā)展?？梢灶A見，隨著數(shù)控機床技術的發(fā)展和數(shù)控機床的廣泛應用，制造業(yè)將迎來一次足以撼動傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。第一章 緒論根據(jù)機械設計制造及其自動化專業(yè)的教學大綱要求：本專業(yè)學生熟悉掌握機電一體化產(chǎn)品的設計、制

9、造、使用與維修，培養(yǎng)學生能夠靈活運用所學專業(yè)課程知識，具有研究開發(fā)的綜合素質與能力；這次畢業(yè)設計以ck516數(shù)控機床設計作為課題，是我們綜合運用所學的基本知識、基礎理論和基本技能，提高分析解決實際問題的能力,提高實際工作能力的檢驗。是對三年學習的一個總結與回顧。ck516型數(shù)控立式車床簡介ck516型數(shù)控立式車床特點： 該機床采用日本fanuc-0i系統(tǒng)，中文液晶顯示，配有刀具補償，手動/自動回參考點和自動診斷監(jiān)視顯示功能，實現(xiàn)機床的機電液一體化自動控制。 機床底座采用樹脂砂整體式鑄件結構，對稱加強筋強化加固。使機床具有高剛性、高強度、高抗振性，且具有排屑方便、不滲漏的特點。 主軸單元采用進口

10、高剛度的短粗型主軸，主軸箱為對稱式結構，懸掛在機床底座上。主軸采用fanuc電機驅動，配有西德zf公司兩檔變速箱，實現(xiàn)機床的低噪聲、低振動、大扭矩、大功率切削的需要。 機床導軌、絲杠采用日本thk公司的高精度、重負荷直線滾動導軌和滾珠絲杠副。并配有德國進口六工位或八工位電動轉塔刀架以及自動潤滑裝置定時供油潤滑。 ck516型數(shù)控立式車床主要性能及使用范圍： 該機床是以車削各種材料的多臺階、多內孔的盤類、短軸類零件為主要加工對象，如齒輪毛坯、法蘭盤、剎車盤等零件的外圓、內孔、外端面等的粗車、半精車和精車等工序。一次裝夾可完成復雜零件的大部或全部加工要求，特別適用多品種，小批量的加工盤點。 ck5

11、16數(shù)控立式車床主要技術參數(shù)： 床身上旋轉直徑 800mm； 最大加工直徑 630mm； 最大加工長度 350mm； 主軸轉速范圍（無級） 50-1500r/min； 主電機功率 22kw； 快移速度 （縱向）z：10m/min、（橫向）x：10m/min； 最大行程 （縱向）z：600mm； （橫向）x：650mm； 機床外形尺寸（長寬高） 330280340cm； 機床重量 12500kg。ck516立式數(shù)控車床具有當代同類產(chǎn)品的優(yōu)點，機電液一體化結構，占地面積小，布局合理，安裝、維修方便。機床具有高轉速、大扭矩、高剛性等特點，外購件全部采用知名品牌產(chǎn)品，具有高可靠性和高耐用性。該車床可加

12、工輪轂、剎車轂等各類短軸類、盤類零件，車削螺紋、圓弧、圓錐、回轉體的內外曲面、端面溝槽、鉆、擴、鉸等，適用于形狀復雜的中小批量零件，以及精度、尺寸一致性要求高的大批量零件的加工。該車床在國內外汽車行業(yè)廣泛應用，是一種高效、高精度、高效益、低成本，投資回報期短，性能價格比較高的機床。1.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢 1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機

13、床產(chǎn)生了質的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。1數(shù)控（nc）階段（19521970年）早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（hard-wired nc），簡稱為數(shù)控（nc）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代-電子管；1959年的第二代-晶體管；1965年的第三代-小規(guī)模集成電路。1.2 計算機數(shù)控的發(fā)展到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（

14、cnc）階段（把計算機前面應有的通用兩個字省略了）。到1971年，美國intel公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件-運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（microprocessor），又可稱為中央處理單元（簡稱cpu）。到1974年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。到了1990年，pc機（

