毕业设计（论文）
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题目：采用SIEMENS802D系统的CK5116
数控立车刀架控制设计
校内指导教师：
企业指导教师
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2014年 5 月
毕业设计（论文）中文摘要
目录
1 引言 ......................................................... - 1 - 1.1 课题的研究背景 ............................................. - 4 -
1.2 课题的来源及意义 ........................................... - 5 -
2 CK5116数控立车简介........................................... - 8 - 2.1 总体布局 ................................................... - 8 - 2.2 主要参数.................................................... - 9 -
2.3 CK5116数控立车的加工范围与特点............................. - 9 -
3 数控系统的分析与选用......................................... - 11 - 3.1 数控系统的基本组成......................................... - 11 - 3.2 FANUC数控系统............................................ - 11 - 3.3 SIEMENS数控系统.......................................... - 12 - 3.
4 华中数控系统............................................... - 13 -
3.5 结论....................................................... - 14 -
4 CK5116刀架控制设计.......................................... - 16 - 4.1 刀架的有关概况 ............................................ - 16 - 4.2 刀架的基本结构............................................. - 16 - 4.3 数控机床刀架应满足的要求与分析 ............................ - 18 - 4.4 刀架的设计准则 ............................................ - 19 - 4.
5 刀架主回路设计............................................. - 19 - 4.
6 刀架控制回路设计........................................... - 20 - 4.
7 刀架输入输出设计........................................... - 21 - 4.
8 PLC程序设计............................................... - 22 - 结论.......................................................... - 25 - 致谢............................................... 错误！未定义书签。参考文献....................................................... - 26 -
1 引言
1.1 课题的研究背景
数字程序控制机床一般简称为数控机床。它是由数控装置或计算机进行控制的一种高效能自动化机床，它综合应用了自动控制技术、计算机技术、精密测量技术、液压气动等技术。并在机床结构等方面运用了最新技术。随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对机械零件的加工质量要求也越来越高；单件、小批生产的机械产品所占比重越来越大，特别是在造船、航空、航天、深潜以及国防工业的各个部门，加工批量少、精度要求高、形状复杂的零件很多。像这样的产品，如果采用一般的自动机床或组合机床和自动线来加工，就显得很不经济、不合理，一般机床又不能加工。数控机床就是在这样的条件下产生和发展起来的，它能有效地适应产品不断变化、多品种、小批量的自动化生产。
数控机床就是把加工所需要的各种操作，例如变速、松夹工件、进刀、退刀、开车与停车、冷却液的自动供给等等，以及刀具相对于工件之间的位移。采用数值数据的形式通过计算机的运算，并将输入的指令变为机床的各种操作，实现零件的自动加工。随着网络技术日益普遍运用，互联网进入车间只是时间问题，这将是数字化制造的主要标志。从另一角度来看，企业资源计划如果仅仅局限于业务管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计开发等企业上层的信息化是远远不够的，车间最底层的加工设备——数控机床不能够连成网络或信息化，就必然成为制造业信息化的制约瓶颈。所以，对于现代制造工厂来说，除了要提高机床的数控化率外，更要使所拥有的数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间的底层之间及底层与上层之间通信畅通无阻。
西门子公司开发的新一代西门子（SINUMERIK）802S系统是一种专门为中国市场开发的经济型数控系统，具有低档的价格和中高档的性能的性价比较高的数控系统。西门子802S数控系统采用32位微处理器，集成式PLC，分离式小尺寸操作面板和机床控制面板，具有RS232通讯接口，利用计算机可进行软件的升级和加工程序的传输；通过增加扩展模块，可具有输入，输出（I/O）64点能力，能接受多路信号和控制多路负载；可控制2～3个步进电机进给轴和一个伺服主轴（或变频器）；具有启动次数少，安装调试简捷，图形及中英文菜单显示，操
作编程简单方便，低速运行平稳等特点，具有稳定的可靠性以及优越的性能价格比。此系统相比较同类产品是同类产品中的佼佼者，它也会对我以后在工作中遇到同类产品同类问题有很大的帮助。西门子802S数控系统为工程技术人员提供了丰富的二次开发功能。机床制造厂家通过标准的S7语言进行PLC编程，来完成机床的逻辑控制。并通过参数的设置，就可以使机床运行达到最佳的效果，以及适应各种不同的配置的需要。西门子802S数控系统还有非常丰富的人机对话中文界面，用户所需要的操作可以在中文的菜单上找到，并按相应的按键以实现操作者的要求。802S丰富的中文界面可以使用户在几天之内就能掌握机床的操作，这样就可以节约了用户大量的学习和消化的时间。在操作编程的工作中，最为突出的是802S的所有报警文本均可以用中文来编写。在802S的编程指令系统中，除了具备新颖的参数编程和轮廓编程外，还具有实用的循环子程序，有了这些强有力的编辑功能，使西门子802S的编程十分方便和灵活。
1.2 课题的来源及意义
数控刀架是数控机床的重要组成部分，在我国被命名为机床附件，在国外被定义为机床功能件。随着数控机床的飞速发展，机床设计已由传统的统筹设计发展到模块化设计，即按照机床的功能化分模块，因此这些功能部件的性能已成为整机性能的决定因素。数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构包括：驱动装置、分度装置、预定位装置、松开、锁紧装置、精定位装置、发信装置、装刀装置。数控刀架的换刀动作如下：系统发出指令—齿盘松开—刀架旋转分度—到达目标工位并发信号给系统—齿盘锁紧精定位—系统确认后进行切削。
数控刀架分类。目前，行业上应用的数控刀架按照与主机配套场合主要有分为如下高、中、低三个档次。低档数控刀架主要有沈阳精诚数控生产的系列电动数控立式刀架，系列卧式刀架。该种刀架结构简单，容易设计、制造。采用三相力矩电机驱动，三联齿定位，矩形螺纹锁紧，配套在我国简易型数控车床，受我国数控机床发展的影响，是我国的特色产品，已经形成规模化生产。中档数控刀架主要有沈阳精诚数控生产的系列电动刀架、系列电动刀架、系列液压刀架。该档次刀架，可双向选刀，刚性好，但结构复杂，对制造加工设备要求高。此类刀架在我国初具规模，但国外产品对我国市场冲击较大。高档数控刀架包括伺服刀架和动力刀架。此类刀架，我国起步较晚，还处在研究阶段，但还没有形成商品
