ck5116數控立式車床畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　作 者： 學 號： </p><p>　　系 部： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　題 目： 采

2、用SIEMENS802D系統(tǒng)的CK5116 </p><p>　　數控立車主軸控制設計 </p><p><b>　　年 月 </b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）中文摘要</p><p><b>　　目錄</b></p>

3、<p>　　1 引言…………………………………………………………………………………… 1</p><p>　　2 CK5116數控立式車床簡介…………………………………………………………… 3</p><p>　　2.1 CK5116數控立式車床的相關結構及性能分析…………………………………… 3</p><p>　　2.2 CK5116數控立式車

4、床技術要求及相關參數……………………………………… 5</p><p>　　3 CK5116數控立車的系統(tǒng)分析及選用………………………………………………… 7</p><p>　　4 CK5116數控立式車床主軸控制設計…………………………………………………17</p><p>　　4.1 主軸控制要求分析 ………………………………………………………………17

5、</p><p>　　4.2 主軸控制系統(tǒng)設計 ………………………………………………………………22</p><p>　　4.2.1 主軸電機主回路設計……………………………………………………………23</p><p>　　4.2.2 電源設計……………………………………………………………………… 25</p><p>　　4.2.3

6、 控制回路設計………………………………………………………………… 26</p><p>　　4.3 主軸PLC控制……………………………………………………………………… 27</p><p>　　4.4 參數設置………………………………………………………………………… 32 </p><p>　　結論…………………………………………………………………………………

7、…… 35</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………………… 36</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………………… 37</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，特別是能源部門的需求，使高

8、溫高壓水廣泛應用于相關的領域中，對國民生產和人民生活起著越來越重要的作用，例如： 機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質的突破，導致了應用數字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床——數控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結構的概念

9、發(fā)生了根本的轉變。數控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產品向機電一體化發(fā)展的先河。</p><p>　　數控機床是以數字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數字記錄在控制介質上，然后將數字信息送入數控裝置或計算機，經過譯碼，運算，發(fā)出各種指

10、令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。</p><p>　　數控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點： </p><p><b>　　加工精度高；</b></p><p>　　生產效率高； </p><p>　　減輕勞動強度，改善勞動條件；</p><p><b

11、>　　良好的經濟效益；</b></p><p>　　有利于生產管理的現(xiàn)代化。 </p><p>　　數控機床已成為我國市場需求的主流產品，需求量逐年激增。我國數控機機床近幾年在產業(yè)化和產品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復合化、精密化方面進步很大。但是，國產數控機床與先進國家的同類產品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設的需要。 &l

12、t;/p><p>　　我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質差，性能落后，單臺機床的平均產值只有先進工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。 </p><p>　　舊機床的數控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。 </p><p>　　隨著數控機床越來越多的普及應用，數控機

13、床的技術經濟效益為大家所理解。在國內工廠的技術改造中，機床的微機數控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數控機床一面利用數控、數顯、PC技術改造普通機床，并取得了良好的經濟效益。我國經濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當大的資金去購買新型的數控機床，而我國的舊機床很多，用經濟型數控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。1984年，我國開始生產經濟型數控

14、系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產經濟型數控系統(tǒng)?？梢灶A料，今后，機床的經濟型數控化改造將迅速發(fā)展和普及。</p><p>　　數控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅動化、網絡化、極端化、綠色化已成為數控機床發(fā)展的趨勢和方向。 中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產品的技術創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。 中國的

15、數控產業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術，加大技術創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務能力，努力縮短與發(fā)達國家之 間的差距。力爭早日實現(xiàn)數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品制造的轉變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉變。</p><p>　　數控機床行業(yè)是具有高技術含量的行業(yè)。其特點是技術要求高、產品更新?lián)Q代快、投資密度大、產品綜合性強，各功能部件對整機

16、的質量和性能至關重要。產品市場容量小，競爭對手強大。這對政府的支持協(xié)調和企業(yè)經營的有效靈活均提出很高要求?；镜恼叻较蚴且褔艺邔颉⑿袠I(yè)結構的改善和靈活高效的企業(yè)機制三者更好地結合起來。</p><p>　　但本次畢業(yè)設計，綜合各類數控機床的優(yōu)點，充分從性能的實用性和成本價格的考慮，采用了大連生產的，選用西門子802D數控系統(tǒng)的CK5116型號的數控立式車床，分析和對比介紹了其相關性能、參數。并對其主軸的

17、控制，做了詳細的設計和說明。</p><p>　　2 CK5116數控立式車床簡介</p><p>　　CK5116數控單柱立車，工作臺直徑1400mm、加工最大工件重量5t、加工最大工件高度1000mm，適用于各行業(yè)的機械加工，可用于外圓柱面、圓維面、端面、切槽、切斷等的粗、精車削加工。 工作臺采用靜壓導軌，數控立車主軸徑向采用高精度NN30型（D級）軸承，回轉精度高承載能力大

18、。 齒輪箱采用40Cr磨齒齒輪，精度高嗓音小。液壓件、電器件全部采用國內著名廠家產品，可靠性高。 立車導軌滑動面采用貼塑處理，提高耐磨性。導軌潤滑采用集中供油，十分方便。標準配備選用國內著名廠家光柵數顯配置。 立式車床鑄件采用優(yōu)質消失模樹脂沙鑄造工藝，鑄件品質高，經時效處理，經久耐用。</p><p>　　2.1 CK5116數控立式車床的相關結構及性能分析</p><