15、個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于pc的階段?？傊?，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代-小型計算機；1974年的第五代-微處理器和1990年的第六代-基于pc（國外稱為pc-based）。還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控（即cnc）了，而我國仍習慣稱數(shù)控（nc）。所以我們日常講的數(shù)控，實質上已是指計算機數(shù)控了。1.3 數(shù)控未來發(fā)展的趨勢（1）繼續(xù)向開放式、基于pc的第六代方向發(fā)展基于pc所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用pc機

16、作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。pc機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。（2）向高速和高精度化發(fā)展 這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。（3）向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。1.4 機床數(shù)控化改造的必要性1.4.1 微觀看改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。（1）可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確

17、地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。（2）可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高37倍。（3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要修配。（4）可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。（5）擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。（6）由以上五條派生的好處。：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應等等。1.4.2 宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年

18、代末、80年代初已開始大規(guī)模應用數(shù)控機床。其本質是，采用信息技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、fmc、fms外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行cad、cae、cam、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行mis（管理信息系統(tǒng)）、cims等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已達20

19、.8，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。1.5 機床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場1.5.1 國內機床數(shù)控化改造的市場我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6。我國機床役齡10年以上的占60以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20，fmc/fms等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以

20、上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。1.5.2 進口設備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產(chǎn)線進行技術改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從19791988年10年間，全國引進技術改造項目就有18446項，大約165.8億美元。這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產(chǎn)線不能正常運轉，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設

21、備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結果運轉不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。這些不能使用的設備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術難點，解決關鍵技術問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。這也是一個

22、極大的改造市場。1.6 數(shù)控化改造的內容及優(yōu)缺點1.6.1 國外改造業(yè)的興起在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個永恒的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：bertsche工程公司、ayton機床公司、devlieg-bullavd（得寶）服務集團、us設備公司等。美國得寶公司已

23、在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。1.6.2數(shù)控化改造的內容機床的數(shù)控化改造主要內容有以下幾點：其一是恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復；其二是nc化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成nc機床、cnc機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的cnc系統(tǒng)以最新cnc進行更新；其四是技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了

24、使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。1.6.3 數(shù)控化改造的優(yōu)缺點（1）減少投資額、交貨期短同購置新機床相比，一般可以節(jié)省6080的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。（2）機械性能穩(wěn)定可靠，所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造后的機床性能高、質量好，可以作為新設備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。（3）可以采用最新的控制技術可根據(jù)技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高設備

25、質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。其改造涉及到機械、電氣、計算機等領域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，先易后難、先局部后全局。第二章 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)綜述2.1 典型數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)一臺典型的數(shù)控機床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1 電氣控制系統(tǒng)（1）數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。（2）數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床的中樞，它將接到的全部功能指令進行解碼、運算，然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制

26、指令，直至運動和功能結束。（3）可編程邏輯控制器是機床各項功能的邏輯控制中心。它將來自cnc的各種運動及功能指令進行邏輯排序，使它們能夠準確地、協(xié)調有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給cnc，使cnc能及時準確地發(fā)出進一步的控制指令，如此實現(xiàn)對整個機床的控制。（4）主軸驅動系統(tǒng)接受來自cnc的驅動指令，經(jīng)速度與轉矩(功率)調節(jié)輸出驅動信號驅動主電動機轉動，同時接受速度反饋實施速度閉環(huán)控制。它還通過plc將主軸的各種現(xiàn)實工作狀態(tài)通告cnc用以完成對主軸的各項功能控制。（5）進給伺服系統(tǒng)接受來自cnc對每個運動坐標軸分別提供的速度指令，經(jīng)速度與電流(轉矩)調節(jié)輸出驅動信號驅動伺