化。数控刀架的发展。数控刀架作为功能性部件配套于机床主机，但它集机械、电气于一体，是典型的机电一体化产品，数控刀架的研究开发是机械、电气、电子、材料等多学科知识的综合。当今，数控伺服刀架、动力刀架等功能部件己成为衡量数控机床水平的重要标志。它们的价格也是构成数控机床整机价格的主要成分，粗略计算数控机床数控刀架等功能部件价格已占整机成本构成的左右。目前，我国的功能部件生产发展缓慢，品种少，产业化程度低，不能满足市场要求，不得不依赖进口。由于功能部件进口价格昂贵，造成数控机床整机价格不断上升，我国生产的数控机床几乎失去了竞争优势。市场显示，同等水平的数控机床，韩国的价格几乎与我国的价格持平，出现这一现象与我们主机厂大量从国外采购数控机床所需的功能部件有很大关系。我国机床工具行业的专家、学者、企业家都已看到了功能部件产业的巨大发展前景。许多企业也已瞄准了这个市场，通过引进技术、合作生产或自主开发，初步形成了一批功能部件专业生产厂家。当前国内高水平、高质量的数控机床和加工中心还不能完全满足国内市场需求，这和与之配套的高水平的功能部件发展滞后有关，有些功能部件性能上与国际著名厂家的产品还有一些差距。我国己加入世贸组织，境外功能部件产品对我国市场的冲击将更加厉害。可以说，没有高水平功能部件生产能力的大幅提高，将严重影响我国机床行业的快速发展。
伺服刀架控制器是伺服刀架和动力刀架的技术核心。高档刀架采用伺服电机作驱动源，实现位置、速度的双闭环控制，具有结构简单，容易加工制造、维护、精度高，转位快等特点。我国各大机床主机厂均依靠进口此类产品与主机配套。很明显，伺服刀架的机械结构简单，而我国目前还没有针对数控刀架的专业伺服驱动系统产品，这大大的制约了我国高档刀架发展，是我国的伺服刀架的研制处于停滞状态，因此，伺服刀架的控制器即伺服刀架的伺服电机控制是高档数控刀架的关键技术。刀库包括刀套旋转机构及换刀机械手，刀库外形为圆盘形，内部装有一个分度盘。刀库的回转运动由带抱闸的三相异步电机作动力源。三相电源通过交流接触器提供给电动机，此时抱闸打开，刀库运转，切断三相电源则抱闸闭锁，刀库立刻停止运转。通过分度盘的运动及相关检测元件组的逻辑组合，可使每个刀套准确停在换刀位置。刀套停在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直状态，以方便机械手换刀。刀套分度台可以顺时针或逆时针方向旋转，从
而可以在最短的时间内搜索到所要更换的刀具。刀库换刀机械手的运动同样是由带抱闸的三相异步电机作动力源，通过齿轮传动机构，把电机产生的匀速旋转运动转化为机械手的规律性前进、停止以及旋转运动。齿轮传动装置配有微动开关组。这个开关组包括3组微动凸轮和3个接近开关，每组微动凸轮上装有3个微动凸轮。该微动开关组用于控制机械手夹住刀具、机械手把刀具从主轴和刀套内取出、机械手处于原始位置等。该刀库的旋转刀套及机械手的减速传动机构内都内置了一个扭矩限制器，以防止内部机械结构损坏。
通过这次的毕业设计，我将对西门子802S数控车床有个更深的认识，还有使自己各方面的能力都有所提高（自学能力、动手能力、语言表达能力、文字表达能力、解决实际问题的能力）。对西门子802S数控车床的认识，可以为我以后学习各类数控机床有个好的基础。同样刀架的PLC程序能应用和设计，再要应用和设计刀库的PLC程序就容易了。为今后从事本专业的工作运用打下基础，使自己能很快的融入社会。
2 CK5116数控立车简介
2.1 总体布局
a)机床主要由工作台、工作台底座、立柱、横梁、立刀架组成。本机床基础件均采用HT250 铸铁，采用树脂砂工艺，铸后进行焖火，粗加工后经时效处理（人工时效和振动时效）。铸件质量可靠无裂纹、气孔、缩孔及白口组织，铸件经焖火、时效处理后具有稳定组织，保证在使用过程中机床稳定性，产品质量证明书中提供浇注铁水化学成分分析报告，热处理报告及热处理温度时间曲线。 b)主传动由交流电机驱动，通过2级减速箱进行高低档转换，减速箱通过液压换档，采用三菱变频器控制变频交流电机，进行无极调速。箱内齿轮通过淬火和磨削处理，保证了传动精度和效率并降低噪音和减轻了振动。
c)工作台由工作台、工作台底座、主轴部件及传动机构组成，工作台及工作台底座为整体铸造加工。工作台导轨面镶巴氏合金导轨板，并在导轨间注入压力油以形成动压导轨。因而工作台承载能力大，回转精度高。
d)横梁在立柱上作升降移动。横梁由刀架进给传动机构、横梁夹紧机构及液压装置组成。横梁上安装一套自动润滑油泵，根据需要对导轨面进行润滑。
e)立刀架X轴、Z轴由西门子伺服电机驱动，通过行星减速机减速增大扭矩，由西门子数控系统控制两轴联动，实现各种复杂曲面加工。
f)液压系统包括：工作台动压系统、主传动变速系统、横梁夹紧与液压系统、立刀架滑枕液压平衡系统。液压系统至关紧要，关系到液压锁紧、液压换挡、液压平衡、动压导轨的稳定性，故我公司选用齐一公司供货商南通富通和无锡协和的液压元件，保证了液压系统的稳定性和互换性。
g)电气系统
1)数控系统为西门子802C伺服电机1FT6 Z向带制动
2)控制轴数（X、Z）2轴
3)联动轴数（X、Z） 2轴
4)直线插补、圆弧插补
5)I/0-PLC
6)通用串行接口RS232C。
7)机床自诊断功能及机床和操作各种报警显示。
8)程序输入方式：MDI手动输入。
2.2 主要参数
表1 CK5116机床主要参数表
2.3 CK5116数控立车的加工范围与特点
本机床是在CA5116机械式立车基础之上设计的，采用西门子数控系统控制，既可进行大扭矩切削,又可实现高速高精度切削。可用于外圆柱面、圆锥面、圆弧面、复杂曲面、端面、切槽等粗精加工。本产品具有精度高、刚度大、使用寿命长、抗震性好、可靠性高等特点。单柱立式车床属车床的一种，即立车系列中万能型普通车床，适用于多种中小型环形件、壳体及法兰等零件的外园、外锥面、内孔、内锥面车削及钻孔、扩孔、镗孔等加工。值得一提的是，单柱立式车床是专为钢球设备的球板加工而设计的，同时亦广泛适用于各种盘状零件的加工。
单柱立式车床的结构与特点
a)主变速箱采用液压变速;工作台转速由手动转阀选定，通过电---液操纵实现;
b)垂直刀架，液压系统备有保压装置;
c)横梁夹紧机构采用弹簧夹紧，液压松开;
d)备有数显装置;
e)主变速箱及工作台主轴支撑及传动自动润滑;
f)主传动皮带拉力、主轴轴承间隙、垂直滑枕螺母间隙及横梁夹紧力均可调;
g)进给机构有保险装置;
3 数控系统的分析与选用
3.1 数控系统的基本组成
数字控制机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床，它是数控技术的典型应用。数控系统是实现数字控制的装置，计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。计算机数控系统的组成如图所示。
图1 计算机数控系统组成图
3.2 FANUC数控系统
FANUC系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。FANUC系统进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，使用较为广泛的产品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在这些型号中，使用最为广泛的是FANUC0系列。
系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装、各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。
PMC信号和PMC功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。系统提供串行RS232C接口，以太网接口，能够完成PC 和机床之间的数据传输。
FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有
基本统一的操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。鉴于前述的特点，FANUC系统拥有广泛的客户。使用该系统的操作员队伍十分庞大，因此有必要了解该系统的一些软、硬件上的特点。我们可以通过常见的FANUC 0系列了解整个FANUC系统的特点。
a)刚性攻丝主轴控制回路为位置闭环控制，主轴电机的旋转与攻丝轴（Z轴）进给完全同步，从而实现高速高精度攻丝。
b)复合加工循环复合加工循环可用简单指令生成一系列的切削路径。比如定义了工件的最终轮廓，可以自动生成多次粗车的刀具路径，简化了车床编程。
c)圆柱插补适用于切削圆柱上的槽,能够按照圆柱表面的展开图进行编程。
d)直接尺寸编程可直接指定诸如直线的倾角、倒角值、转角半径值等尺寸，这些尺寸在零件图上指定，这样能简化部件加工程序的编程。
e)记忆型螺距误差补偿可对丝杠螺距误差等机械系统中的误差进行补偿，补偿数据以参数的形式存储在CNC的存储器中。
f)CNC内装PMC编程功能PMC对机床和外部设备进行程序控制
g)随机存储模块MTB(机床厂)可在CNC上直接改变PMC程序和宏执行器程序。由于使用的是闪存芯片，故无需专用的RAM写入器或PMC的调试RAM。
h)显示装置采用西门子数控系统。
3.3 SIEMENS数控系统