19、;p>　　該型號機床工作臺底座與床身，各自安裝固定在永久地基上。橫梁在立柱導軌上移動并自動液壓夾緊，橫梁上配置垂直立刀架。立刀架在橫梁上實現(xiàn)水平進給和移動，滑枕在垂直刀架滑座上實現(xiàn)垂直進給和移動。</p><p>　　機床主要零部件：床身、底座、工作臺、橫梁、立刀架滑座、電動刀臺、變速箱體。主傳動變速箱均為高強度鑄鐵和樹脂砂工藝鑄造，經完善的熱處理工藝過程消除殘余應力。各零部件結構尺寸合理，并布置足夠的加強

20、筋板，保證整機具有足夠的強度、剛性和高穩(wěn)定性。</p><p>　　工作臺的回轉由主電機、齒輪減速、變速系統(tǒng)驅動，實現(xiàn)四檔無級調速。</p><p>　　立刀架安裝在橫梁上?；聿馁|為球墨鑄鐵，經完善的熱處理 后精加工而成。機械性能尤佳。滑枕在運行時，有較大的接觸剛度。為保證滑枕進給切削的穩(wěn)定性，在刀架滑枕結構上設有平衡油缸裝置，克服其重力。</p><p>　　工

21、作臺采用長主軸結構，徑向采用高精度雙列圓柱滾子軸承定心。其內圈具有1：12錐度，可以調整徑向間隙，確保工作臺的回轉精度。</p><p>　　橫梁在立柱導軌上作垂直升降運動。由一臺交流電機驅動蝸桿蝸輪副減速箱及升降絲杠。橫梁由一個楔鐵夾緊，放松。夾緊由液壓實現(xiàn)。</p><p>　　機床采用集中定點對橫梁等及各運動部位進行自動供油潤滑。</p><p>　　機床運動

22、，移動部位有全方位的安全連鎖、互鎖。</p><p>　　機床的工作條件：電源：AC380V±10%，50HZ三相交流。使用機床廠房環(huán)境溫度范圍-5～40℃，相對濕度40～75%，空氣中粉塵濃度不得大于100mg/m3，不得含酸、鹽和腐蝕氣體。機床安裝應遠離震源、熱源和避免日光直曬。</p><p><b>　　其外觀圖如圖 1：</b></p>

23、<p>　　2.2 CK5116數控立式車床技術要求及相關參數</p><p>　　CA5116數控立式車床，采用西門子數控系統(tǒng)控制，既可進行大扭矩切削,又可實現(xiàn)高速高精度切削?？捎糜谕鈭A柱面、圓錐面、圓弧面、復雜曲面、端面、切槽等粗精加工。本產品具有精度高、剛度大、使用壽命長、抗震性好、可靠性高等特點。</p><p><b>　　幾何精度要求：</b&g

24、t;</p><p>　　工作臺表面的平面度 0.06mm/1400;0.02/1000任意(只許凹) </p><p>　　工作臺面的端面跳動 0.02mm/1000mm </p><p>　　工作臺徑向跳動 0.02mm/1000mm </p><p>　　刀架水平移動對工作臺面的平行度 0.02/10

25、00mm </p><p>　　刀架垂直移動對工作臺面的垂直度 正面0.06/1000mm 側面0.02/1000mm</p><p><b>　　工作精度:</b></p><p>　　工件表面粗糙度 平面、圓柱面Ra1.6; 圓弧面Ra3.2</p><p>　　圓度：

26、 0.02mm/500mm</p><p>　　圓柱度 0.02mm/500mm </p><p>　　平面度 0.04mm/1000mm</p><p>　　X、Z軸定位精度 ±0.012mm/300mm</p><p>　　重復定位精度

27、0.005mm</p><p><b>　　主要參數如表 1:</b></p><p>　　3 CK5116數控立車的系統(tǒng)分析及選用</p><p>　　數控系統(tǒng)是數字控制系統(tǒng)的簡稱，英文名稱為（Numerical Control System），根據計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用

28、計算機系統(tǒng)。通過利用數字、文字和符號組成的數字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和開關量。</p><p>　　而常用的數控系統(tǒng)有發(fā)那科、西門子、廣數、華中等數控系統(tǒng)。</p><p>　　發(fā)那科（FANUC）系統(tǒng)：</p><p>　　FANUC系統(tǒng)是日本富士通公司的產品，通常其中文譯名為發(fā)那科。FANUC系統(tǒng)</

29、p><p>　　進入中國市場有非常悠久的歷史，有多種型號的產品在使用，使用較為廣泛的產品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在這些型號中，使用最為廣泛的是FANUC0系列。 </p><p>　　系統(tǒng)在設計中大量采用模塊化結構。這種結構易于拆裝、各個控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC系統(tǒng)設計了比較健全的自我保護電路。其操作

30、面板及伺服模塊如圖2所示。 </p><p>　　PMC信號和PMC功能指令極為豐富，便于工具機廠商編制PMC控制程序，而且增加了編程的靈活性。系統(tǒng)提供串行RS232C接口，以太網接口，能夠完成PC和機床之間的數據傳輸。 </p><p>　　FANUC系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作界面友好，系統(tǒng)各系列總體結構非常的類似，具有基本統(tǒng)一的操作界面。FANUC系統(tǒng)可以在較為寬泛的環(huán)境中使用，

