數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .doc課件

1、學(xué)習(xí)工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院學(xué)習(xí)工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目題目: : 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓姓 名名 系系 別別 機(jī)電工程系 專專 業(yè)業(yè) 數(shù)控技術(shù) 年年 級級 2010 級 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 20132013 年年 5 5 月月 1010 日日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績評定表畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績評定表學(xué)生學(xué)生姓名姓名學(xué)號學(xué)號班級名稱班級名稱數(shù)控技術(shù) 10-2班畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題名稱課題名稱 數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師評語：成成 績：績：指導(dǎo)教師簽名：指導(dǎo)教師簽名： 年年 月月 日日系學(xué)術(shù)委員會意見系學(xué)術(shù)委員會意見 系主任簽名：系主任簽名：

2、 年年 月月 日日目目 錄錄摘要摘要 .1第一章第一章 概概 述述 .21.1 什么是數(shù)控機(jī)床 .21.2 數(shù)控機(jī)床的組成 .21.3 數(shù)控機(jī)床工作原理和結(jié)構(gòu)簡介 .41.4 CK6140 數(shù)控車床主簡介.5第二章第二章 CK6140CK6140 數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng).62.1 CK6140 數(shù)控車床運(yùn)動分析.62.2 CK6140 數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡述.62.3 主軸驅(qū)動系統(tǒng)概述 .72.3.1 主軸電動機(jī).72.3.2 主軸電動機(jī)選型的要求.82.3.3 主軸電動機(jī)選型.82.4 變頻器電動機(jī)主軸驅(qū)動裝置 .92.4.1 FANUC 0I MATE主軸驅(qū)動裝置 .92.

3、4.2 設(shè)備的選型方法.102.4.3 變頻器主軸伺服驅(qū)動電路.11第三章第三章 CK6140CK6140 數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì).133.1 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述.133.2 CK6140 數(shù)控車床對伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)的要求 .133.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選型與控制原理.143.4 伺服電機(jī)的選型.14第四章第四章 CK6140CK6140 數(shù)控車床輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車床輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì).154.1 CK6140 數(shù)控車床輔助系統(tǒng)概述.154.2 刀架傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) .154.2.1 CK6140 數(shù)控車床電動刀架的選型 .154.2.2 電動刀架連接電路.164.3 冷卻系統(tǒng)

4、的設(shè)計(jì) .174.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .18第五章第五章 常用電器元件的選型常用電器元件的選型 .205.1 低壓電器選型的一般原則 .205.2 斷路器的選型 .205.3 電動機(jī)保護(hù)用自動開關(guān)的選型 .215.4 熔斷器的選型 .215.5 接觸器的選型 .215.6 熱繼電器的選型 .225.7 中間繼電器 .22第六章第六章 可編程式控制制器（可編程式控制制器（PLCPLC） .236.1 可編程式控制制器概述 .236.2 可編程式控制制器（PLC）的特點(diǎn) .236.3 程控制器的組成及工作方式 .246.4 PLC 選型及 I/O 接線圖.256.5 輸入/輸出點(diǎn) .256.6 基本

5、功能面板設(shè)計(jì) .276.7 通訊界面 .27參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .28致謝致謝 .291摘摘 要要 數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它綜合了電子計(jì)算機(jī)、自動控制、自動檢測、液壓與氣動以及精密機(jī)床等方面的技術(shù)。數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率決定了發(fā)展數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前中國機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造的必由之路。是未來工廠自動化的基礎(chǔ)。 CK6140 數(shù)控車床，對其電氣系統(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)，繪制出整個機(jī)床的電氣系統(tǒng)原理圖等。本設(shè)計(jì)給出了整個機(jī)床的原理圖繪制過程，重點(diǎn)部分模塊化，較詳細(xì)地介紹了各個部分的功能及用途。分為 380V 強(qiáng)電回路，控制回路，PLC 輸入輸

6、出控制，主軸驅(qū)動模塊和進(jìn)給伺服驅(qū)動模塊，并介紹了相關(guān)的電氣知識。 通過本設(shè)計(jì)說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，使讀者無論是從整體上還是各個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。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：數(shù)控車床 主電路 控制電路 PLC 控制2第一章第一章 概概 述述1.11.1 什么是數(shù)控機(jī)床什么是數(shù)控機(jī)床數(shù)控技術(shù)是 20 世紀(jì)中期發(fā)展起來的機(jī)床控制技術(shù)。數(shù)字控制（Numerical Control，簡稱 NC）是一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。 數(shù)控機(jī)床（NC Machine）就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控

7、系統(tǒng)的機(jī)床。它是一種綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密測量技術(shù)、通信技術(shù)和精密機(jī)械技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 國家信息處理聯(lián)盟（International Federation of Information Processing，簡稱IFIP）第五技術(shù)委員會對數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程控系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他符號編碼指令規(guī)定的程序 。1.21.2 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的種類很多，但任何一種數(shù)控機(jī)床都是由控制介質(zhì)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)和機(jī)床本體等若干基本部分組成。（1）控制介質(zhì)數(shù)控系統(tǒng)工作時，不需要操作工人直接