SIEMENS数控系统是一个集成所有数控系统元件（数字控制器，可编程控制器，人机操作界面）于一体的操作面板安装形式的控制系统。所配套的驱动系统接口采用西门子公司全新设计的可分布式安装以简化系统结构的驱动技术，这种新的驱动技术所提供的DRIVE-CLIQ接口可以连接多达6轴数字驱动。外部设备通过现场控制总线 PROFIBUS DP连接。这种新的的驱动接口连接技术只需要最少数量的几根连线就可以进行非常简单而容易的安装。SINUMERIK802D SL为标准的数控车床和数控铣床提供了完备的功能，其配套的模块化结构的驱动系统为各种应用提供了极大的灵活性。性能方面经过大大改进的工程设计软件（Sizer，Starter）可以帮助用户完成从项目开始阶段的设计选型，订货直到安装调试全部过程中的各项任务。
相对于802D在性能上有许多的改进，为广大的客户在希望扩大应用领域和范围方面提供了更多的可能和受益，例如：可以方便的使用 DIN 编程技术和 ISO 代码进行编程，卓越的产品可靠性，数字控制器，可编程控制器，人机操作界面，输入/输出单元一体化设计的系统结构，由各种循环和轮廓编程提供的扩展编程帮助技术，通过DRIVE-CLIQ 接口实现的最新数字式驱动技术提供了统一的数字式接口标准，各种驱动功能按照模块化设计，可以根据性能要求和智能化要求灵活安排，各种模块不需要电池及风扇，因而无需任何维护。各种功能体现了西门子公司最新的产品创新技术，例如5个数字驱动轴，其中任意4个都可以作为联动轴进行插补运算，另一个作为定位轴使用，同时，还提供一个相应的数字式主轴（模拟主轴即将推出）作为一个变型使用, 在带 C 轴功能时，可以采用3个数字轴，一个数字主轴，一个数字辅助主轴和一个数字定位轴的配置。新一代的西门子驱动技术平台SINAMICS S120伺服系统通过已经集成在元件级的DRIVE-CLIQ来对错误进行识别和诊断，从操作面板就可以进行操作，使用的标准闪存卡（CF）可以非常方便的备份全部调试数据文件和子程序，通过闪存卡（CF）可以对加工程序进行快速处理，通过连接端子使用两个电子手轮，216 个数字输入和144 个数字输出（0.25A），RCS802 - 远程诊断和远程控制（NC 和 PLC），RCS@Event（通过电子邮件进行远程诊断），USB口（即将推出）。
3.4 华中数控系统
华中数控系统是我国为数不多具有自主版权的高性能数控系统之一。它以通用的工业PC机（IPC）和DOS、WINDOWS操作系统为基础，采用开放式的体系结构，使华中数控系统的可靠性和质量得到了保证。它适合多坐标（2～5）数控镗铣床和加工中心，在增加相应的软件模块后，也能适应于其它类型的数控机床（如数控磨床、数控车床等）以及特种加工机床（如激光加工机、线切割机等）。华中数控装置的硬件基本结构如图3所示。系统的硬件由工业PC机（IPC）、主轴驱动单元和交流伺服单元等几个部分组成。各组成部分介绍如下。图3中的虑线框为一台IPC的基本配置，其中ALL-IN-ONE CPU卡的配置是CPU 80386以上、内存2MB以上、cache 128kB以上、软硬驱接口、键盘接口、二串一并通信接口、DMA控制器、中断控制器和定时器；外存是包括软驱、硬驱和电子盘在内的存储器件。系统总线是一块由四层印刷电路板制成的无源母板。图3中的单点画线部
分是数控系统的操作面板，其中数控键盘通过COM2口直接写标准键盘的缓冲区。
图2 单机或主从结构的CNC装置硬件结构
图2中的双点画线的模块表示是可根据用户特殊要求而定制的功能模块。位置单元接口根据伺服单元的不同而有不同的具体实施方案；当伺服单元为数字交流伺服单元时，位置单元接口可采用标准RS232C串口；当伺服单元为模拟式交/直流伺服单元时，位置单元接口采用位置环板；当用步进电机为驱动元件时（教学数控机床），位置单元接口采用多功能数控接口板。光隔I/O板主要处理控制面板上以及机床测量的开关量信号。多功能板主要处理主轴单元的模拟或数字控制信号，并回收来自主轴编码器、手摇脉冲发生器的脉冲信号。
3.5 结论
机床外型美观，宜人性好、西门子的产品一直在不断更新，最新的数控系统828D是之前的802D SL的换代产品。从802Dsl出现开始，西门子就在对数控系统产品平台进行统一化，配套的驱动由SIMODRIVE 611系列向最新的驱动平台SINAMICS S120过度。
SINUMIKE 828D带的驱动是SINAMICS S120，数控系统分车床版，铣床版，并有配置SINAMICS S120 COMBI经济型驱动的经济版828D Basic M和828D Basic T。828D车床版基本配置带3个进给轴/主轴，铣床版带4个进给轴/主轴，最多可配置8个进给轴/主轴。是目前针对铣床/车床/中小型加工中心的最经济适用的数控系统。
828D配套的操作面板和现实面板，按钮面板为标准型，可以跟810D，840D 等型号的互换。828D的定位是新一代紧凑性数控系统，简洁紧凑，简便完美，
设计更人性化。
功能没有什么增加，主要是性能的提升：
a）在运算速度的提高，曲面加工更完美，坐标转换更快，使加工精度更高，提高生产效率。
b）支持高级语言，数控编程更灵活，更易用。（之前的西门子数控系统上手比较慢）
c）通讯和交互能力更强，网络连接更方便。操作维修方便。性价比更高。综上所述，我选择了 SIEMENS802D系统。
4 CK5116刀架控制设计
4.1 刀架的有关概况
4.1.1 刀架的产生
电动刀架是数控车床重要的传统结构，由于该类刀架采用全电控制，无需另加液压或气动等其它动力源，故对简化机床控制的复杂程度带宋好处。合理的选配电动刀架，可以缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性。另外，加工工艺适应性和连续工作的工作能力也明显提高;尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制算法，对执行机构发出相应的控制指令外，很重要的一点是数控机床须配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需各种刀具，灵活，方便地完成各种几何形状的加工。
4.1.2 刀架的分类
按刀架的回转轴线分类，有绕水平轴旋转分度和绕垂直轴旋转分度两大类。按装刀数来分常见的有四工位电动刀架和六工位电动刀架等。按机械定位方式分，常见的有端齿盘定位，三齿盘定位，斜板圆销转位电动刀架等。三齿盘定位电动刀架(又称为“免抬刀架”)可实现上刀体不抬起而顺利地转位换刀的要求，排除了冷却液、加工屑对刀架转位时的影响，较为可靠地解决了刀架的密封问题。斜板圆销转位电动刀架结构简单，工作可靠。
4.2 刀架的基本结构
4.2.1 数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构：
a）驱动装置主要有电机、液压电动机、齿轮、齿条。
b）分度装置通过机械液压传动结构到所需工位间的转动。结构主要分为间歇分度结构和连续分度机构。快速换刀一般选用双向旋转的连续分度机构。 c）预定位装置到达所需的工位后，停止分度运动，以便于齿盘正确啮合。伺服电机驱动刀架，利用伺服电机编码器作为预定位。
d）松开、刹紧装置齿盘副的松开刹紧。为了完成快速杀紧和得到的杀紧力，松开和刹紧一般选用液压和机械等来实现松开和刹紧。
e）精定位装置刀具在切削时需要很高的刚性和定位精度，因此刀架都选用齿盘副做的精度定位元件。
f）发信装置包括工位信号（编码器）和动作控制信号。
g）装刀装置包括刀盘、刀夹及夹刀装置。目前刀盘有2种模式：欧式VDI、日式槽刀盘。德国标准VDI刀盘DIN69880和DIN69881标准。
h）数控刀架换刀动作系统发出指令——齿盘松开——刀架旋转分度——到达目标工位并发信号给系统——预定位——齿盘锁紧精定位——系统确认后工件切削。为满足不同工件的加工要求，数控刀架分为4、6、8、10、12工位，形式为立式和卧式。
4.2.2 刀架的几种典型结构
a）排刀式刀架
排刀式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒类为主的机床较为常见，它的结构形式为夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床X坐标轴方向排列在横向滑板或一种称为快换台板上。这种刀架的特点之一是刀具布置和机床调整都较方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具在一把刀完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴向移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。这种换刀方式迅速、省时、有利于提高机床的生产效率。数控车床方刀架经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样：有四个刀位，能装夹四把不同的刀具，方刀架回转90`时，刀具变换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。换刀时方刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和刀架夹紧。完成上述动作要求，有相应的机构来实现。般转塔回转刀架转塔回转刀架适用与盘类零件加工。在加工轴类零件时，可以换用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。回转刀架动作根据数控指令进行，由液压系统通过电磁换向阀进行控制，其动作过程分为如下四个步骤：刀架抬起，刀架转位、刀架压紧，转位液压缸复位。如果定位、压紧动作正常，刀架会发出信号表示已完成换刀过程，可进行切削加工。