31、對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應性很強。 </p><p>　　鑒于前述的特點，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)擁有廣泛的客戶。使用該系統(tǒng)的操作員隊伍十分龐大，因此有必要了解該系統(tǒng)的一些軟、硬件上的特點。 </p><p>　　我們可以通過常見的FANUC 0系列了解整個FANUC系統(tǒng)的特點： </p><p><b>　　剛性攻絲

32、 </b></p><p>　　主軸控制回路為位置閉環(huán)控制，主軸電機的旋轉與攻絲軸（Z軸）進給完全同步，從而實現(xiàn)高速高精度攻絲。 </p><p>　　復合加工循環(huán) </p><p>　　復合加工循環(huán)可用簡單指令生成一系列的切削路徑。比如定義了工件的最終輪廓，可以自動生成多次粗車的刀具路徑，簡化了車床編程。 </p>

33、<p><b>　　圓柱插補 </b></p><p>　　適用于切削圓柱上的槽，能夠按照圓柱表面的展開圖進行編程。 </p><p>　　直接尺寸編程 </p><p>　　可直接指定諸如直線的傾角、倒角值、轉角半徑值等尺寸，這些尺寸在零件圖上指定，這樣能簡化部件加工程序的編程。 </p>

34、;<p>　　記憶型螺距誤差補償 </p><p>　　可對絲杠螺距誤差等機械系統(tǒng)中的誤差進行補償，補償數據以參數的形式存儲在CNC的存儲器中。 </p><p>　　CNC內裝PMC編程功能 </p><p>　　PMC對機床和外部設備進行程序控制 </p><p>　　隨機存儲模塊 </p&g

35、t;<p>　　MTB（機床廠）可在CNC上直接改變PMC程序和宏執(zhí)行器程序。由于使用的是閃存芯片，故無需專用的RAM寫入器或PMC的調試RAM。</p><p><b>　　西門子數控系統(tǒng)：</b></p><p>　　西門子（SINUMERIK）數控系統(tǒng)是德國西門子公司的產品。西門子憑借在數控系統(tǒng)及驅動產品方面的專業(yè)思考與深厚積累，不斷制造出機床產品

36、的典范之作，為自動化應用提供了日趨完美的技術支持。SINUMERIK 不僅意味著一系列數控產品，其力度在于生產一種適于各種控制領域不同控制需求的數控系統(tǒng)，其構成只需很少的部件。它具有高度的模塊化、開放性以及規(guī)范化的結構，適于操作、編程和監(jiān)控。主要包括：控制及顯示單元、PLC輸入/輸出單元（PP）、PROFIBUS總線單元、伺服驅動單元、伺服電機等部分。 </p><p>　　主要數控系統(tǒng)類型有： &l

37、t;/p><p>　　SINUMERIK 802S/C系統(tǒng) </p><p>　　SINUMERIK 802S/C系統(tǒng)專門為低端數控機床市場而開發(fā)的經濟型CNC控制系統(tǒng)。802S/C兩個系統(tǒng)具有同樣的顯示器，操作面板，數控功能，PLC編程方法等，所不同的只是SINUMERIK 802S帶有步進驅動系統(tǒng)，控制步進電機，可帶3個步進驅動軸及一個±10V模擬伺服主軸；SINUMER

38、IK 802C帶有伺服驅動系統(tǒng)，它采用傳統(tǒng)的模擬伺服±10V接口，最多可帶3個伺服驅動軸及一個伺服主軸。 </p><p>　　SINUMERIK 802D系統(tǒng) </p><p>　　該系統(tǒng)屬于中低檔系統(tǒng)，其特點是：全數字驅動，中文系統(tǒng)，結構簡單（通過PROFIBUS連接系統(tǒng)面板、I/O模塊和伺服驅動系統(tǒng)），調試方便。具有免維護性能的SINUMERIK 802D核心

39、部件-控制面板單元（PCU）具有CNC、PLC、人機界面和通訊等功能，集成的PC硬件可使用戶非常容易地將控制系統(tǒng)安裝在機床上。 </p><p>　　SINUMERIK 840D/810D/840Di系統(tǒng) </p><p>　　840D/810D是幾乎同時推出的，具有非常高的系統(tǒng)一致性，顯示/操作面板、機床操作面板、S7-300PLC、輸入/輸出模塊、PLC編程語言、數控系統(tǒng)

40、操作、工件程序編程、參數設定、診斷、伺服驅動等許多部件均相同。 </p><p>　　SINUMERIK 810D是840D的CNC和驅動控制集成型，SINUMERIK 810D系統(tǒng)沒有驅動接口，SINUMERIK 810D NC軟件選件的基本包含了840D的全部功能。 </p><p>　　采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線結構西門子840Di系統(tǒng)，全PC集成的SINUME

41、RIK 840Di數控系統(tǒng)提供了一個基于PC的控制概念。 </p><p>　　SINUMERIK 840C系統(tǒng) </p><p>　　SINUMERIK 840C系統(tǒng)一直雄居世界數控系統(tǒng)水平之首，內裝功能強大的PLC 135WB2，可以控制SIMODRⅣE 611A/D模擬式或數字式交流驅動系統(tǒng)，適合于高復雜度的數控機床。 </p><p>　

42、　交流驅動系統(tǒng) </p><p>　　SIMODRⅣE611A：模擬式伺服，配合1FT5系列進給驅動電機（600V）和1PH7主軸電機，可控制主軸，進給軸，及普通異步電機。 </p><p>　　SIMODRⅣE 611D：數字式伺服，配合1FT6/1FK6系列進給驅動電機和1PH7主軸電機，可控制主軸，進給軸等，只能配合810D、840D、840C數控系統(tǒng)。 <