8、操縱機(jī)床，但機(jī)床又必須執(zhí)行人的意圖，這就需要在人與機(jī)床之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中間媒介物即稱為控制介質(zhì)。在控制介質(zhì)上存儲著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對工件位移信息，因此，控制介質(zhì)就是將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體?？刂平橘|(zhì)有多種形式，它隨著數(shù)控裝置類型的不同而不同，常用的有穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶、磁盤和 USB 界面介質(zhì)等。控制介質(zhì)上記載的加工信息要經(jīng)過輸入裝置傳送給數(shù)控裝置，常用的輸入裝置有光電紙帶輸入機(jī)、磁帶錄音機(jī)、磁盤驅(qū)動器和 USB 界面等。 除了上述幾種控制介質(zhì)外，還有一部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用數(shù)碼撥盤、數(shù)碼插銷或利用鍵盤直接輸入程序和數(shù)據(jù)。另外，隨著 CAD/CAM

9、 技術(shù)的發(fā)展，有些數(shù)控設(shè)備利用 CAD/CAM 軟件在其他計(jì)算機(jī)上編程，然后通過計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)通信（如局域網(wǎng)） ，將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給數(shù)控裝置。（2）數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控裝置是一種控制系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)。它能自動閱讀輸入載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機(jī)床進(jìn)給并加工零件。數(shù)控系統(tǒng)通常由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置 4 部分組成，數(shù)控裝置結(jié)構(gòu) 輸入裝置接受由穿孔3帶閱讀機(jī)輸出的代碼，經(jīng)識別與譯碼之后分別輸入到各個相應(yīng)的寄存器，這些指令與數(shù)據(jù)將作為控制與運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)?？刂破鹘邮茌斎胙b置的指令，根據(jù)指令控制運(yùn)算器與輸入裝置，以實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的各種操作（如控制工作臺沿某一坐標(biāo)軸的運(yùn)動

10、、主軸變速和冷卻液的開關(guān)等）以及控制整機(jī)的工作循環(huán)（如控制閱讀機(jī)的啟動或停止、控制運(yùn)算器的運(yùn)算和控制輸出信號等） 。 運(yùn)算器接受控制器的指令，將輸入裝置送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行某種運(yùn)算，并不斷向輸出裝置送出運(yùn)算結(jié)果，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求的運(yùn)動。對于加工復(fù)雜零件的輪廓控制系統(tǒng)，運(yùn)算器的重要功能是進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。所謂插補(bǔ)運(yùn)算就是將每個程序段輸入的工件輪廓上的某起始點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)送入運(yùn)算器，經(jīng)過運(yùn)算之后在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)密化” ，并按控制器的指令向輸出裝置送出計(jì)算結(jié)果。 輸出裝置根據(jù)控制器的指令將運(yùn)算器送來的計(jì)算結(jié)果輸送到伺服系統(tǒng)，經(jīng)過功率放大驅(qū)動相應(yīng)的坐標(biāo)軸，使機(jī)床完成刀具相對工件的運(yùn)動。 目前均

11、采用微型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控裝置。微型計(jì)算機(jī)的中央處理單元（CPU）又稱微處理器，是一種大規(guī)模集成電路。它將運(yùn)算器、控制器集成在一塊集成電路芯片中。在微型計(jì)算機(jī)中，輸入與輸出電路采用大規(guī)模集成電路，即所謂的 I/O 界面。微型計(jì)算機(jī)擁有較大容量的寄存器，并采用高密度的存儲介質(zhì)，如半導(dǎo)體存儲器和磁盤存儲器等。存儲器可分為只讀存儲器（ROM）和隨機(jī)存取存儲器（RAM）兩種類型，前者用于存放系統(tǒng)的控制程序，后者存放系統(tǒng)運(yùn)行時的工作參數(shù)或用戶的零件加工程序。微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的工作原理與上述硬件數(shù)控裝置的工作原理相同，只是前者采用通用的硬件，不同的功能通過改變軟件來實(shí)現(xiàn)，因此更為靈活與經(jīng)濟(jì)。（3）伺服系統(tǒng)

12、伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電動機(jī)和伺服驅(qū)動裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。伺服系統(tǒng)接受數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機(jī)床本體的移動部件運(yùn)動或使執(zhí)行部分動作，以加工出符合要求的工件。指令信息是脈沖信息的體現(xiàn)，每個脈沖使機(jī)床移動部件產(chǎn)生的位移量叫做脈沖當(dāng)量。機(jī)械加工中一般常用的脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖、0.005mm/脈沖、0.001mm/脈沖，目前所使用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量一般為 0.001mm/脈沖。 伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，它的好壞直接影響著數(shù)控加工的速度、位置、精度等。伺服機(jī)構(gòu)中常用的驅(qū)動裝置，隨數(shù)控系統(tǒng)的不同而不同。開環(huán)系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)常用步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)；閉環(huán)系統(tǒng)

13、常用寬調(diào)速直流電機(jī)和電液伺服驅(qū)動裝置等。（4）輔助控制系統(tǒng) 4輔助控制系統(tǒng)是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的強(qiáng)電控制裝置。它接受數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動變速、刀具選擇交換、輔助裝置動作等指令信號，經(jīng)過必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動相應(yīng)的電器、液壓、氣動和機(jī)械部件，以完成各種規(guī)定的動作。此外，有些開關(guān)信號經(jīng)過輔助控制系統(tǒng)傳輸給數(shù)控裝置進(jìn)行處理。 （5）機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，由機(jī)床的基礎(chǔ)大件（如床身、底座）和各種運(yùn)動部件（如工作臺、床鞍、主軸等）所組成。它是完成各種切削加工的機(jī)械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。其具有以下特點(diǎn)：（1）數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸與伺服傳動