27、服電機轉動，實現(xiàn)機床坐標軸運動，同時接受速度反饋信號實施速度閉環(huán)控制。它也通過plc與cnc通信，通報現(xiàn)時工作狀態(tài)并接受cnc的控制。（6）電器硬件電路隨著plc功能的不斷強大，電器硬件電路主要任務是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器。（7）機床(電器部分)包括所有的電動機、電磁閥、制動器、各種開關等。（8）速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速機來完成。（9）位置測量采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測量元件。對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量，將測量值反饋到cnc并與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置，從而實現(xiàn)對位置的精確控制。（10）外部設備一般指

28、pc計算機、打印機等輸出設備。2.2 數(shù)控機床運動坐標的電氣控制數(shù)控機床一個運動坐標的電氣控制由電流(轉矩)控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)串聯(lián)組成。其控制框圖如圖2所示。圖2 數(shù)控機床運動坐標控制框圖（1）電流環(huán)是為伺服電機提供轉矩的電路。一般情況下它與電動機的匹配調節(jié)已由制造者作好了或者指定了相應的匹配參數(shù)，其反饋信號也在伺服系統(tǒng)內聯(lián)接完成，因此不需接線與調整。（2）速度環(huán)是控制電動機轉速亦即坐標軸運行速度的電路。速度調節(jié)器是比例積分(pi)調節(jié)器，其p、i調整值完全取決于所驅動坐標軸的負載大小和機械傳動系統(tǒng)(導軌、傳動機構)的傳動剛度與傳動間隙等機械特性，一旦這些特性發(fā)生明顯變化時，首先需

29、要對機械傳動系統(tǒng)進行修復工作，然后重新調整速度環(huán)pi調節(jié)器。（3）位置環(huán)是控制各坐標軸按指令位置精確定位的控制環(huán)節(jié)。位置環(huán)將最終影響坐標軸的位置精度及工作精度。位置環(huán)將最終影響坐標軸的位置精度及工作精度。這其中有兩方面的工作：一是位置測量元件的精度與cnc系統(tǒng)脈沖當量的匹配問題。二是位置環(huán)增益系數(shù)kv值的正確設定與調節(jié)。（4）前饋控制與反饋相反，它是將指令值取出部分預加到后面的調節(jié)電路，其主要作用是減小跟蹤誤差以提高動態(tài)響應特性從而提高位置控制精度。第三章 ck516車床數(shù)控系統(tǒng)選用及連接cnc系統(tǒng)的組成1、數(shù)控機床用可編程控制器（plc）采用plc提高了cnc系統(tǒng)的靈活性、可靠性和利用率，并

30、使結構更加緊湊。2、驅動裝置 驅動裝置由執(zhí)行元件（如步進電動機、交/直流伺服電動機）和相應的控制電路組成，包括機床的主驅動和進給驅動。驅動裝置接受來自cnc裝置的位置指令脈沖或速度控制指令，由控制單元控制電動機，按指令要求驅動機床相關的運動部件，已指定速度進行位置移動或轉動。3、cnc裝置 cnc裝置由硬件和軟件組成。硬件由微處理器、存儲器、位置控制、輸入輸出接口組成。軟件在硬件的支持下運行，離開軟件硬件將無法工作。在系統(tǒng)軟件的控制下，cnc裝置對輸入的加工程序自動進行處理并發(fā)出相應的控制指令及驅動控制信號。3.1 數(shù)控系統(tǒng)選用3.1.1 系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)由于該機床能進行多種方式加工，

31、故應采用連續(xù)控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標控制?？紤]機床加工精度不高，為了簡化結構，降低成本，采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅動x-z工作臺。3.1.2 微機系統(tǒng)該機床采用日本fanuc-0i系統(tǒng)fanuc系統(tǒng)特點：（1）系統(tǒng)在設計中大量采用模塊化結構。（2）具有很強的抵抗惡劣環(huán)境影響的能力，工作環(huán)境溫度為045，相對濕度為75。（3）有較完善的保護措施。fanuc對自身的系統(tǒng)采用比較好的保護電路。（4）fanuc系統(tǒng)所配置的系統(tǒng)軟件具有比較齊全的基本功能和選項功能。（5）提供大量豐富的pmc信號和pmc功能指令。（6）具有很強的dnc功能，系統(tǒng)提供串行rs232c傳輸接口，使通用計算機pc和機床之