b）盘形自动回转刀架
盘形自动回转刀架根据刀位又可分为A型、B型和C型，其中A型和B型刀架可配置12把刀具，C型可配置8把刀具。A、B型回转刀盘的外切刀可使用
25mm*150mm标准刀具和刀杆截面为25mm*25mm的可调工具，C型可用尺寸为20mm*20mm*125mm的标准刀具。镗刀杆直径最大为32mm。该种刀架更换和对刀十分方便。刀位选择由刷形选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。
c）车削中心的动力刀架
车削中心的动力刀架的刀盘上可以安装各种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧刀夹、莫氏刀柄），夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。该刀架采用端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驱动，电动机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码起器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流伺服电机驱动，通过同步齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。
4.3 数控机床刀架应满足的要求与分析
a）满足工艺过程所提出的要求。机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面，而工件的表面形状和表面位置的不同，要求刀架能够布置足够多的刀具，而且能够方便而正确地加工各工件表面，为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地转位。
b）在刀架以要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具进还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。以保证刀具和工件间准确的相对位置。刀架的运动精度将直接反映到加工工件的几何形状精度和表面粗糙度上，为此，刀架的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀架运转的终点到位应准确。面且这种精度保持性要好，以便长期保持刀具的正确位置。
c）刀架应具有足够的刚度。由于刀具的类型、尺寸各异，重量相差很大，刀具在自动转换过程中方向变换较复杂，而且有些刀架还直接承受切削力。考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量，所以刀架必须具有足够的刚度，以使切削过程和换刀过程平稳。
d）可靠性高。由于刀架在机床工作过程中，使用次数很多，而且使用频率
也高，所以必须充分重视它的可靠性。
e）刀架是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。目前自动换刀装置的换刀时间在0.8—6秒之间不等。而且还在进一步缩短。
f）操作方便和安全。刀架是工人经常操作的机床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是评价刀架设计好坏的指标。刀架上应便于工人装刀和调刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作调整刀架的手柄（或手轮）要省力，应尽量设置在便于操作的地方。
4.4 刀架的设计准则
我们设计主过程，本着以下几条设计准则：
a）创造性的利用所需要的物理性能和控制；
b）预测意外载荷；
c）创造有利的载荷条件；
d）提高合理的应力分布和刚度面；
e）辨别功能载荷及其意义；
f）重量尽量轻；
g）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸；
h）根据性能组合选择材料；
i）在储备零件与整体零件之间进行选择；
g）进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求。
4.5 刀架主回路设计
图3 刀架主回路电路
4.6 刀架控制回路设计
西门子802D数控车床采用的电动刀架的电气控制分强电和弱电两部分，强电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反向旋转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作；弱电部分主要由位置传感器——发讯盘采用霍儿传感器发讯。该电动刀架的电动机采用三相异步电机。
简易数控机床控制系统设计 学号：0601302009 专业：机械电子工程姓名：浦汉军 2007，9，10 南宁任务： 设计以单片机为控制核心的简易数控机床的数字程序控制器。要求 1、能用键盘控制工作台沿+X、-X、+Y、-Y向运动，以校正工作台位置。 2、可用于加工直线和圆弧。 3、在运行过程中可人工干预而紧急停车。 4、能实现越界报警。 5、可与PC机通讯。 总体方案设计 一、数控系统硬件电路设计 选用MCS-51系列的8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片EPROM用于存放控制程序、固定批量生产的工件加工程序和数据，再选用一片8kb的6264RAM作为存放试制工件或小批量生产的工件加工程序和数据。由于系统扩展，为使编程地址统一，采用74LS138译码器完成译码法对扩展芯片进行寻址的功能。还要考虑机床与单片机之间的光电隔离、功率放大电路。其设计框图如下图所示： 图1.1 总体设计框图 工作原理：单片机系统是机床数控系统的核心，通过键盘输入命令，数控装置送来的一系列连续脉冲通过环形分配器、光电耦合器和功率放大器，按一定的顺序分配给步进电动机各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电，这样控制步进电动机带动工作台按照指令运动。1．各单元电路设计
CE ：片选信号，低电平有效，输入 ：读信号，低电平有效，输入 PGM ：编程脉冲输入端，输入 Vpp ：编程电压(典型值为12.5V) Vcc ：电源(+5V) GND ：接地(0V) D 0 11D 1 12D 2 13D 3 15D 4 16D 5 17D 6 18D 719A 010 A 19 A 28 A 37 A 46 A 55 A 64A 73 A 825 A 924 A 1021 A 1123 A 122 G ND 14 C E 20PGM 27V cc 28 V pp 1N C 26 O E 222764 ：片选信号输入线，低电平有效。输出允 许编程 逻辑 译 码 输出缓冲 256 256存储矩阵 A12 A11 ``` A0 OE PGM CE D0 ``` D7
基于PLC的数控车床电气控制系统设计毕业论文_(2)[1]
摘要 数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。 本文正是针对这一问题展开工作的。本文介绍了用三菱FX2N微型可编程控制器对CK9930机床的电气控制部分的改造设计，重点阐述了数控机床PLC的功能、机床的电气控制原理及相应的PLC程序编制与调试三方面的问题。并且详尽地展示了PLC控制程序的开发过程。 根据数控车床所承担加工任务的特点，可知其操作过程比较复杂。要用PLC 控制车床动作，必须将PLC及其控制模块和相应的执行元件加以组合。所以在该控制程序的开发过程中，采用了模块化的结构设计方法。 本文主要完成了主轴控制、坐标轴控制、自动换刀控制、定时润滑控制以及报警处理等功能的PLC控制程序的开发。并且利用FXGP_WIN-C软件编写了该机床的PLC控制程序，并借助其运行、监控功能，通过相关设备，观察了程序的运行情况。 关键词：PLC控制，数控车床，梯形图
目录 第一章概述 (1) 1.1 数控系统的工作原理 (1) 1.1.1 数控系统的组成 (1) 1.1.2 数控系统的工作原理 (2) 1.2 PLC的硬件与工作原理 (3) 1.2.1 PLC的简介 (3) 1.2.2 PLC的基本结构 (3) 1.2.3 PLC的工作原理 (4) 第二章数控车床的PLC (5) 2.1 数控车床PLC的信息传递 (5) 2.2 数控车床中PLC的功能 (6) 2.2.1 PLC对辅助功能的处理 (6) 2.2.2 PLC的控制对象 (6) 2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能 (7) 2.4 利用PLC代替继电器—接触器控制方式的优越性 (8) 第三章 CK9930数控车床电气控制分析 (9) 3.1 车床主要结构和运动方式 (9) 3.2 车床对电气控制的要求 (9) 3.3 车床的电气控制电路分析 (10) 3.3.1 主电路分析 (11) 3.3.2 控制电路分析 (11)