14、系統(tǒng)、機(jī)械傳動裝置。 （2)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的剛度、阻尼精度和耐磨性。更多采用了高效傳動部件，如滾珠絲杠副、直線滾動導(dǎo)軌。(3)與傳統(tǒng)的手動機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的外部造型、整體布局，傳動系統(tǒng)與刀具系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)及操作機(jī)構(gòu)等方面都發(fā)生了很多變化。這些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)，因此，必須建立數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的新概念。1.31.3 數(shù)控機(jī)床工作原理和結(jié)構(gòu)簡介數(shù)控機(jī)床工作原理和結(jié)構(gòu)簡介原理：按照零件加工的技術(shù)要求和工藝要求，編寫零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，通過數(shù)控裝置控制機(jī)床的主軸運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動以及工件的夾緊與松開，冷卻、潤滑泵的開與關(guān)，工件和其他

15、輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。 結(jié)構(gòu)：(1）控制介質(zhì) 控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息，如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和直線運(yùn)動等，將這些信息輸入到數(shù)控裝置，控制數(shù)控機(jī)床對零件切削加工。 (2）數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，其功能是接受輸入的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖，并通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動部件按加工程序指令運(yùn)動。(3）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動裝置組成，通常所說數(shù)控系統(tǒng)是指數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的集成，因此說伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)控裝置發(fā)出

16、的速度和位移指令控制執(zhí)行部件按進(jìn)給速度和進(jìn)給方向位移。每個進(jìn)給運(yùn)動的執(zhí)行部件都配備一套伺服系統(tǒng)，有的伺服系統(tǒng)還有位置測量裝置，直接或間接測量5執(zhí)行部件的實(shí)際位移量，并反饋給數(shù)控裝置，對加工的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。(4）機(jī)床本體 數(shù)控機(jī)床的本體與普通機(jī)床基本類似，不同之處是數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單、剛性好，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠代替普通機(jī)床的絲杠和齒條傳動，主軸變速系統(tǒng)簡化了齒輪箱，普遍采用變頻調(diào)速和伺服控制。1.41.4 CK6140CK6140 數(shù)控車床主簡介數(shù)控車床主簡介不同制造廠商制造的 CKA6140 數(shù)控車床選用 FANUC OTD，F(xiàn)ANUC 0i-MATE TC，F(xiàn)ANUC 0i-TA，F(xiàn)ANUC

17、 0i-TB、安川 J50L、SIEMENS 802D，F(xiàn)AGOR 8025T，F(xiàn)AGOR 8055T 等世界知名公司的數(shù)控系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的 CKA6140 數(shù)控車床采用 FANUC 0i-MATE 數(shù)控裝置；FANUC 通用變頻器主軸變速；SVM1-20 進(jìn)給驅(qū)動裝置等數(shù)控系統(tǒng)。該機(jī)床為萬能型通用產(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，可對工件可進(jìn)行多次重復(fù)循環(huán)加工?；九渲茫海?）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，時效處理，導(dǎo)軌采用高頻淬火，整體

18、剛性強(qiáng)。（2）主傳動采用變頻電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)手動三檔，檔內(nèi)無級調(diào)速。（3）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、傳動效率高。（4）配置立式四工位刀架。（5）配有獨(dú)立的集中潤滑器對床鞍及機(jī)床滑板進(jìn)行自動潤滑。主軸箱配有獨(dú)立潤滑系統(tǒng)。（6）機(jī)床配有獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。（7）主控制系統(tǒng)為 FANUC 0i-MATE。（8）大孔徑主軸，其主軸通孔直徑 60，能通過較大直徑的棒料。主軸扭矩大，剛性強(qiáng)，可強(qiáng)力切削。（9）獨(dú)立放置的操縱箱可縱向滑移，便于操作者就近對刀，操縱箱面板采用觸摸式按鍵，美觀可靠。（10）配有內(nèi)冷卻，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷卻液飛濺。（11）床鞍及滑

19、板導(dǎo)軌結(jié)合面采用“貼塑”處理，移動部件可實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，防止爬行。6第二章第二章 CK6140CK6140 數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng) 2.12.1 CK6140CK6140 數(shù)控車床運(yùn)動分析數(shù)控車床運(yùn)動分析數(shù)控車床的運(yùn)動系統(tǒng)包括，主軸驅(qū)動系統(tǒng)，對主軸的控制，進(jìn)給系統(tǒng)，各個坐標(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（對于數(shù)控車床指電動刀架） 、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等輔助功能的控制。1、主運(yùn)動傳動數(shù)控車床的主運(yùn)動傳動鏈的兩端部件是主電動機(jī)與主軸，它的功能是把動力源（電動機(jī)）的運(yùn)動及動力傳遞給主軸，使主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動，并滿足數(shù)控車床主軸變速和換向的要求。