43、;/p><p>　　SIMODRⅣE 611U：通用型伺服，可接收模擬信號或數字信號（PROFIBUS），可以進行位置控制、速度控制及轉矩控制。配合1FT6/1FK6和1PH7電機，是理想的驅動系統(tǒng)解決方案之一。 </p><p>　　SIMODRⅣE 611UE：通用E型伺服，通過PROFIBUS接連，其余同611U。</p><p>　　廣州數控（GSK）系

44、統(tǒng)：</p><p>　　中國南方數控產業(yè)基地，廣東省20家重點裝備制造企業(yè)之一，中國國家863重點項目《中檔數控系統(tǒng)產業(yè)化支撐技術》承擔企業(yè)，擁有中國最大的數控機床連鎖超市。公司秉承科技創(chuàng)新、追求卓越品質，以提高用戶生產力為先導，以創(chuàng)新技術為動力，為用戶提供GSK全系列機床控制系統(tǒng)、進給伺服驅動裝置和伺服電機、大功率主軸伺服驅動裝置和主軸伺服電機等數控系統(tǒng)的集成解決方案，積極推廣機床數控化改造服務，開展數控機床

45、貿易。GSK擁有國內最大的數控系統(tǒng)研發(fā)生產基地，中國一流的生產設備和工藝流程，科學規(guī)范的質量控制體系保證每套產品合格出廠。GSK產品批量配套全國五十多家知名機床生產企業(yè)，是中國主要機床廠家數控系統(tǒng)首選供應商。其操作面板圖如圖 3：</p><p>　　GSK980T車床數控系統(tǒng)（CNC），于1998年推出的普及型數控系統(tǒng)。作為經濟型數控系統(tǒng)的升級換代產品，GSK980T采用高級處理器（CPU）和可編程門陣列（PL

46、D）進行硬件插補，實現(xiàn)高速μm級控制。 采用四層線路板，集成度高，整機工藝結構合理，可靠性高。液晶（LCD）中文顯示、界面友好、操作方便。加減速可調，可配套步進驅動器或伺服驅動器?？勺冸娮育X輪比，應用方便。 </p><p>　　GSK928TC為經濟型μm級車床數控系統(tǒng)，采用大規(guī)模門陣列（CPLD）進行硬件插補，真正實現(xiàn)了高速μm級控制。 </p><p>　　使用圖形

47、液晶顯示器（LCD），中文菜單及刀具軌跡圖形顯示，界面友好。加減速時間可調，可適配反應式步進系統(tǒng)、混合式步進。 </p><p>　　系統(tǒng)或交流伺服系統(tǒng)構成不同檔次的車床數控系統(tǒng)。 </p><p>　　GSK980i車床數控系統(tǒng)（CNC）為新近推出的中高檔數控系統(tǒng)，該系統(tǒng)率先采用以DSP運動控制芯片為核心、以嵌入式結構PC為平臺（PC-BASED）的新一代數控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用

48、DSP和主CPU并行處理機制，具有較高的動態(tài)跟蹤精度和良好的加工性能，可作為經濟型數控的升級換代產品。GSK980i系統(tǒng)具有以下特點： </p><p>　　四個獨立的伺服電機連接口可實現(xiàn)兩軸聯(lián)動和四軸的全閉環(huán)控制； </p><p>　　獨立主軸通道可連接模擬量主軸（0-10V）或伺服主軸； </p><p>　　具有一個可帶512點的串行I/0接口

49、； </p><p>　　完全的速度環(huán)控制系統(tǒng)，高速、高精度、高效率； </p><p>　　中、英文界面可選； </p><p>　　圖形、坐標、代碼實時跟蹤； </p><p>　　全功能代碼編輯器，編輯大小不受限制； </p><p>　　直觀的MDI輸入控制； </p

50、><p>　　方便直接的系統(tǒng)參數配置； </p><p>　　PLC梯形圖輸入（選配）； </p><p>　　在線代碼幫助體系故障診斷。</p><p><b>　　華中數控系統(tǒng)簡介：</b></p><p>　　華中數控系統(tǒng)有限公司成立與1995年，由華中理工大學，中國國家科技部，湖北

51、省，武漢市科委，武漢市東胡高新技術開發(fā)區(qū)，香港大同工業(yè)設備有限公司等政府部門和企業(yè)共同投資組建。近幾年來，公司都以300%的速度迅猛發(fā)展。 </p><p>　　公司在“八五”期間，承擔了多項國家數控攻關重點課題，取得了一大批重要成果。其中“華中I型數控系統(tǒng)”在中國率先通過技術鑒定，在同行業(yè)中處于領先地位，被專家評定為“重大成果”、“多項創(chuàng)新”、“國際先進”。該項目同時還獲得了中國國家863的重點支持。1

52、997年，華中I型數控系統(tǒng)被國家科技部列入1997年度中國國家新產品計劃（742176163004）”和“九五國家科技成果重點推廣計劃指南項目（98020104A）”。其華中數控生產的數控系統(tǒng)核心部件圖如圖 4：</p><p>　　華中I型（HNC-1）高性能數控系統(tǒng)主要特點： </p><p>　　以通用工控機為核心的開放式體系結構： </p><p&

