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1、（数控加工）数控车床进给轴控制设计常州车电职业技术学院毕业设计（论文）作者： 郝荣荣 学号： 10761311 系部： 机械工程系 专业： 数控设备的应用和维护 题目： 数控车床进给轴控制设计 指导者：杨红霞评阅者：2010年03月数控车床的进给系统和普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电车通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。本文针对配置FANUC0IMATE系列数控系统的数控车床，介绍了其进给系统的技术需求、工作原理、控制原理、系统设计、进给轴调试、伺服报警处理及实例。改进了进给系统的控制设计，使其进给传动系统有高的传动
2、精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，且能清除传动间隙。使加工过程能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。这对我国国产车床的生产和发展前景具有重要的意义。关键词：数控车床进给系统进给轴调试CNClathefeedingsystemandaqualitativedifferencebetweenordinarylathe,conventionallathewithfeedboxesandswitchinggearrack,andCNClathesareusedforservodri
3、vetrainbytheballslidingboardandknifetoachievefeedmotion,thusfeedingstructureofthesystemgreatlysimplified.Inthispaper,configurationFANUC0IMATECNCCNClathe,introduceditstechnologyneedsofthefeedsystem,workingprinciple,controltheory,systemdesign,thefeedaxisdebugging,servoalarmandInstance.Improvedfeedcont
4、rolsystemdesign,itsfeedtransmissiondrivesystemhasahighaccuracy,highsensitivity(fastresponse),stable,hasahighflexuralrigidityandservicelife,smallfrictionandmovementofinertia,andtoclearthetransmissiongap.Makingprocesstomaintainthebestworkingconditions,whicharehighprecisionandlowsurfaceroughness,butals
5、ocanimprovetoollifeandequipmentproductivity.Thisismyhomemadelatheproductionanddevelopmentprospectsofgreatsignificance.Keywords:CNClatheFeedingsystemFeedshaftdebugging目录绪论61.数控车床的介绍1.1数控车床的概述71.2数控车床的组成71.3数控车床加工的工作原理102.数控车床的进给系统2.1进给系统的概述112.1.1进给系统的分类及工作理112.1.2进给系统的控制原理133.进给系统控制的实现3.1进给系统的硬件连接15
6、3.2进给系统PLC控制设计164.进给轴调试4.1数控车床基本操作和调试224.2进给系统传动部件234.2.1进给系统机械结构特点255.伺服报警处理5.1进给伺服系统各类故障的表现形式265.2软件报警（CRT显示）故障及处理26结论27致谢38参考文献391.绪论普通车床作为简单的机电壹体化产品将逐渐被数控车床取代,数控系统对进给轴的控制最终表当下对位置的控制随着机床行业的发展,市场需求的机床逐渐趋向高效率和高精度化。而受人为因素影响较大的普通机且能对位置运动做时时监控,系统对位置运动的控制效果最终将影响机床的精度。所以随着数控机床的逐渐普及，分析和掌握各控制系统原理对各工程技术人员极
7、为重要，此控制原理将始终贯穿于机床设计、调试和故障排除等实际生产环节中。可是在进给轴控制方面，仍存在着壹些问题，进给轴速度不稳定、振动、抖动的现象时常发生，特别是使用了壹定年限的机床，更易发生这种现象。这类故障常常伴有伺服单元过流、失速报警、数控系统的误差过大报警以及轮廓监控或位置失掉信号报警。近年来，随着我国经济水平的发展，数控机床也渐渐占据了装备制造业的主导地位，数控技术也成为了衡量壹个国家经济发展水平及国防建设能力的壹个重要的标准之壹。数控机床的可靠性直接影响数控机床的使用,影响加工精度及生产率,更影响人们对数控机床的使用信心。随着数控机床行业不断发展，对数控系统控制精度和稳定性要求也越
8、来越高。各系统生产商在不断挖掘系统新功能和扩大系统控制轴数的同时，不断完善和提高系统的综合性能，然而数控车床的进给轴控制系统始终基于上述控制理论。对于数控系统二次开发的车床生产厂商来说，此控制理论将贯穿整个车床设计和调试过程，也为产品故障诊断和解决提供理论基础支持。2.数控车床的介绍2.1数控车床的概述数控车床又称为CNC车床，即计算机数字控制车床，是目前国内使用量最大，覆盖面最广的壹种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为壹体的机电壹体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高