20、2、進(jìn)給運(yùn)動傳動進(jìn)給運(yùn)動傳動是指機(jī)床上驅(qū)動刀架實(shí)現(xiàn)縱向（Z 向）和橫向（X 向）運(yùn)動的進(jìn)給傳動，在 CK6140 車床上，各軸都由交流流伺服電動機(jī)直接驅(qū)動。3、刀架傳動刀架運(yùn)動是指實(shí)現(xiàn)刀架上刀架的轉(zhuǎn)動和刀架的開定位、定位與夾緊的運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)刀具的自動轉(zhuǎn)換。刀架運(yùn)動是由換刀交流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)的。4、冷卻系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的冷卻系統(tǒng)主要包括用于在切削過程中的冷卻刀具和工件，同時也起沖屑作用，由冷卻泵實(shí)現(xiàn)。5、液壓系統(tǒng)CK6140 數(shù)控車床液壓系統(tǒng)主要進(jìn)行主軸變速換擋，中心跟刀架電機(jī)排屑器6、潤滑系統(tǒng)CK6140 數(shù)控車床中的潤滑系統(tǒng)為對機(jī)床導(dǎo)軌、滾珠絲杠等的潤滑。潤滑形式有電動間歇潤滑泵和定量式集中潤滑泵。

21、7、尾座數(shù)控車床尾座一般是在加工時對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和固定。尾座套筒前安裝頂針，套筒可以自動伸出和縮回，實(shí)現(xiàn)頂尖對工件的支撐作用。2.22.2 CK6140CK6140 數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡述數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡述CKA6140 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)動系統(tǒng)、7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)動裝置，采用日本FANUC 公司的產(chǎn)品，使機(jī)床性能價格比十分優(yōu)越；主軸系統(tǒng)采用日本 FANUC 變頻器主軸變速，方便靈活。機(jī)床電氣控制系統(tǒng)框圖如圖 1-1 所示。2.32.3 主軸驅(qū)動系統(tǒng)

22、概述主軸驅(qū)動系統(tǒng)概述主軸驅(qū)動系統(tǒng)也叫主傳動系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動的動力裝置部分。主軸驅(qū)動系統(tǒng)通過該傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進(jìn)給運(yùn)動，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。本課題數(shù)控車床主軸驅(qū)動系統(tǒng)采用交流主軸電動機(jī)配備變頻器控制的方式。2.3.12.3.1 主軸電動機(jī)主軸電動機(jī) 主軸驅(qū)動部分是數(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)動主軸進(jìn)行切削加工。在數(shù)控機(jī)床上，同樣由主軸夾持工件或刀具旋轉(zhuǎn)，直接參加表面成形運(yùn)動。主運(yùn)動的最高與最低轉(zhuǎn)8速、轉(zhuǎn)

23、速范圍、傳遞功率和動力特性，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。2.3.22.3.2 主軸電動機(jī)選型的要求主軸電動機(jī)選型的要求一般要求1.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主軸最低速與最高速的要求來確定。2.功率要求主軸有足夠的驅(qū)動功率或輸出扭矩，能在整個速度范圍內(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)力切削時的要求。并且有一定的超載能力和較

24、硬的調(diào)速機(jī)械特性，即在負(fù)載變化的情況下（如斷續(xù)切削時） ，電動機(jī)轉(zhuǎn)速波動較小。即要求在大力矩、強(qiáng)超載能力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)寬范圍無級變速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。4.動態(tài)回應(yīng)性要求主軸升降速時間短，調(diào)速時運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。對有的機(jī)床需同時能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切削，則要求換向時均可進(jìn)行自動加減速控制，即要求有四象限驅(qū)動能力。2.3.32.3.3 主軸電動機(jī)選型主軸電動機(jī)選型查機(jī)電一體化手冊車削功率在 5-8kw 之間根據(jù)切削功率 PC 與主傳動鏈的總效率 估算,即 P=。主傳動鏈的功率效率 =0.70.85， 數(shù)控車床多采用調(diào)速

25、電動c機(jī)和較短的機(jī)械傳動鏈，效率較大，因此取=0.78,則估計(jì) P 在 6.41kw10.25kw.之間。數(shù)控車床的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ZFPC=KW60000ZF V-主切削力的切向分力，N；ZF9-切削速度 N；vcm查金屬切削手冊知，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向分力大約在 2500 左右，切削速度取 90250r/min，則知道ZFPC=2500 120/60000=5kwP=6.4kwc考慮到空轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動件在空轉(zhuǎn)運(yùn)行時的摩損功耗，傳動件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其他動載荷

26、的摩擦損耗等。CK6140 數(shù)控車床床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國內(nèi)外同類機(jī)床的電動機(jī)功率，此機(jī)床可以選取 7.5kw 的電動機(jī)，考慮到數(shù)控機(jī)床變速范圍比較大，選用交流變頻電動機(jī) TLD12-YVP112，標(biāo)稱功率 7.5kw，額定轉(zhuǎn)矩 60Nm 。2.42.4 變頻器電動機(jī)主軸驅(qū)動裝置變頻器電動機(jī)主軸驅(qū)動裝置2.4.12.4.1 FANUCFANUC 0i0i MateMate 主軸驅(qū)動裝置主軸驅(qū)動裝置主軸系統(tǒng)主要由主軸驅(qū)動裝置及主軸電動機(jī)組成。FANUC 0i Mate 數(shù)控裝置提供了模擬主軸和串行主軸界面供用戶選擇。當(dāng)用戶選擇模擬主軸時，一般選用通用變頻器作為主軸驅(qū)動裝置；當(dāng)用戶選擇串行主

27、軸時，F(xiàn)ANUC 0i Mate 數(shù)控系統(tǒng)提供了SPM 系列專用主軸驅(qū)動裝置。 本機(jī)床采用通用變頻器作為主軸驅(qū)動裝置。（1）變頻器的工作原理：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整流器轉(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、直流儲能和緩沖無功功率