32、間的數(shù)據(jù)傳輸能方便、可靠地進行，從而實現(xiàn)高速的dnc操作。（7）提供豐富的維修報警和診斷功能，fanuc維修手冊為用戶提供了大量的報警信息，并且以不同的類別進行分類。3.2 fanuc 0i系統(tǒng)的連接fanuc 0i系統(tǒng)由主板和io兩個模塊構成。（1） 主板模塊包括主cpu、內存、pmc控制、io link控制、伺服控制、主軸控制、內存卡if、led顯示等；圖3 控制單元主板與串行主軸及伺服軸的連接（2）io模塊包括電源、io接口、通信接口、mdi控制、顯示控制、手搖脈沖發(fā)生器控制和高速串行總線等。圖4 控制單元io板與顯示單元的連接圖第四章 ck516數(shù)控車床的電氣部分設計4.1 ck516

33、數(shù)控車床的電氣控制要求（1）進給軸采用交流伺服電機控制：（2）主軸交流電機由變頻器控制，能實現(xiàn)正轉、反轉和停止，以及主軸高低速換檔功能；（3）實現(xiàn)自動冷卻、潤滑和沖屑功能；（4）自動換刀，電動刀架采用四工位類型；（5）電源的控制；（6）急停、報警信號的輸入等；4.2 ck516數(shù)控車床的電氣控制方案設計4.2.1 交流伺服電機的確定交流伺服電機采用日本sanyo denki p6系列電機，x軸采用1okw的伺服電機p60bt3100hxs00，z軸采用15kw的伺服電機p60813 1 50hxs00。由于伺服電機驅動器需要提供三相200v的電壓，所以必須采用專門定做的伺服變壓器：容量為3kv

34、a(大于x軸和2軸伺服電機的功率之和25kw)，輸入端為三相380v交流電，輸出端為三相200v。4.2.2 變頻器的確定根據(jù)技術要求，主電機可采用變頻器進行調速及正反轉控制。（1）變頻電機選擇dp160m4 dp160m4電機主要數(shù)據(jù)：額定電壓三相380v；額定頻率50hz；功率15kw；額定轉矩71.90nm；額定電流22.60a；恒轉矩調頻范圍550hz；恒功率調速范圍50-200 hz。（2）變頻器選擇frn 11 g11s-4frn 11 g11s-4變頻器主要數(shù)據(jù)：額定容量11kva；額定輸出電流24a；額定輸出頻率50hz；額定電壓三相380v；電源容量15kva。（3）變頻器控

35、制的電氣原理圖如圖5所示圖5 變頻器控制的電氣原理圖4.2.3 控制變壓器的確定強電控制回路主要控制交流接觸器的通斷，我們采用交流220v的控制電源，因此需要選擇一個控制變壓器：容量為400va，輸入端為交流380v，輸出端為交流220v、110v和24v。4.2.4 電氣系統(tǒng)框圖設計圖6 電氣系統(tǒng)框圖4.2.5 強電主回路的設計（1）從電網(wǎng)上接入三相交流380v電源，實現(xiàn)到主軸電機、冷卻電機、潤滑電機等的主回路。其中主變頻電機功率15kw，變頻電機風扇功率0.25kw，冷卻電機功率0.09kw，刀架電機功率0.25kw，主軸潤滑電機功率0.37kw。（2）qf0為總電源開關，三相交流輸入端采

