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1、毕业设计（论文）作 者： 学 号： 系 部： 专 业： 题 目： 采用 SIEMENS802D 系统的 CK5116 数控立车主轴控制设计 校内指导教师：企业指导教师评阅者： 年 月 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要随着科学的发展，机床已经从过去的手动机床发展成自动机床，现在数控机床应用非常广泛。数控立式车床是主要的数控产品，国内外需求量也非常大。其高精度的关键部分就体现在主轴的控制设计上。本设计采用的是德国 SIEMENS 公司的 802D 数控系统的 CK5116 数控立式车床；并给出了该数控系统下的 CK5116机床的主控制回路电气原理图以及主轴的相关参数。并深刻做出选用该
2、型号机床、数控系统的要求。并与其他型号或系统的做简单的对比分析。本设计控制简单，实现功能强大，调速范围宽，力矩大，过载能力强。可以应用于精度较高的车削加工。关键词：数控立式车床 802D 数控系统 主轴 控制设计 参数目录1 引言 12 CK5116 数控立式车床简介 32.1 CK5116 数控立式车床的相关结构及性能分析 32.2 CK5116 数控立式车床技术要求及相关参数 53 CK5116 数控立车的系统分析及选用 74 CK5116 数控立式车床主轴控制设计174.1 主轴控制要求分析 174.2 主轴控制系统设计 224.2.1 主轴电机主回路设计234.2.2 电源设计 254
3、.2.3 控制回路设计 264.3 主轴 PLC 控制 274.4 参数设置 32 结论 35致谢 36参考文献 3711 引言现代工业技术的发展，特别是能源部门的需求，使高温高压水广泛应用于相关的领域中，对国民生产和人民生活起着越来越重要的作用，例如： 机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及
4、结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点： a） 加工精度高；b） 生产效率高； c） 减轻劳动强度，改善劳动条件；d） 良好的经济效益；e
5、） 有利于生产管理的现代化。 数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。 我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。 旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。 2随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益
6、为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC 技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984 年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。数控机床的发展日新月异，高速化、高精度化、复合化
7、、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。 中国作为一个制造大国，主要还是依靠劳动力、价格、资源等方面的比较优势，而在产品的技术创新与自主开发方面与国外同行的差距还很大。 中国的数控产业不能安于现状，应该抓住机会不断发展，努力发展自己的先进技术，加大技术创新与人才培训力度，提高企业综合服务能力，努力缩短与发达国家之 间的差距。力争早日实现数控机床产品从低端到高端、从初级产品加工到高精尖产品制造的转变，实现从中国制造到中国创造、从制造大国到制造强国的转变。数控机床行业是具有高技术含量的行业。其特点是技术要求高、产品更新换代快、投资密度大、产品综合性强，各
8、功能部件对整机的质量和性能至关重要。产品市场容量小，竞争对手强大。这对政府的支持协调和企业经营的有效灵活均提出很高要求。基本的政策方向是要把国家政策导向、行业结构的改善和灵活高效的企业机制三者更好地结合起来。但本次毕业设计，综合各类数控机床的优点，充分从性能的实用性和成本价格的考虑，采用了大连生产的，选用西门子 802D 数控系统的 CK5116 型号的数控立式车床，分析和对比介绍了其相关性能、参数。并对其主轴的控制，做了详细的设计和说明。32 CK5116 数控立式车床简介CK5116 数控单柱立车，工作台直径 1400mm、加工最大工件重量 5t、加工最大工件高度 1000mm，适用于各行