28、。（2）變頻器的調(diào)速：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 磁通向量控制的變頻器數(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10術(shù)的變頻器，它能夠用開環(huán)方式對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行準(zhǔn)確控制，而且動態(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 25s 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

29、通過對轉(zhuǎn)矩和磁通的測量，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。2.4.22.4.2 設(shè)備的選型方法設(shè)備的選型方法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)載可選擇西門子 ECO 、MM430 變頻器，ABB 公司 ACS800 系列變頻器等。2、選擇變頻器時應(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，會使電動機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動機(jī)供電與用

30、工頻電網(wǎng)供電相比較，電動機(jī)的電流會增加 10而溫升會增加 20左右。所以在選擇電動機(jī)和變頻器時，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防止溫升過高，影響電動機(jī)的使用壽命。3、變頻器若要長電纜運(yùn)行時，此時應(yīng)該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，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。4、當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電機(jī)時，一定要考慮變頻器到電動機(jī)的電纜的長度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為 V/F 控制方式，并且變頻器無法實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的過流、超載保護(hù)，此時需在每臺電動機(jī)側(cè)加熔斷器來

31、實(shí)現(xiàn)保護(hù)。5、對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。6、使用變頻器控制高速電機(jī)時，由于高速電動機(jī)的電抗小，會產(chǎn)生較多的高次諧波。而這些高次諧波會使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動機(jī)的變頻器時，應(yīng)比普通電動機(jī)的變頻器稍大一些。7、 變頻器用于變極電動機(jī)時，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，應(yīng)先停止電動機(jī)工作，否則會造成電動機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時會造成變頻器損壞。118、驅(qū)動防爆電動機(jī)時，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險場所之外。9、使用變頻器驅(qū)

32、動齒輪減速電動機(jī)時，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。10、 變頻器驅(qū)動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)時，由于繞線電動機(jī)與普通的鼠籠電動機(jī)相比，繞線電動機(jī)繞組的阻抗小，因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。11、 變頻器驅(qū)動同步電動機(jī)時，與工頻電源相比，會降低輸出容量1020，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。12、變頻器驅(qū)動潛水泵電動機(jī)時，因?yàn)闈撍秒妱訖C(jī)的額定電流比通常電動機(jī)的額定電流大

33、， 所以選擇變頻器時，其額定電流要大于潛水泵電動機(jī)的額定電流。13、當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)或特種風(fēng)機(jī)時，由于其起動電流很大，所以選擇變頻器時一定要注意變頻器的容量是否足夠大。14、選擇變頻器時，一定要注意其防護(hù)等級是否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運(yùn)行。15、單相電動機(jī)不適用變頻器驅(qū)動。2.4.32.4.3 變頻器主軸伺服驅(qū)動電路變頻器主軸伺服驅(qū)動電路12M3 如圖上圖 3-1 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 的模擬量輸出界面輸入)，指令電壓范圍是 0-10V；主軸電動機(jī)的啟動/停止以及旋轉(zhuǎn)方向

34、由繼電器 KA1、KA2 控制，當(dāng) KA1 閉合時電動機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng) KA2 閉合時電動機(jī)反轉(zhuǎn)，若 KA1、KA2 同時都斷開或閉合則電動機(jī)停止，也可以定義為 KA1 控制電動機(jī)的啟動和停止，KA2 控制電動機(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，控制電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。13第三章第三章 CK6140CK6140 數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.13.1 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)概述伺服控制系統(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。機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)與機(jī)床

35、進(jìn)給機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)兩大部分組成。對于數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)，按其反饋信號的有無，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)動器中的位置控制模塊、速度控制模塊、位置檢測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及反饋，閉環(huán)位置控制需要位置檢測及反饋。位置控制反饋能夠精確地控制機(jī)床運(yùn)動部件的運(yùn)動，快速而準(zhǔn)確地跟蹤指令運(yùn)動。根據(jù)其位置檢測信號所取的位置不同，它又分為半閉環(huán)與全閉環(huán)兩種。所謂半閉環(huán)控制系統(tǒng)即采取的反饋檢測元件是與伺服電機(jī)同軸連接地旋轉(zhuǎn)編碼器，其直接與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子后部相連接，與伺服電機(jī)構(gòu)成一體。因?yàn)榫幋a器不能直接反映機(jī)床各個進(jìn)給軸的實(shí)際位置，而是反映電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和圈數(shù)。

36、此種控制方式的機(jī)床其機(jī)械運(yùn)動部分（如傳動絲杠和工作臺）的機(jī)械誤差沒有因反饋而獲得改善。但是對于這些機(jī)械誤差，可以在 CNC 系統(tǒng)中通過反向間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償來大大減小，所以使用這種控制方式的機(jī)床也可達(dá)到很高的精度。對于全閉環(huán)系統(tǒng)需要采用直線位置檢測裝置，現(xiàn)在生產(chǎn)中多用光柵尺或磁尺作為全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置。3.23.2 CK6140CK6140 數(shù)控車床對伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)的要求數(shù)控車床對伺服驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)的要求1調(diào)速范圍要寬調(diào)速范圍是指進(jìn)給電動機(jī)提供的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之比，即nrminnmaxn。minmax/nrnn在各種數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中，由于加工用刀具、被加工材料、主軸轉(zhuǎn)速以及零件加工