53、gt;　　系統(tǒng)采用基于通用32位工業(yè)控制機和DOS平臺的開放式體系結構，可充分利用PC的軟硬件資源，二次開發(fā)容易，易于系統(tǒng)維護和更新?lián)Q代、可靠性好。 </p><p>　　獨創(chuàng)的曲面直接插補算法和先進的數控軟件技術：</p><p>　　處于國際領先水平的曲面直接插補技術將目前CNC上的簡單直線，圓弧差補功能提高到曲面輪廓的直接控制，可實現(xiàn)高速、高效和高精度的復雜曲面加工。采用漢字用

54、戶界面，提供完善的在線幫助功能，具有三維仿真校驗和加工過程圖形動態(tài)跟蹤功能，圖形顯示形象直觀。 </p><p>　　系統(tǒng)配套能力強： </p><p>　　公司具備了全套數控系統(tǒng)配套能力。系統(tǒng)可選配該公司生產的HSV-11D交流永磁同步伺服驅動與伺服電機、HC5801/5802系列步進電機驅動單元與電機、HG.BQ3-5B三相正弦波混合式驅動器與步進電機和國內外各類模擬式、

55、數字式伺服驅動單元。 華中-2000型高性能數控系統(tǒng)： </p><p>　　是面向21世紀的新一代數控系統(tǒng) 華中-2000型數控系統(tǒng) (HNC-2000) 是在國家八· 五科技攻關重大科技成果----華中I型（HNC-1）高性能數控系統(tǒng)的基礎上開發(fā)的高檔數控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用通用工業(yè)PC機、TFT真彩色液晶顯示器，具有多軸多通道控制能力和內裝式PLC，可與多種伺服驅動單元配套使用。具有

56、開放性好、結構緊</p><p>　　湊、集成度高、可靠性好、性能價格比高、操作維護方便的優(yōu)點，是適合中國國情的新一代高性能、高檔數控系統(tǒng)。 </p><p>　　HNC-1M銑床、加工中心數控系統(tǒng)： </p><p>　　HNC-1M銑床、加工中心數控系統(tǒng)采用以工業(yè)PC機為硬件平臺，DOS及其豐富的支持軟件為軟件平臺的技術路線，使得系統(tǒng)具有可靠性好，

57、性能價格比高，更新?lián)Q代和維護方便，便于用戶二次開發(fā)等優(yōu)點。系統(tǒng)可與各種3~9軸聯(lián)動的銑床、加工中心配套使用。系統(tǒng)除具有標準數控功能外，還內設二級電子齒輪、內裝式可編程控制器、雙向式螺距補償、加工斷點保護與恢復、故障診斷與顯示功能。獨創(chuàng)的三維曲面直接插補功能，極大簡化零件程序信息和加工輔助工作。此外，系統(tǒng)使用漢字菜單和在線幫助，操作方便，具有三維仿真校驗及加工過程動態(tài)跟蹤能力，圖形顯示形象直觀。 HNC-1T車床數控系統(tǒng)： &

58、lt;/p><p>　　可與各種數控車床、車削加工中心配套使用。該系統(tǒng)以32位工業(yè)PC機為控制機，其處理能力、運算速度、控制精度、人機界面及圖形功能等方面均較目前流行的車床數控系統(tǒng)有較大的提高。系統(tǒng)具有類似高級語言的宏程序功能，可以進行平面任意曲線的加工。系統(tǒng)操作方便，性能可靠，配置靈活，功能完善，具有良好的性能價格比。</p><p><b>　　系統(tǒng)選用：</b>&l

59、t;/p><p>　　綜合以上考慮，本機采用的是德國西門子802D數控系統(tǒng)。</p><p>　　西門子802D系統(tǒng)是西門子公司在2002年針對中國大陸市場發(fā)行的一款全簡體中文的數控系統(tǒng),它以其友好的操作界面,強大的數控加工功能,在國內數控機床中占有了非常大的比重.西門子802D系統(tǒng)是西門子840D系統(tǒng)的簡化版,擁有大部分840D的數控功能,窗口式操作界面,極大的方便操作人員的使用,并擁有非常

60、強大的維護、診斷功能。</p><p>　　西門子802D標準控制系統(tǒng)的特征是具有大量的控制功能，如鉆削、車削、銑削、磨削以及特殊控制，這些功能在使用中不會有任何相互影響。全數字化的系統(tǒng)、革新的系統(tǒng)結構、更高的控制品質、更高的系統(tǒng)分辨率以及更短的采樣時間，確保了一流的工件質量。</p><p>　　采用32位微處理器、實現(xiàn)CNC控制，用于完成CNC連續(xù)軌跡控制以及內部集成式PLC控制。 可

61、實現(xiàn)鉆、車、銑、磨、切害、沖、激光加工和搬運設備的控制，備有全數字化的SIMDRIVE611數字驅動模塊：最多可以控制31個進給軸和主軸．進給和快速進給的速度范圍為100-9999mm/min。其插補功能有樣條插補、三階多項式插補、控制值互聯(lián)和曲線表插補，這些功能。為加工各類曲線曲面零件提供了便利條件。此外還具備進給軸和主鈾同步操作的功能。</p><p>　　西門子802D系統(tǒng)組成簡圖如圖 5：</p&g

62、t;<p>　　西門子802D系統(tǒng)總體連接圖如圖 6 ：</p><p>　　西門子數控系統(tǒng)3種產品的性價比較：</p><p>　　西門子數控SINUMERIK 802D：</p><p>　　具有免維護性能的SINUMERIK802D，其核心部件PCU （面板控制單元）將CNC、PLC、人機界面和通訊等功能集成于一體。可靠性高、易于安裝。