9、业的机械加工，可用于外圆柱面、圆维面、端面、切槽、切断等的粗、精车削加工。工作台采用静压导轨，数控立车主轴径向采用高精度 NN30 型（D 级）轴承，回转精度高承载能力大。齿轮箱采用 40Cr 磨齿齿轮，精度高嗓音小。液压件、电器件全部采用国内著名厂家产品，可靠性高。立车导轨滑动面采用贴塑处理，提高耐磨性。导轨润滑采用集中供油，十分方便。标准配备选用国内著名厂家光栅数显配置。立式车床铸件采用优质消失模树脂沙铸造工艺，铸件品质高，经时效处理，经久耐用。2.1 CK5116数控立式车床的相关结构及性能分析该型号机床工作台底座与床身，各自安装固定在永久地基上。横梁在立柱导轨上移动并自动液压夹紧，横梁
10、上配置垂直立刀架。立刀架在横梁上实现水平进给和移动，滑枕在垂直刀架滑座上实现垂直进给和移动。机床主要零部件：床身、底座、工作台、横梁、立刀架滑座、电动刀台、变速箱体。主传动变速箱均为高强度铸铁和树脂砂工艺铸造，经完善的热处理工艺过程消除残余应力。各零部件结构尺寸合理，并布置足够的加强筋板，保证整机具有足够的强度、刚性和高稳定性。工作台的回转由主电机、齿轮减速、变速系统驱动，实现四档无级调速。立刀架安装在横梁上。滑枕材质为球墨铸铁，经完善的热处理 后精加工而成。机械性能尤佳。滑枕在运行时，有较大的接触刚度。为保证滑枕进给切削的稳定性，在刀架滑枕结构上设有平衡油缸装置，克服其重力。工作台采用长主轴
11、结构，径向采用高精度双列圆柱滚子轴承定心。其内圈具有1：12锥度，可以调整径向间隙，确保工作台的回转精度。横梁在立柱导轨上作垂直升降运动。由一台交流电机驱动蜗杆蜗轮副减速箱及升降丝杠。横梁由一个楔铁夹紧，放松。夹紧由液压实现。4机床采用集中定点对横梁等及各运动部位进行自动供油润滑。机床运动，移动部位有全方位的安全连锁、互锁。机床的工作条件：电源：AC380V10%，50HZ 三相交流。使用机床厂房环境温度范围-540，相对湿度4075%，空气中粉尘浓度不得大于100mg/m 3，不得含酸、盐和腐蚀气体。机床安装应远离震源、热源和避免日光直晒。其外观图如图 1：图 1 CK5116 数控立车外观
12、图52.2 CK5116 数控立式车床技术要求及相关参数CA5116 数控立式车床，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。a） 几何精度要求：1) 工作台表面的平面度 0.06mm/1400;0.02/1000 任意(只许凹) 2) 工作台面的端面跳动 0.02mm/1000mm 3) 工作台径向跳动 0.02mm/1000mm 4) 刀架水平移动对工作台面的平行度 0.02/1000mm 5) 刀架垂直移动对工作台面的垂直度 正面 0.
13、06/1000mm 侧面 0.02/1000mmb） 工作精度:1) 工件表面粗糙度 平面、圆柱面 Ra1.6; 圆弧面 Ra3.22) 圆度： 0.02mm/500mm3) 圆柱度 0.02mm/500mm 4) 平面度 0.04mm/1000mm5) X、Z 轴定位精度 0.012mm/300mm6) 重复定位精度 0.005mmc） 主要参数如表 1:主要技术参数 单位 CK5116最大车削直径 mm 1600工作台直径 mm 1400最大工件高度 H m 1最大工件重量 W t 5垂直刀架最大车削力 KN 25工作台最大扭矩 KN.m 25工作台转速范围（2 级）/无级 r/min 5
14、-160表 1 CK5116 数控立车主要参数6刀架进级量范围 mm/min 0.8-86垂直刀架滑枕行程 mm 800刀架快速移动速度 mm/min 1800刀杆截面高度 mm 40主电动机功率 KW 30机床外行尺寸（长宽高） cm 283287340机床重量（约） t 13.873 CK5116 数控立车的系统分析及选用数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（Numerical Control System），根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。而常用的数控系统有发那科、西门子、广数、华中等数控系统。a） 发那科（FANUC）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