37、工藝要求不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，要求進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o級調(diào)速范圍（通常大于 1：10000） ，尤其在低速（如轉(zhuǎn)速小于0.1r/min）時，要仍能平滑運(yùn)動而無爬行現(xiàn)象，2定位精度高使數(shù)控機(jī)床加工零件主要是為了保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，減少廢品率；14就決復(fù)雜曲面零件的加工問題；解決復(fù)雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等。因此，要求進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性和較高的剛度，從而達(dá)到較高的定位精度，以保證機(jī)床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差（目前進(jìn)給伺服系統(tǒng)的分辨率可達(dá)到 1m 或 0.1m，甚至 0.01m） ，同時進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)要有較好的動態(tài)性能，以保證機(jī)

38、床具有較高的輪廓跟隨精度。3有足夠的傳動剛性和較高的速度穩(wěn)定性4快速回應(yīng)，無超調(diào)為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速回應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的回應(yīng)要快。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短進(jìn)給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。5低速大扭矩，超載能力強(qiáng)一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi) 1.5 倍以上的超載能力，在短時間內(nèi)可以超載 4-6 倍而不損壞。6可靠性高要求數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高，工作穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強(qiáng)的抗干擾能力。3.33.3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的選型與控制原理進(jìn)給伺服

39、系統(tǒng)的選型與控制原理進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由各軸進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置及其伺服電動機(jī)組成。伺服驅(qū)動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，作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，驅(qū)動伺服電電動機(jī)，從而通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(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。 FANUC 的 系列伺服驅(qū)動裝置主要分為 SVM、SVMHV 兩種，其中 SVM 型的一個驅(qū)動裝置最多可帶三個伺服軸，而 SVMHV 型的一個單獨(dú)驅(qū)動裝置最多可帶兩個伺服軸。而且根據(jù)不同的 CNC 裝置使用不同的界面類型。3.43.4 伺服電機(jī)的選型伺服電機(jī)的選型FANUC 0i MATE 系統(tǒng)是高性價比高可靠性的 CNC 系統(tǒng)，它可以配置 FANU

40、C 公司的、C 和 系列的伺服電機(jī)、一般來說 FANUC 系統(tǒng)在選擇伺服電機(jī)時要計(jì)算負(fù)載力矩、負(fù)載慣量、加速力矩和最大切削力矩等因素，在計(jì)算的過程中綜合考慮伺服電機(jī)的性能參數(shù)是否滿足各因素來確定電機(jī)型號。15第四章第四章 CK6140CK6140 數(shù)控車床輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車床輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.14.1 CK6140CK6140 數(shù)控車床輔助系統(tǒng)概述數(shù)控車床輔助系統(tǒng)概述1、刀架傳動系統(tǒng)刀架運(yùn)動是指實(shí)現(xiàn)刀架上刀架的轉(zhuǎn)動和刀架的開定位、定位與夾緊的運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)刀具的自動轉(zhuǎn)換。刀架運(yùn)動是由換刀交流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)的。2、冷卻系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的冷卻系統(tǒng)主要包括用于在切削過程中的冷卻刀具和工件，同時也起沖屑作用，由冷

41、卻泵實(shí)現(xiàn)。3、液壓系統(tǒng)CK6140 數(shù)控車床液壓系統(tǒng)主要進(jìn)行主軸變速換擋，中心跟刀架電機(jī)排屑器4.24.2 刀架傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)刀架傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)刀具自動交換裝置可分為兩種，即轉(zhuǎn)塔式和刀庫式。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。刀庫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)械手配合刀具庫換刀。刀庫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)械手配合刀具庫換刀其主要區(qū)分在于刀庫的容量不同，用機(jī)械手配合刀具庫換刀裝置的容量較大，而刀具與主軸之間直接換刀的刀庫容量受限。它們只是機(jī)械運(yùn)動的方

42、式不同。刀庫的選擇主要根據(jù)機(jī)床加工工藝范圍和機(jī)床的特點(diǎn)，確定刀庫容量和自動換刀裝置類型。CK6140 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刀架。刀架的轉(zhuǎn)位控制數(shù)控程序中的 T 指令來控制刀架的旋轉(zhuǎn)。4.2.1CK61404.2.1CK6140 數(shù)控車床電動刀架的選型數(shù)控車床電動刀架的選型數(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，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： (1)轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全； (2)按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時間短； 16(3)重復(fù)定位精度高； (4)防水、防屑，密封性能優(yōu)良； (5)夾緊

43、剛性高，適宜重負(fù)荷切削。CK6140 數(shù)控車床電動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。因此在選型時應(yīng)進(jìn)行最優(yōu)化選擇。本機(jī)床選擇德國 SAUTER 公司生產(chǎn)的 4 工位電動刀架有以下幾方面考慮。1、SAUTER 刀架的精度高SAUTER 刀架的定位精度為2M，重復(fù)定位精度為0.8M（即：半徑 100mm前提下，圓周上擺動的弧長值為：定位精度4，重復(fù)定位精度1.6） ，其參數(shù)遠(yuǎn)低于國產(chǎn)與臺灣產(chǎn)刀塔。其精度完全可滿足加工高精度工件時的要求，有效減小了換刀動作給工件加工所帶來的誤差。使機(jī)床可進(jìn)行高精度切削。2、SAUTER 刀架換刀時間短SAUTER 刀架換刀時間較國產(chǎn)刀塔的換刀時間