63、 SINUMERIK802D可控制4個進給軸和一個數字或模擬主軸。通過生產現(xiàn)場總線PROFIBUS將驅動器、輸入輸出模塊連接起來。 模塊化的驅動裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機，為機床提供了全數字化的動力。 通過視窗化的調試工具軟件，可以便捷地設置驅動參數，并對驅動器的控制參數進行動態(tài)優(yōu)化。 SINUMERIK802D集成了內置PLC系統(tǒng)，對機床進行邏輯控制。采用標準的PLC的編程語言

64、Micro/WIN進行控制邏輯設計。并且隨機提供標準的PLC子程序庫和實例程序，簡化了制造廠設計過程，縮短了設計周期。 </p><p>　　SINUMERIK 810D： </p><p>　　在數字化控制的領域中，SINUMERIK 810D第一次將CNC和驅動控制集成在一塊板子上?？焖俚难h(huán)處理能力，使其在模塊加工中獨顯威力。 SINUMERIK 810D NC軟件選件的一系

65、列突出優(yōu)勢可以幫助您在競爭中脫穎而出。例如提前預測功能，可以在集成控制系統(tǒng)上實現(xiàn)快速控制。另一個例子是坐標變換功能。固定點停止可以用來卡緊工件或定義簡單參考點。模擬量控制控制模擬信號輸出;刀具管理也是另一種功能強大的管理軟件選件。 樣條插補功能(A，B，C樣條)用來產生平滑過渡；壓縮功能用來壓縮NC記錄；多項式插補功能可以提高810D/810DE運行速度。 溫度補償功能保證您的數控系統(tǒng)在這種高技術、高速度運行狀態(tài)下保持

66、正常溫度。此外，系統(tǒng)還為您提供鉆、銑、車等加工循環(huán)。 </p><p>　　西門子數控SINUMERIK 840D：</p><p>　　SINUMERIK 840D數字NC系統(tǒng)用于各種復雜加工,它在復雜的系統(tǒng)平臺上，通過系統(tǒng)設定而適于各種控制技術。840D與SINUMERIK_611數字驅動系統(tǒng)和SIMATIC7可編程控制器一起，構成全數字控制系統(tǒng)，它適于各種復雜加工任務的控制，具有優(yōu)于

67、其它系統(tǒng)的動態(tài)品質和控制精度。</p><p>　　4 CK5116數控立式車床主軸控制設計</p><p>　　數控技術及數控機床在當今機械制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產的重要手段和標志。</p><p>　　隨著機電一體化技術的推廣，其典型產品，是集機床

68、、計算機、電機及拖動、自動控制、檢測等技術為一身的自動化設備。其中主軸運動是數控車床的一個重要內容，是數控機床完成切削任務的核心部件，其精度和承載能力直接影響到零件的精度和質量。而動力約占整臺車床的動力的70%—80%。動力的基本控制有主軸的正轉、反轉和停止，可自動換擋和無極調速。</p><p>　　在目前數控車床中，主軸控制裝置主要是采用交流變頻器來控制交流主軸電動機來實現(xiàn)。為滿足數控車床對主軸驅動的要求，必

69、須具有以下幾個性能：</p><p>　　要有較寬調速范圍，且速度穩(wěn)定性能要高；在斷續(xù)負載情況下，電機的轉速波動范圍要下；</p><p>　　電機加減速響應時間要短；</p><p><b>　　過載能力強；</b></p><p>　　使用噪聲低、震動小、壽命長。</p><p>　　本章便是

70、根據傳統(tǒng)數控車床主軸控制研究的基礎上，對CK5116型數控立車主軸設計的進一步研究和分析。</p><p>　　4.1 主軸控制要求分析</p><p><b>　　對主軸驅動的要求</b></p><p><b>　　主軸輸出大功率</b></p><p>　　為了滿足生產率的要求，通常主傳動電

71、機應有2.5～250kw的功率范圍，因此，對功率驅動電路提出了更高的要求。</p><p><b>　　調速范圍要足夠大</b></p><p>　　一般要求如能在（1:100）～(1:1000)范圍內進行恒轉矩調速，1：10范圍內進行恒功率調速，并能實現(xiàn)四象驅動功能。</p><p>　　控制功能：主軸與進給驅動的同步控制；準?？刂疲ū阌谧詣?/p>

72、換刀）；角度分度控制。</p><p><b>　　對進給驅動的要求</b></p><p><b>　　精度高</b></p><p>　　進給驅動系統(tǒng)的精度是指輸出量能復現(xiàn)輸入的精度程度。</p><p><b>　　穩(wěn)定性好</b></p><p>

73、;　　穩(wěn)定是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節(jié)過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態(tài)。</p><p><b>　　快速響應</b></p><p>　　它反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。</p><p><b>　　調速范圍寬</b></p><p><b>　　低速大轉速<

74、/b></p><p><b>　　電氣元件的選擇</b></p><p><b>　　熔斷器的選擇</b></p><p>　　熔斷器是一種簡單而有效的保護電器。在電路中主要起短路保護作用，選擇熔斷器時主要是選擇熔斷器的類型、額定電壓、額定電流及熔體的額定電流。 </p><p>　　選15