9、低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量壹个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之壹。数控车床是数控机床的主要品种之壹，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来壹直受到世界各国的普遍重视且得到了迅速的发展。数控车床、车削中心，是壹种高精度、高效率的自动化机床。它具有广泛的加工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹。具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，且在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。2.2数控车床的组成虽然数控车床种类较多，但壹般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。图1-1是数控车床的基本组成方框图。图2-1数控车床的基本组成方框图1.车床
10、主体除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外，目前大部分数控车床均已通过专门设计且定型生产。1）主轴和主轴箱主轴数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小、回转速度影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响到车床的自动化程度。主轴箱具有有级自动调速功能的数控车床，其主轴箱内的传动机构已经大大简化；具有无级自动调速(包括定向准停)的数控车床，起机械传动变速和变向作用的机构已经不复存在了，其主轴箱也成了轴承座及润滑箱的代名词；对于改造式(具有手动操作和自动控制加工双重功能)数控车床，则基本上保留其原有的主轴箱。2）导轨数控车床的导轨是保证进给运动准
11、确性的重要部件。它在很大程度上影响车床的刚度、精度及低速进给时的平稳性，是影响零件加工质量的重要因素之壹。除部分数控车床仍沿用传统的滑动导轨(金属型)外，定型生产的数控车床已较多地采用贴塑导轨。这种新型滑动导轨的摩擦系数小，其耐磨性、耐腐蚀性及吸震性好，润滑条件也比较优越。3）机械传动机构除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上，作了大幅度的简化。如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构，且在驱动电动机至丝杠间增设了(少数车床未增设)可消除其侧隙的齿轮副。螺旋传动机构数控车床中的螺旋副，是将驱动电动机所输出的旋转运动
12、转换成刀架在纵、横方向上直线运动的运动副。构成螺旋传动机构的部件，壹般为滚珠丝杠副，如图1-2所示。1壹螺母2壹丝杠3壹滚珠4壹滚珠循环装置图1-2滚珠丝杠副滚珠丝杠副的摩擦阻力小，可消除轴向间隙及预紧，故传动效率及精度高，运动稳定，动作灵敏。但结构较复杂，制造技术要求较高，所以成本也较高。另外，自行调整其间隙大小时，难度亦较大。齿轮副在较多数控车床的驱动机构中，其驱动电动机和进给丝杠间设置有壹个简单的齿轮箱（架）。齿轮副的主要作用是，保证车床进给运动的脉冲当量符合要求，避免丝杠可能产生的轴向窜动对驱动电动机的不利影响。4）自动转动刀架除了车削中心采用随机换刀(带刀库)的自动换刀装置外，数控车
13、床壹般带有固定刀位的自动转位刀架，有的车床仍带有各种形式的双刀架。5）检测反馈装置检测反馈装置是数控车床的重要组成部分，对加工精度、生产效率和自动化程度有很大影响。检测装置包括位移检测装置和工件尺寸检测装置俩大类，其中工件尺寸检测装置又分为机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置俩种。工件尺寸检测装置仅在少量的高档数控车床上配用。6）对刀装置除了极少数专用性质的数控车床外，普通数控车床几乎都采用了各种形式的自动转位刀架，以进行多刀车削。这样，每把刀的刀位点在刀架上安装的位置，或相对于车床固定原点的位置，都需要对刀、调整和测量，且以确认，以保证零件的加工质量。（2）数控装置和伺服系统数控车床和普通车床
14、的主要区别就在于是否具有数控装置和伺服系统这俩大部分。如果说，数控车床的检测装置相当于人的眼睛，那么，数控装置相当于人的大脑，伺服系统则相当于人的双手。这样，就不难见出这俩大部分在数控车床中所处的重要位置了。数控装置数控装置的核心是计算机及其软件，它在数控车床中起“指挥”作用：数控装置接收由加工程序送来的各种信息，且经处理和调配后，向驱动机构发出执行命令；在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。伺服系统伺服系统准确地执行数控装置发出的命令，通过驱动电路和执行元件（如步进电机等），完成数控装置所要求的各种位移。1.3数控车床加工的工作原理数控车床的工作过程如图1-3所示。图1-3数控车床的工作过程（1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方