44、有明顯優(yōu)勢，以 4 工位刀架為例，其兩刀位轉(zhuǎn)位角度為 90 度，SAUTER 電動刀架換刀時間為 0.70.8 秒，而國產(chǎn) 4 工位刀塔換刀時間為 1.5 秒左右。如選用 SAUTER 刀架能有效縮短工件加工時間，提高機(jī)床加工節(jié)拍，提供用戶生產(chǎn)效率。3、SAUTER 刀架鎖緊力矩大SAUTER 刀架其鎖緊力矩可達(dá)到 12000Nm，可有效提高機(jī)床加工時機(jī)床剛性和加工工件的表面光潔度。減小因刀具顫動給加工工件所造成的影響，如工件表面的振紋。4.2.24.2.2 電動刀架連接電路電動刀架連接電路電路分析：當(dāng)超載情況發(fā)生時，超載保護(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)

45、燒毀。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吸合的情況發(fā)生。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產(chǎn)生的電弧，以保護(hù)交流接觸器與刀架電機(jī)。電動刀架連接圖如下圖所示17在 CK6140 數(shù)控車床設(shè)計(jì)的過程中我們注意了以下幾點(diǎn)：注意 1：超載保護(hù)器又稱過電流保護(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)識設(shè)置） 。當(dāng)超載情況發(fā)生時，超載保護(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。并立即檢查過電流的原因，才可使電流保護(hù)器復(fù)位。注意 2：SAUTER 刀架在做定位時，必須提供后轉(zhuǎn)向動作。且此反向轉(zhuǎn)動動作

46、只需要幾百 ms，對于刀架電機(jī)三相動力電源上來說，動力電源接通的時間極短。因此在動力電源接通與斷開時極易產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。因此，我們在此加裝三相火花消除器，即三相滅弧器注意 3：在控制刀架正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動時（不論自動或手動） ，我們在 PLC 中設(shè)定一個監(jiān)視時間（約為 3 秒)，超過此監(jiān)視時間，正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)信號都必須為 OFF，以保護(hù)電機(jī)。 4.34.3 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的冷卻系統(tǒng)主要包括用于在切削過程中的冷卻刀具和工件，同時也起18沖屑作用。為了獲得較好的冷卻效果，冷卻泵打出的切削液需通過刀架或主軸前端的噴嘴噴出直接沖向刀具與工件的切削發(fā)熱處。到充分冷卻。冷卻泵的開啟與停止由數(shù)控程

47、序中的輔助 M 指令控制，通常用 M08、M09 來分別控制，在數(shù)控系統(tǒng)的控制面板上也可通過面板上的冷卻泵啟動與停止按鈕在手的方式下控制。電路分析：當(dāng)超載情況發(fā)生時，超載保護(hù)器的脫扣器脫開，切斷刀塔電機(jī)電源，使刀塔電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以防止電機(jī)燒毀。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產(chǎn)生的電弧，以保護(hù)交流接觸器與冷卻電機(jī)。4.44.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。19動力元件的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、

48、葉片泵和柱塞泵。執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動?？刂圃?即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、夜控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計(jì)等。液壓系統(tǒng)由

49、信號控制和液壓動力兩部分組成，信號控制部分用于驅(qū)動液壓動力部分中的控制閥動作。液壓動力部分采用回路圖方式表示，以表明不同功能元件之間的相互關(guān)系。液壓源含有液壓泵、電動機(jī)和液壓輔助元件；液壓控制部分含有各種控制閥，其用于控制工作油液的流量、壓力和方向；執(zhí)行部分含有液壓缸或液壓馬達(dá)，其可按實(shí)際要求來選擇。20第五章第五章 常用電器元件的選型常用電器元件的選型 5.15.1 低壓電器選型的一般原則低壓電器選型的一般原則1、低壓電器的額定電壓應(yīng)不小于回路的工作電壓，即UeUg 2、低壓電器的額定電流應(yīng)不小于回路的計(jì)算工作電流，即IeIg 3、設(shè)備的遮斷電流應(yīng)不小于短路電流，即IzhIch4、熱穩(wěn)定保證

50、值應(yīng)不小于計(jì)算值5、按回路起動情況選擇低壓電器。如，熔斷器和自動空氣開關(guān)就需按起動情況進(jìn)行選擇。5.25.2 斷路器的選型斷路器的選型斷路器其保護(hù)裝置由三部部分組成，即過電流（電磁）脫扣器、熱脫扣器、失電壓（欠電壓）脫扣器組成。斷路器相當(dāng)于電源開關(guān)、熔斷器、熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，是一種既有手動開關(guān)作用又能進(jìn)行短路、超載、失壓（欠壓）保護(hù)的電器。選用斷路器時，斷路器的額定電壓應(yīng)不小于被控線路的額定電壓，斷路器的額定電流應(yīng)不小于其所安裝的過流脫扣器和熱脫扣器的額定電流。其中過電流脫扣器和熱脫扣器的額定電流不應(yīng)小于被保護(hù)線路的額定電流。過電流脫扣器的瞬的脫扣整定電流應(yīng)大于負(fù)載電路正常工作時的