《综合性实验》任务书 一、设计题目：零件的CAD/CAM综合设计 二、设计目的 综合性实验是开设《三维CAD》、《机械CAD/CAM》、《机械制造学》、《数控机床》课程之后进行的一个综合性、实践性教学环节。在系统学习CAD/CAM技术的基本原理、基本方法以及机床数控技术的基础上，着重培养学生借助计算机进行机械产品的设计、制造和系统集成的综合应用能力。其目的： 1.掌握产品的计算机辅助设计过程和方法，培养利用计算机进行结构设计的能力。 2.掌握零件的计算机辅助制造过程和方法，培养数控编程及加工仿真的能力。 3.通过应用PRO/ENGINEER，训练和提高CAD/CAM的综合运用能力。 三、设计任务 本设计以某一具体的机械零件为设计对象（零件图见附图）。主要设计任务： 1．三维CAD造型：熟悉并掌握机械CAD/CAM软件PRO/ENGINEER的草绘模块、零件模块进行三维CAD造型。 2．拟定工艺路线：根据三维几何模型，拟定该零件的数控加工工艺路线（需选择毛坯、机床、刀具、切削用量、夹具辅具量具等）； 3. 数控加工程序设计：在Pro/Engineer软件平台下，设计数控加工程序，包括描述选择确定数控加工的部位、加工方法、加工机床、刀具、切削用量等，根据数控机床的具体情况选定数控系统的种类与型号，生成数控加工程序； 4. 数控加工仿真：在Pro/Engineer软件平台下，根据前面得到的数控加工程序进行数控加工仿真，考虑工件由毛坯成为零件过程中形状、尺寸的变化，检查刀具与被切工件轮廓的干涉情况和检查刀具、夹具、机床、工件之间的运动碰撞等，完成几何模型的计算机仿真加工； 5. 数控程序与程序传输：根据数控机床的具体情况选定数控系统的种类与型号，生成通过了计算机仿真的合格零件的数控加工程序，并将数控加工程序传输给加工中心机床；6．编写设计说明书。 四、设计要求 1、要求设计过程在计算机上完成。 2、设计说明书用计算机打印（A4纸，1万字左右）。 正文：宋体五号，单倍行距； 页眉：宋体小五号，内容包括班级，姓名，“综合性实验课程设计说明书”字样； 页脚：右下脚页码。 3、设计结果应包括：课程设计说明书（应包含设计任务书、设计思路、设计步骤、设 计过程的说明和阶段结果。附零件三维图、加工代码、零件原图纸等内容） 4、严禁抄袭和请人代做，一经发现，成绩计为零分并上报教务处。 五、设计内容及时间分配 1．准备工作：布置设计任务，认真阅读设计任务书，收集资料。（1天） 2．熟悉PRO/ENGINEER，并进行零件的三维造型。（4天） 3．进行零件的数控加工。（3天） 4．编写课程设计说明书。（1天）
数控机床进给系统设计
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min 或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反
馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和造价低等特点而被广泛采用。 直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花而影响生产，并对其他设备产生电磁干扰。同时机械换向器的换向能力，限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上，使得电动机效率低，散热差。为了改善换向能力，减小电枢的漏感，转子变得短粗，影响了系统的动态性能。 交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位，并随着新技术的发展而不断完善，具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展，智能化功率模块得到普及与应用；二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟，将促进先进控制算法的应用；三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟，将使基于网络的伺服控制成为可能。 1.3、主要设计任务参数 车床控制精度：0.01mm（即为脉冲当量）；最大进给速度：V max=5m/min。最大加工直径为D =400mm，工作台及刀架重：110㎏；最大轴，向力=160㎏；导轨静摩擦系数=0.2； max 行程=1280mm；步进电机：110BF003；步距角：0.75°；电机转动惯量：J=1.8×10-2㎏.m2。
数控刀具种类_数控刀片型号 数控刀具是指与数控机床(包括加工中心、数控车床、数控镗铣床、数控钻床、自动线以及柔性制造系统)相配套使用的各种刀具的总称,是数控机床不可缺少的关键配套产品。在国外数控刀具发展很快,品种很多,已形成系列。在我国,由于对数控刀具的研究开发起步较晚,数控刀具成了工具行业中最薄弱的一个环节。数控刀具的落后已经成为影响我国国产和进口数控机床充分发挥作用的主要障碍。 数控刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括刀具及连接刀柄:刀柄要连接刀具并装在机床的动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。近年来,快速发展的数控加工技术促进了数控刀具的发展。每当一种新型数控刀具产品的面市,会使数控加工技术跃上一个新台阶,产生巨大的经济和社会效益。 数控刀具的分类方法很多。一般可按下列方法进行分类。 1.按刀具切削部分的材料分 按刀具切削部分的材料可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金 刚石刀具和涂层刀具等。 2.按刀具的结构形式分 按刀具的结构形式可分为整体式、镶嵌式和特殊形式等。 (1)整体式。整体式包括钻头和立铣刀等。
(2)镶嵌式。镶嵌式包括刀片采用焊接和机夹式等。 (3)特殊形式。特殊形式包括复合式和减振式等。 3。按切削加工工艺分 按切削加工工艺可分为车削刀具、铣削刀具、钻削刀具和镗削刀具等。 (1)车削刀具。车削刀具包括外圆车刀、内孔车刀、切槽(断)刀、端面车刀、螺纹车刀等: (2)铣削刀具。铣削刀具包括面铣刀、立铣刀和螺纹铣刀等。 (3)钻削刀具。钻削刀具包括钻头、铰刀和丝锥等。 (4)镗削刀具。镗削刀具包括粗镗刀和精镗刀等。 数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。 模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。 （1）从结构上可分为 ② 体式 ②镶嵌式可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，分为 可转位和不转位； ③减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振
目录 1、前言 (2) 2、控制系统硬件的基本组成 (2) 2.1系统扩展 (2) 2.1.1 8031芯片引脚 (3) 2.1.2 数据存储器的扩展 (6) 2.1.3 数据存储器的扩展 (7) 3、控制系统软件的组成及结构 (9) 3.1 监控程序 (10) 3.1.1 系统初始化 (10) 3.1.2 命令处理循环 (10) 3.1.3 零件加工程序（或作业程序）的输入和编辑 (10) 3.1.4 指令分析执行 (10) 3.1.5 系统自检 (11) 3.2 数控机床控制系统软件的结构 (11) 3.2.1 子程序结构 (12) 3.2.2 主程序加中断程序结构 (12) 3.2.3 中断程序结构 (12) 4 、心会得体 (13) 5 、参考文献 (14)
1 、前言 数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。数控机床控制系统的作用是使数控机床机械系统在程序的控制下自动完成预定的工作，是数控机床的主要组成部分。 2、控制系统硬件的基本组成 数控机床控制系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。控制系统在使用中的控制对象各不相同，但其硬件的基本组成是一致的。控制系统的硬件基本组成框图如图1所示。 图1 控制系统硬件基本组成框图 在图1中，如果控制系统是开环控制系统，则没有反馈回路，不带检测装置。 以单片机为核心的控制系统大多采用MCS-51系列单片机中的8031芯片单片机，经过扩展存储器、接口和面板操作开关等，组成功能较完善、抗干扰性能较强的控制系统。 2.1系统扩展 以8031单片机为核心的控制系统必须扩展程序存储器，用以存放程序。同时，单片机内部的数据存储器容量较小，不能满足实际需要，还要扩展数据存储
控制系统课程项目 设计说明书 项目名称：数控铣床控制系统设计 系别：机械电子工程系 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：city 学号：09128888 组员：学号： 学号： 指导教师：陈少波