75、A，選RT18-32 </p><p>　　控制線路中Ｉ＝Pｎ\U＝12*3\220V=0.7A，選擇2A型號為RT18-32。</p><p><b>　　變頻器的選擇</b></p><p>　　變頻器是利用電力半導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。 </p><p>　　根據生產機械的負載

76、特性、調速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉矩的要求，決定選用那種控制方式的變頻器，在變頻器選型前應掌握傳動系統(tǒng)的參數：電動機的極數；轉矩特性、臨界轉矩、加速轉矩；電磁兼容性。 </p><p>　　由于矢量控制是著眼于轉子磁通來控制電機的定子電流，因此在其內部的算法中大量涉及到電機參數。電機除了考慮常規(guī)的參數如電機極數、額定功率、額定電流外，還應考慮定子電阻、定子漏感抗、轉子電阻、轉子漏感抗、互感抗和空載電流。 &

77、lt;/p><p><b>　　接觸器 </b></p><p>　　接觸器是一種用來頻繁地接通和分斷帶有負載的主電路的自動控制電器。接觸器由電磁機構、觸點系統(tǒng)、滅弧裝置及其他部件四部分組成。其中電磁機構由線圈、動鐵心和靜鐵心組成；觸點系統(tǒng)包括三對觸點、輔助觸點。 </p><p>　　工作原理是當線圈通電后，鐵心產生電磁吸力將銜鐵吸合。銜鐵帶

78、動觸點系統(tǒng)動作，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在反作用彈簧力的作用下釋放，觸電系統(tǒng)隨之復位。選擇交流接觸器時主要考慮主觸點的額定電壓、額定電流、輔助觸點的數量與種類、吸引線圈的電壓等級、操作頻率等。 </p><p>　　u=380V，I>I1=8A，選CJ10—10 冷卻電機、卡盤電機電路。</p><p><b>　　繼電器 </

79、b></p><p>　　繼電器是一種根據電量參數（電壓、電流）或非電量參數（時間、溫度、壓力等）的變化自動接通或斷開控制電路，以完成控制或保護任務的電器。繼電器用途廣泛，種類繁多。按反應的參數可分為電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、熱繼電器和速度繼電器等；按動作原理可分為電磁式、電動式、電子式等。 </p><p>　　U=220V，I2=2.9A，I3=0.33A，觸點對數為

80、4對。 型號選擇JZ7—44，5A，220V，JZ8—44，5A，24V。</p><p><b>　　變壓器 </b></p><p>　　變壓器是一種將某一數值的交流電壓變換成頻率相同但數值不同的交流電壓的靜止電器。 </p><p>　　變壓器的功能主要有：電壓變換；電流變換，阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）；自耦變壓器；高壓變壓

81、器（干式和油浸式）等。選擇變壓器的主要依據式變壓器的額定值。 </p><p>　　根據實際情況選擇一次額定電壓U1（380V、220V），在選擇二次額定電壓U2(二次額定值是指初級加額定電壓時，二次的空載輸出電壓，二次帶有額定負載時輸出電壓下降5%，因此選擇輸出額定電壓時應略高于份額在額定電壓)。 </p><p>　　根據實際負載情況，確定各二次繞組額定電流I2。一般繞組的額定輸出

82、電流應大于或等于額定負載電流。</p><p>　　二次額定容量由總容量確定。根據經驗公式 P=K∑P </p><p>　　式中P------電磁元件的吸持功率和燈等負載消耗的功率，單位為 kW； K-------變壓器的容量儲備系數，K=1.1～1.5。</p><p><b>　　空氣開關 </b></p><p&

83、gt;　　電源總空氣開關D1-QF1主要給主軸電動機H1-M1提供電源, 而在控制變壓器二次側的NC、強電控制電路等在變壓器一次側產生的電流相對較小,因此電源總空氣開關D1-QF1的額定電流的選擇，主要考慮主軸電動機H1-M1的額定電流。</p><p>　　P1=3Kw，P2=1.1Kw，P3=125w，U=380V I=P1\U=7.9A，I2=2.9A，I3=0.33A，I總=I1+I2+I3=11.3A

84、，所以選擇16A，確定空氣開關為DZ115—40\1901，220V，16A，級數為一。</p><p>　　其他元氣件的選擇 </p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源： </b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的功能是將非穩(wěn)定交流電源變成穩(wěn)定直流電源。 </p><p>　　在數控機床電氣控制系統(tǒng)中，需要穩(wěn)壓電源

85、給驅動器、控制單元、直流繼電器及信號指示燈等提供直流電源。在數控機床中主要使用開關電源。 </p><p>　　直流穩(wěn)壓電源的功率為100W。 </p><p><b>　　按鈕的選擇： </b></p><p>　　根據需要的觸電數目,動作要求,使用場合及顏色等進行按鈕的選擇。一般用紅色表示停止，綠色表示啟動。</p>&l

86、t;p>　　4.2 主軸控制系統(tǒng)分析</p><p>　　主軸是車床最主要的部件之一，整個機器的性能很大程度上決定于主軸的性能，主軸直接承受切屑力，轉速的范圍很大。所以我們引入主軸控制系統(tǒng),利用CNC控制器監(jiān)控主軸的轉動速度和方向來完成對工件的精確加工。主軸控制系統(tǒng)由五個部分組成：控制器CNC、變頻器、編碼器、主軸電機、主軸。</p><p>　　主軸控制系統(tǒng)原理圖如圖 7所示。&