51、尖峰電流，對于電機(jī)負(fù)載，其斷路器的電流脫扣器的瞬時脫扣整定電流應(yīng)取電機(jī)允許啟動電流的1.7倍。熱脫扣器的整定電流應(yīng)取被控電機(jī)或其他負(fù)載額定電流的1.1倍。選用斷路器應(yīng)參照斷路器廠家樣本中所示的電流脫扣曲線圖和熱脫扣曲線圖，作為選擇斷路器的依據(jù)。保護(hù)：超載，短路，欠電壓一般選型：1、斷路器額定電壓線路額定電壓；2、斷路器額定電流線路計(jì)算負(fù)荷電流；3、斷路器脫扣器額定電流線路計(jì)算負(fù)荷電流；4、斷路器極限通斷能力線路中最大短路電流；5、線路末端單相對地短路電流不小于1.25 倍的自動開關(guān)瞬時（或短延時）脫扣整定電流；6、斷路器欠電壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。21225.35.3 電動機(jī)保護(hù)用自

52、動開關(guān)的選型電動機(jī)保護(hù)用自動開關(guān)的選型1、長延時電流整定值電動機(jī)額定電流；2、6 倍長延時電流整定值的可返回時間電動機(jī)起動時間；3、鼠籠形瞬時整定電流為815 倍脫扣器額定電流；繞線形瞬時整定電流為36 倍脫扣器額定電流。5.45.4 熔斷器的選型熔斷器的選型熔斷器由熔體（熔絲或熔片）和安裝熔體的熔管（或熔座）組成。熔體串聯(lián)在被保護(hù)的線路中。當(dāng)電路正常工作時，熔體應(yīng)允許通過其額定電流而熔體不熔斷。當(dāng)電路發(fā)生短路流時，熔體中電流產(chǎn)生熱量，當(dāng)其產(chǎn)生之熱量達(dá)到熔體的熔點(diǎn)時，熔體熔斷，切斷電路。保護(hù)：短路，若作超載保護(hù)，可靠性不高。1、熔斷器熔體的選擇熔體的額定電壓應(yīng)不小于被控線路的額定電壓，熔斷器的

53、額定電流應(yīng)不小于其所安裝熔體的額定電流。熔體的額定電流如下計(jì)算：式中，為容量最大的(1.5 2.5),maxIreIeIe,maxIe一臺電機(jī)的額定電流為其余電機(jī)的額定電流，為其余電動機(jī)額定電流之和。Ie5.55.5 接觸器的選型接觸器的選型交流接觸器是利用電磁線圈的吸力特性使觸頭閉合或斷開大電流電路，其可頻繁接通或斷開電機(jī)或其他負(fù)載。交流接觸器的額定電壓，其額定電壓應(yīng)不小于負(fù)載回路的電壓。交流接觸其的額定電流應(yīng)不小于被控回路的額定電流。交流接觸器的額定電流應(yīng)依照以下公式計(jì)算：式中：I IKMKM為接觸器主觸頭電流Pn為負(fù)載的額定功率Un為負(fù)載的額定電壓23K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取11.45.65.6

54、 熱繼電器的選型熱繼電器的選型1、長期工作或間斷長期工作電動機(jī)熱繼電器的選型（1）按電動機(jī)起動時間選擇：tf0.50.7td（）tf：熱繼電器在6Ie 下的可返回時間td：熱繼電器在6Ie 下的動作時間（2）按電動機(jī)額定電流選擇：Iz（0.951.05）IedIz：熱繼電器整定電流Ied：電動機(jī)額定電流（3）按斷相保護(hù)要求選擇：對于星形接法的電動機(jī)，采用三極熱繼電器即可；對于三角形接法的電動機(jī)，應(yīng)采用帶斷相運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)裝置的熱繼電器。2、反復(fù)短時工作電動機(jī)保護(hù)用熱繼電器的選用對于星形接法的電動機(jī)，采用三極熱繼電器即可；對于三角形接法的電動機(jī)，應(yīng)采用帶斷相運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)裝置的熱繼電器。5.75.7 中間繼

55、電器中間繼電器中間繼電器是繼電器的一種，內(nèi)置常開和常閉觸點(diǎn)，其根據(jù)外界輸入的一定電信號，使其線圈導(dǎo)通，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)對強(qiáng)電回路的控制，以達(dá)到弱電控制強(qiáng)電的目。24第六章第六章 可編程式控制制器（可編程式控制制器（PLCPLC）6.16.1 可編程式控制制器概述可編程式控制制器概述可編程式控制制器（以下簡稱 PLC）是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的一種新型自動化控制裝置，目前已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備?？删幊淌娇刂浦破魇怯?jì)算機(jī)技術(shù)與自動控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種通用工業(yè)控制器。數(shù)控機(jī)床的控制由數(shù)控裝置和可編程式控制制器協(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)的功能

56、，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等； 可編程式控制制器（以下簡稱 PLC）主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動作，沒有實(shí)現(xiàn)軌跡運(yùn)動上的具體要求。6.26.2 可編程式控制制器（可編程式控制制器（PLCPLC）的特點(diǎn)）的特點(diǎn)1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達(dá) 30 萬小時。一些使用冗余 CPU的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的機(jī)外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等

57、規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫

58、度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它界面容易，編程25語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5.體積小，重量輕，能耗低以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備6.36.3 程控制器的組成及工作方式程控制器的組成及工作方式CNC系統(tǒng)主軸Y軸伺服放大器X軸伺服放大器液壓站輔助設(shè)備模塊D/APLC伺服電機(jī)伺服電機(jī)主軸電機(jī)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