36、用電容濾除電網(wǎng)高次諧波的干擾。主軸電動機和刀架電動機均為正反轉控制，冷卻電動機和主軸潤滑電動機為單方向控制，所有電動機均采用帶有過載保護的自動開關。（3）主軸電動機的控制主軸電動機的正反轉由變頻器中的兩個觸點控制，其控制信號來自于plc的兩個與之相對應的兩個輸出端子。按下主軸正轉（反轉）按鈕，經(jīng)plc邏輯處理，在其對應的輸出端子上輸出信號，經(jīng)中間繼電器，使觸點通電，主軸實現(xiàn)正轉（反轉）。主軸停止時，按下停止按鈕，正轉（反轉）對應的輸出端子上的信號消失，正轉（反轉）中間繼電器失電，導致其觸點失電，主軸停止轉動。圖7 強電主回路（4）強電主回路分析 主回路中交流接觸器km1控制主變頻電機m1的啟動

37、和停止,km2控制冷卻電機m2,km3和km4用來控制刀架電動機m3的正反轉，km5用來控制主軸潤滑電機. 冷卻泵電動機與主軸電動機有著順序聯(lián)鎖關系，即冷卻泵電動機應在主軸電動機起動后才可選擇起動與否;而當主軸電動機停止時，冷卻泵電動機便立即停止。斷路器qf1、qf2、qf3、qf4作為電動機的過載及短路保護;交流接觸器km3和km4用來控制刀架電動機m3的正反轉，斷路器qf3作為刀架電動機的過載及短路保護;交流接觸器km3用來控制冷卻電動機m2的起動和停止，斷路器qf3作為冷卻電動機的過載及短路保護。滅弧器rc1rc3用來保護交流接觸器的主觸點，防止當主觸點斷開時，在動、靜觸點間產(chǎn)生強烈電弧

38、，燒壞主觸點。斷路器qf0用來對整個動力線路進行過載及短路保護。 4.2.6 機床控制電源的設計圖8 機床控制電源圖圖8為機床的控制電源線路，圖中變壓器tc2原邊接三相ac380v，副邊三組繞組分別提供ac220v、ac24v、ac110v電壓，ac220v給開關電源供電，ac24v給工作燈供電，ac110v給電柜風扇供電，斷路器qf6qf10用來對線路進行過載及短路保護。4.2.7 伺服驅動系統(tǒng)控制設計圖9 伺服驅動器的連接圖圖10 伺服驅動系統(tǒng)的控制圖圖10為伺服驅動系統(tǒng)控制圖，其中p5、p6是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的伺服電機正反轉控制指令, 驅動器主電路輸出三相交流電（端子a、b、z）給伺服電動機

39、供電。a、b、z提供來自分配器的編碼器信號的差分輸出。fg為內部連接到地端子。驅動器輸出dc5v為編碼器電源。 4.2.8 交流控制回路的設計圖11 交流控制回路圖11為交流接觸器的控制回路，在交流接觸器的控制回路中，交流接觸器km3線圈和km4一對常閉輔助觸點串接，從而實現(xiàn)刀架電動機正反向接觸器間的互鎖控制;交流接觸器km3線圈用來控制km3的主觸點吸合。繼電器ka4ka7觸點由可編程控制器或數(shù)控裝置i/o接口控制，用來控制交流接觸器km1km5的線圈得電或斷電。4.2.9 主軸潤滑系統(tǒng)的控制設計圖12 主軸潤滑系統(tǒng)電氣原理圖圖12為主軸的潤滑系統(tǒng)電氣原理圖，按下sb12，潤滑電動機運動啟動，當常開觸點sl12閉合時，潤滑油不足報警；sp12閉合時，潤滑油路壓力不正常報警；常閉觸點qf12斷開時，潤滑電動機過載報警。二極管hl8為潤滑故障報警。4.2.10 刀臺的自動控制設計圖13 刀臺控制電氣原理圖（1）圖13為刀臺的自動控制及自動換刀電氣原理圖，其中t1、t2、t3、t4、t5、t6為刀架位置碼，圖下方的t1、t2為零件程序的正轉和反轉，sb1為手動換刀鍵，hl30為換刀故障報警的發(fā)光二極管，km3、km4分別為刀架正轉和反轉的控制接觸器。（2）刀臺控制原理分析啟動刀架前，首先選擇刀號，然后按刀架啟