87、lt;/p><p>　　主軸控制單元（或稱主軸放大器）接受來自CNC的譯碼指令，同時接受速度反饋實施速度閉環(huán)控制。它還通過PLC將主軸的各種實際工作狀態(tài)報告CNC用以完成對主軸的各項功能控制。主軸電機控制接口為主軸串行輸出（與模擬輸出相對，串行輸出中輸出到主軸的命令值為數字數據）。同時使用外接位置編碼器與CNC相連，用于檢測主軸的位置。使主軸能以指定的轉速旋轉，如，S500 M03。</p><

88、p>　　本機床由CNC控制主軸電機的速度和極性。主軸有高低兩擋齒輪，高速擋主軸與主軸電機之間齒輪傳動比為1：1；低速擋主軸與主軸電機之間齒輪傳動比為1：4.95。</p><p>　　換擋時序圖如圖 8所示：</p><p>　　NCK檔位1表示主軸的編程速度在第一檔速度范圍內，或編程了M41；</p><p>　　NCK檔位2表示主軸的編程速度在第二檔速度范

89、圍內，或編程了M42。</p><p>　　4.2.1主軸電機主回路設計</p><p>　　主軸電機需具備的性能：</p><p>　　電機功率要大，且在大的調速范圍內速度穩(wěn)定，恒功率調速范圍寬；</p><p>　　在斷續(xù)負載下電機轉速波動要??；</p><p><b>　　加速、減速時間短；</b

90、></p><p>　　溫升低，噪聲小，震動小，可靠性高，壽命長，易維護，重量輕；</p><p><b>　　電機過載能力強。</b></p><p>　　主軸變頻器電氣控制原理圖，如圖 9：</p><p><b>　　4.2.2電源設計</b></p><p>　

91、　三相動力電源（380V)通過伺服變壓器（380V電壓轉換成200V電壓）輸送到電源模塊的控制電路輸入端、電源模塊的主電路的輸入端以及作為主軸電動機的風機和急停輸入電源。</p><p>　　其電氣原理設計如下圖 10：</p><p>　　4.2.3控制回路設計</p><p>　　主軸潤滑、主軸冷卻控制回路分析，如圖 11：</p><p&g

92、t;　　4.3 主軸PLC控制</p><p>　　PLC常用地址定義及范圍如表2：</p><p>　　表 2 PLC常用地址定義</p><p>　　主軸控制地址說明如表3：</p><p>　　表 3 主軸控制地址說明</p><p>　　主軸控制PLC相關設計與分析：</p><p&g

93、t;　　主軸的控制包括正轉、反轉、停止、制動、使能等?？刂埔笕缦拢?lt;/p><p>　　通過M03/M04/M05實現(xiàn):</p><p><b>　　M03：主軸正轉 </b></p><p><b>　　M04：主軸反轉 </b></p><p><b>　　M05：主軸停止</

94、b></p><p>　　通過MCP按鈕實現(xiàn):</p><p>　　按正轉按鈕時電動機正轉；按反轉按鈕時電動機反轉；按停止按鈕時電動機停止；電動機過載報警后正／反轉按鈕無效。</p><p>　　在電氣安全互鎖設計方面，主軸正/反轉在接觸器和繼電器分別進行了安全互鎖；急停對主軸運轉進行了安全互鎖。</p><p>　　相關參數號說明，如

95、表 4：</p><p>　　表 4 相關參數號說明</p><p>　　PLC控制程序編制，如圖 12：</p><p><b>　　4.4 參數設置</b></p><p>　　如果采用AC電機加變頻器或伺服主軸或加工螺紋以及使用每轉進給編程時，則改值為1:</p><p>　　如果主軸無

96、編碼器反饋，則以下參數為0:</p><p>　　在加工螺紋時主軸安裝了編碼器：</p><p>　　下列主軸參數應設定：</p><p><b>　　計算監(jiān)控頻率：</b></p><p>　　主軸轉速3000轉/分=50轉/秒</p><p>　　50轉/秒×1024脈沖/轉=512

97、00脈沖/秒</p><p>　　加權后填入機床參數：</p><p>　　在編寫加工程序時應注意：</p><p>　　如果進給速度選用mm/Min時，應使用G94編程。例如N10 G94 G01 Z100 F100。</p><p>　　如果進給速度選用mm/Rev時，應使用G95編程。例如N10 G95 G01 Z100 F1。<

98、/p><p>　　對于開關量控制的主軸，在采用G33加工螺紋時，也應編入主軸轉速S。S值應在實際的主軸轉速范圍內。</p><p>　　螺紋編程時應在螺紋方向編入切入及退出段。</p><p>　　螺紋導程乘以主軸轉速應小于Z軸的最大設定速度。</p><p>　　使用模擬控制的主軸且有機械換擋：</p><p>　　主軸

99、最多可提供五檔變速。索引號[0]和[1]的參數相同表示第一檔數據；（i=1...5）。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1 劉江.數控機床故障診斷與維修，北京：高等教育出版社，2007 </p><p>　　2 龔仲華，楊紅霞.機電一體化技術與系統(tǒng).北京：人民郵電出版社，2011 </p>&

100、lt;p>　　3 龔仲華.數控系統(tǒng)連接與調試.北京：高等教育出版社，2012 </p><p>　　4 阮友德，張迎輝.電氣控制與PLC.北京：人民郵電出版社，2011 </p><p>　　5 龔仲華.數控機床故障診斷與維修.北京：高等教育出版社，2012 </p><p>　　6 西門子802D安裝調試手冊.西門子（中國）有限公司