完成时间：2012 年 6 月8 日至2012 年 6 月22 日 目录 1 概述 (3) 1.1 设计目的 (3) 1.2使用设备 (3) 1.3设计内容及要求 (4) 2 NUM1020控制系统设计 (4) 2.1 功能概述 (4) 2.2 主要元器件选型 (5) 2.2.1电机选型 (5) 2.2.2 伺服驱动器与变频器选型 (8) 2.3 电路原理设计 (9) 2.3.1 电源供电设计 (9) 2.3.2 驱动电路设计 (10) 2.3.3 电机编码器与伺服驱动器连接设计 (10) 2.3.4 手轮与轴卡连接设计 (11) 2.3.5铣床控制电路设计 (12) 2.4 控制系统设计 (13)
2.4.1控制系统功能设计 (13) 2.4.2 参数设置 (14) 2.4.3 程序设计 (16) 3 总结 (20) 1 概述 1.1 设计目的 1）、掌握简单数控铣床控制系统的设计过程 2）、掌握常用数控系统（NUM1020）的操作过程 3）、掌握交流伺服电机的工作方式及应用过程 4）、了解数控系统内置式PLC 的实现原理及编程方式 5)、掌握数控系统自动控制功能程序的设计及开发过程 1.2使用设备 1)、NUM1020数控系统一套 2)、安川交流伺服电机3套 3)、计算机及梯形图编辑软件一套
1.3设计内容及要求 1）、以实验室现有的设备（NUM1020数控系统）作为控制器，参照实验室现有的数控铣床的功能，完成一台具有3轴联动功能的数控铣床的电气系统设计过程。 2）、移动轴（3轴）采用实验室现有的交流伺服电机进行驱动，采用半闭环位置控制模式。 3）、主轴采用实验室现有的变频调速器进行设计驱动，系统不要求具备自动换刀功能。 4）、完成PLC输入输出点的分配。 5）、具有行程及其他基本的保护功能。 6）、设计相关功能的梯形图控制程序（要求具有：手动进给功能、手轮进给功能、MDI功能、自动控制功能及各种基本的逻辑保护功能） 7）、完成设计报告。 2 NUM1020控制系统设计 2.1 功能概述 此三轴联动数控铣床由X、Y、Z轴三轴及主轴组成，X、Y、Z轴采用伺服电机传动，由伺服驱动器驱动。主轴采用普通三相异步电机，由变频器驱动。数控系统采用NUM1020数控系统。由NUM1020数控系统作为控制核心，三台伺服驱动器通过NUM1020系统的轴卡地址编码控制，主轴变频器由数控系统
广州数控980TD编程操作说明书 第一篇编程说明 第一章：编程基础 1.1GSK980TD简介 广州数控研制的新一代普及型车床CNC GSK980TD是GSK980TA的升级产品，采用了32位高性能CPU和超大规模可编程器件FPGA，运用实时多任务控制技术和硬件插补技术，实现μm级精度运动控制和PLC逻辑控制。 技术规格一览表 运动控 制控制轴：2轴（X、Z）；同时控制轴（插补轴）：2轴（X、Z） 插补功能：X、Z二轴直线、圆弧插补 位置指令范围：-9999.999～9999.999mm；最小指令单位：0.001mm 电子齿轮：指令倍乘系数1～255，指令分频系数1～255 快速移动速度：最高16000mm/分钟（可选配30000mm/分钟） 快速倍率：F0、25%、50%、100%四级实时调节 切削进给速度：最高8000mm/分钟（可选配15000mm/分钟）或500mm/转（每转进给） 进给倍率：0～150%十六级实时调节 手动进给速度：0～1260mm/分钟十六级实时调节 手轮进给：0.001、0.01、0.1mm三档 加减速：快速移动采用S型加减速，切削进给采用指数型加减速 Ｇ指令28种G指令：G00、G01、G02、G03、G04、G28、G32、G33、G34、G40、G41、G42、G50、G65、G70、G71、G72、G73、G74、G75、G76、G90、G92、G94、G96、G97、G98、G99，宏指令G65可完成27种算术、逻辑运
1.2 机床数控系统和数控机床 数控机床是由机床数控系统（Numerical Control Systems of machine tools）、机械、电气控制、液压、气动、润滑、冷却等子系统（部件）构成的机电一体化产品，机床数控系统是数控机床的控制核心。机控系统由控制装置（Computer Numerical Controler简称CNC）、伺服（或步进）电机驱动单元、伺服（或步进）电机等构成。 数控机床的工作原理：根据加工工艺要求编写加工程序（以下简称程序）并输入CNC，CNC加工程序向伺服（或步进）电机驱动单元发出运动控制指令，伺服（或步进）电机通过机械传动构完成机床的进给运程序中的主轴起停、刀具选择、冷却、润滑等逻辑控制指令由CNC传送给机床电气控制系统，由机床电气控制系统
第一章、数控机床进给系统概述 数控机床伺服系统的一般结构如图图1-1所示： 图1-1数控机床进给系统伺服 由于各种数控机床所完成的加工任务不同，它们对进给伺服系统的要求也不尽相同，但通常可概括为以下几方面：可逆运行；速度范围宽；具有足够的传动刚度和高的速度稳定性；快速响应并无超调；高精度；低速大转矩。 1.1、伺服系统对伺服电机的要求 （1）从最低速到最高速电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r /min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 （2）电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载4-6倍而不损坏。 （3）为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电机应具有耐受4000rad/s2以上的角加速度的能力，才能保证电机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。 （4）电机应能随频繁启动、制动和反转。 随着微电子技术、计算机技术和伺服控制技术的发展，数控机床的伺服系统已开始采用高速、高精度的全数字伺服系统。使伺服控制技术从模拟方式、混合方式走向全数字方式。由位置、速度和电流构成的三环反馈全部数字化、软件处理数字PID，使用灵活，柔性好。数字伺服系统采用了许多新的控制技术和改进伺服性能的措施，使控制精度和品质大大提高。 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普通车床的一个特殊部分。 1.2、伺服系统的分类 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。
红字的意思是没找到答案，蓝字的意思是不确定；有错别字不负责啊。。。学渣整理，此资料仅供参考╮(╯▽╰)╭ 一 ⒈数控机床通常由哪几部分组成？各部分的作用和特点是什么？ 控制介质 作用：在数控机床加工时，携带和传输所需的各种控制信息。 特点：是存储数控加工所要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序。 数控装置 作用：是数控机床的核心，它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、 运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。 特点：可分为普通数控系统NC 和计算机数控系统CNC 两类。 伺服机构 作用：根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。 特点：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，与机床上的执行部件和机械部件组成数控机床的进给系统。 机械部件 作用：包含有主运动部件、进给运动执行部件、拖板和传动部件等。 特点：传动结构要求更为简单，精度、刚度、抗震性等方面要求更高，且其传动和变速系统要便于实现 自动化控制。 ⒉简述数控机床的分类 按运动方式分 点位控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，移动过程不需要切削； 点位直线控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，且运动轨迹为直线，移动部件在移动过程中 进行切削； 轮廓控制系统：需要从一点准确的移动到另一点，并能控制将零件加工成一定的轮廓形状。 按控制方式分 开环控制系统：不具有反馈装置，系统精度较低； 半闭环控制系统：具有角位移检测装置，定位精度较高，调试方便，稳定性好； 闭环控制系统：具有直线位置检测装置，具有检测、比较和反馈装置，定位精度高，但结构复杂。 按数控系统的功能水平分：低、中、高档次 ⒊什么是开环、半闭环和闭环控制系统？其特点是什么？适用于什么场合？ ①开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统；特点是不能进行误差校正，因此系统精度较低；适用于低精度要求 的数控机床。 ②半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置的控制系统；特点是调试方便，稳定性好精 度较高；目前应用较为广泛。 ③闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置的控制系统；特点是定位精度高，调试维修较 为困难；适用于精度要求高的数控机床。 ⒋脉冲当量、定位精度和重复定位精度的含义是什么？ 脉冲当量：数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床位移部件上的移动量。 定位精度：数控机床工作台等移动部件在确定的终点所到达的实际位置的精度。 重复定位精度：在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。⒌数控轴数与联动轴数的区别。 控制轴即机床数控装置能够控制轴的数目，而联动轴即同时控制多个轴的运动。数控轴数越多，功能就越强，机床 的复杂程度和技术含量也越高；联动轴数越多，机床控制和编程难度越大。 ⒎数控车床床身和导轨有几种布局形式？每种布局形式的特点是什么？ 有四种布局形式 ①平床身：工艺性好，便于导轨面的加工； ②斜床身：排屑方便，便于安装自动排屑器，操作方便，易于实现单机自动化和封闭式防护； ③平床身斜滑板：工艺性好，排屑方便； ④立床身：排屑最为方便。二⒈数控机床设计方案的特点是什么？ 设计手段计算机化；设计方法综合化；设计对象系统化；设计问题模型化；设计过程程式化与并行化。 、管路敷设技术通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内，强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
数控铳床传动系统设计 学院：—机械工程学院— 专业：—机械维修及检测技术教育 班级：= __________________ 学号：_________ 姓名：
目录 第一章立式数控铣床工作台（X轴）设计 (1) 1.1概述 (1) 1.2设计计算 (2) 1.3滚珠丝杆螺母副的承载能力校验 (12) 1.4传动系统的刚度计算 (14) 1.5驱动电动机的选型与计算 (17) 1.6机械传动系统的动态分析 (20) 1.7机械传动系统的误差计算与分析 (21) 1.8确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (23) 第二章数控机床控制系统设 (25) 2.1设计内容 (25) 总结与体会 (32) 参考文献 (33)
第一章立式数控铳床工作台（X轴）设计 1.1概述 1.1.1技术要求 工作台、工件和夹具的总重量m=860kg （所受的重力W =8600N,其中，工作台的质量m o=460kg （所受的重力W o=4600N ；工作台的最大行程L p=560mm工作台快速移动速度V max=15000 mm min;工作台采用滚动直线导轨，导轨的动摩擦系数u=0.01,静 摩擦系数u0=0.01 ;工作台的定位精度为25um，重复定位精度为18 um；机床的工作寿命为20000h（即工作时间为10年）。 机床采用伺服主轴，额定功率p E=5.5kw，机床采用端面铣刀进行强力切削，铣刀直径D=100mm主轴转速n=280「/min，切削状况如表2-1所示。 表2-1数控铣床的切削状况
1.1.2总体方案设计 为了满足以上技术要求，采取以下技术方案。 （1） 对滚珠丝杠螺母进行预紧； （2） 采用伺服电动机驱动； （3） 采用锥环套筒联轴器将伺服电动机与滚珠丝杆直连; （4） 采用交流调频主轴电动机，实现主轴的无级变速。 1.2设计计算 1. 2.1主切削力及其切削分力计算 （1）计算主切削力F Z 。 根据已知条件，采用端面铣刀在主轴计算转速下进行强力切 削（铣刀直径 D=100m ）时，主轴具有最大扭矩，并能传递主电动 机的全部功率。此时，铣刀的切削 速度为 若主传动链的机械效率 m=0.8，按式F z 二m P E 103 可计算主切 v 削力F Z : F z 二 103 二 0.8 5.5 10— 2993.20N V 1.47 （2）计算各切削分力 根据《数控技术课程设计》表2-1可得工作台纵向切削力F i 、 v J Dn 60 3 3.14 100 10- 280 60 二 1.47m/s
机电一体化 课程设计 说明书 设计题目：C6140卧式车床数控化改造设计 班级：班 设计者： 学号： 指导教师： 目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (3)
2.1总体方案设计要求 (3) 2.2设计参数 (4) 2.3.其它要求 (5) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (6) 3.1进给系统机械结构改造设计 (6) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (6) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10) 4步进电动机的计算与选型 (14) 4.1步进电动机选用的基本原则 (14) 4.1.1步距角α (14) 4.1.2精度 (14) 4.1.3转矩 (14) 4.1.4启动频率 (14) 4.2步进电动机的选择 (15) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (15) 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (15) 5电动刀架的选择 (15) 6控制系统硬件电路设计 (16) 6.1控制系统的功能要求 (16) 6.2硬件电路的组成： (16) 6.3电路原理图 (17) 6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 .. (19) 8参考文献 (19) 1设计任务
设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm 9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变 速信号 10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与PC 机串行通讯 13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码 2设计要求 2.1总体方案设计要求 C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。 （1）普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此数控系统选连续控制系统。 （2）车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。 （3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用8位微机。在8位微机中，MCS —51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此，可选 MCS —51系列单片机扩展系统。 （4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU 外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。 （5）设计自动回转刀架及其控制电路。 （6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺 01.0=x δ02.0=z δ
1、数控机床进给系统概述 1.1 伺服进给系统概述 数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构和执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机，功率步进电机，电业脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速移动。数控机床的伺服进给系统与一般机床的进给系统有本质的差别，他能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定运动规律所合成的运动轨迹。 1.2 伺服进给系统分类 数控私服进给系统按有无位置检测和反馈进行分类，有以下三种： (1)开环伺服系统 (2)半闭环伺服系统 (3)闭环伺服系统 1.3 伺服进给系统的基本要求 (1)精度要求 (2)响应速度 (3)调速范围 (4)低速、大转矩 2、运动设计 2.1传动方案拟定 数控机床按控制方式分为开环、闭环、半闭环，由于采用直流式交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于数控车床加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制，精度较闭环控制的查，但是稳定性好，成本较低，调试维修较容易；但是对于经济型数控机床来说必要性不大。故在本次设计中，采用开环控制步进电机驱动。 确定设计任务后，初步拟定三种传动方案即1电机直接与丝杠相连；2电机通过同步带的传动带动丝杠转动；3电机通过齿轮传动带动丝杠转动。 步进电机具有如下优点 :
目录 0摘要 (3) 1引言 (6) 第一章设计方案的确定 ............................................. - 5 - 一总体设计方案的确定........................................... - 5 - 二机械部分的设计与计算......................................... - 5 - （一）纵向进给系统的设计选型 .................................. - 5 - (二) 横向进给系统的设计与计算 ................... 错误！未定义书签。第二章步进电动机的选择 ................................ 错误！未定义书签。 一步进电动机选用原则................................. 错误！未定义书签。 二步进电机的选型..................................... 错误！未定义书签。 （一）纵向进给系流步进电机的确定 ................. 错误！未定义书签。 （二）横向进给系流步进电机的确定 ................. 错误！未定义书签。 （三）110BF003型直流步进电机主要技术参数......... 错误！未定义书签。 （四）110BF004型直流步进电机主要技术参数......... 错误！未定义书签。第三章经济型数控系统选型 ................................ 错误！未定义书签。第四章电动刀架的选型 ................................. 错误！未定义书签。第五章编制零件工序及数控程序实例 ...................... 错误！未定义书签。 一机床设计参数的选择................................. 错误！未定义书签。 （一）车床纵向运动由Z向步进电动机控制 ........... 错误！未定义书签。 （二）车床横向运动由X向步时电动机控制 ........... 错误！未定义书签。 二程序设计........................................... 错误！未定义书签。 （一）数控机床参数及约定 ......................... 错误！未定义书签。 (二) 编程参数说明 ................................ 错误！未定义书签。参考文献 ............................................................. - 8 - 体会 .................................................... 错误！未定义书签。
数控机创进给系统 数控机床的进给传动系统常用伺服进给系统来工作。 伺服进给系统的作用是根据数控系统传来的指令信息，进行放大以后控制执行部件的运动，不仅控制进给运动的速度，同时还要精确控制刀具相对于工件的移动位置和轨迹。因此，数控机床进给系统，尤其是轮廓控制系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两方面同时实现自动控制。 数控机床进给系统的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。 一个典型的数控机床闭环控制的进给系统组成：位置比较、放大元件、驱动单元、机械传动装置和检测反馈元件等几部分。 机械传动装置：是指将驱动源旋运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、丝杠螺母副等中间传动机构。 第一节概述 一、数控机床对进给传动系统的要求 1．减少摩擦阻力：在数控机床进给系统中，普遍采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副，滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 2．减少运动惯量 3．高的传动精度与定位精度设计中，通过在进给传动链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量(即伺服系统接收一个指令脉冲驱动工作台移动的距离)，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等办法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。 4．宽的进给调速范围：伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达3～6000mm／min(调速范围1：2000)。 5．响应速度要快：所谓快响应特性是指进给系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确地跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象 6．无间隙传动：进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各传动副中，直接影响数控机床的加工精度。因此，应尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。设计中可采用消除间隙的联轴节及有消除间隙措施的传动副等方法。 7．稳定性好、寿命长：稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，即各传动部件保持其原来制造精度的能力。 8．使用维护方便 二、联轴器 联轴器是用来连接进给机构的两根轴使之一起回转，以传递转矩和运动的一种装置。机器运转时，被连接的两轴不能分离，只有停车后，将联轴器拆开，两轴才能脱开。 联轴器的类型：有液压式、电磁式和机械式；而机械式联轴器是应用最广泛的一种，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩，
200 届毕业设计说明书 题目 院(系)、部：机械工程系 学生姓名： 指导教师：职称教授 专业：机械设计制造极其自动化班级：机 完成时间：
摘要 数控机床即数字程序控制机床，是一种自动化机床，数控技术是数控机床研究的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展，现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。 本文主要对XK5040数控立式铣床及控制系统进行设计，首先分析立式铣床的加工特点和加工要求确定其主参数，包括运动和动力参数；根据主参数和设计要求进行主运动系统、进给系统和控制系统硬件电路设计。主要进行主运动系统和进给系统的机械结构设计及滚珠丝杠和步进电机的选型和校核；对于控制系统由于这里主要针对经济型数控铣床的设计，这里采用步进电机开环控制，计算机系统采用高性能价格比的MCS-51系列单片扩展系统，主要进行中央处理单元的选择、存储器扩展和接口电路设计。 由于本文采用8031单片机控制系统，因此，设计出的立式铣床性能价格比高，满足经济性要求。可实用于加工精度较高的场合。 关键词数控技术；立式铣床；设计 ABSTRACT The numerical control engine bed is the digital process control engine bed, is one kind of automated engine bed, the numerical control technology is the core which the numerical control engine bed studies, is the manufacturing industry realization automation, the network, the flexibility, the integrated foundation. Along with the manufacture technology development, the modern numerical control engine bed with the aid of the modern design technology, the working procedure intensification and the new function part caused the engine bed the processing scope, the dynamic performance, the processing precision and the reliability had the enormous enhancement . This article mainly carries on the design to the XK5040 numerical control vertical milling machine and the control system, first analyzes the vertical milling