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1、长沙航空职业技术学院毕业论文设计题目：数控铣床电气控制系统设计及常见故障分析 系名 称：航空机械制造工程系专业名称：数控设备应用与维护 班 级：数控设备应用与维护 0901 班学生姓名： 指导教师： 时间：2012 年 6 月 12 日2目录摘要.（04）1、引言.(05)2、数控车床常见主轴驱动方式.(06)3、CAK6150Di 数控车床主轴驱动方式.（08）3.1 三相异步电动机配变频器变速.（08）3.2 齿轮变速箱调速控制.（09）3.3FANUC 系统主轴模块调速控制.（10）4、主轴正反停的 PMC 程序和相关参数.（12）4.1 FANUC 系统主轴控制的 PMC 程序.（12
2、）4.2 FANUC 系统主轴控制的相关参数.（16）4.3 自动换挡的 PMC 程序及其流程.（19）34.4 主轴调速的变频器及相关参数.（28）4.5 车螺纹相关控制及参数设置.（33）5、数控车床主轴自动换挡机械机构.（34）5.1 主轴传动的机械结构.（34）5.2 车床主轴换挡传动示意图.（35）5.3 主轴齿轮换挡切换传动原理.（36）6、数控车床主轴驱动系统常见故障.（38）6.1 主轴不转故障.（39）6.2 主轴电动机旋转方向相反.（40）6.3 主轴电机只能正转不能反转.（40）6.4 主轴实际速度与设定值相差很大.（41）46.5、主轴工作时噪声过大 .（41）6.6
3、主轴变频器报警故障.（42）6.7 数控车床车螺纹加工过程中的常见故障.（43）6.8 主轴自动换挡的常见故障.（45）7、总结.（47）8、参考文献.（49）9、致谢.（50）附录.（51）5图 1.0 CAK6150Di 数控车床摘 要本课题主要研究的内容是针对 CAK6150Di 数控车床（图 1.0）的主轴速度控制部分的设计。根据 CAK6150Di 数控车床的主轴箱自动换挡结构及传动原理，并以 FANUC 0iC Mate 数控系统为机床主轴的速度控制数控模块，进行数控车床主轴速度控制及常见故障的研究分析。通过对与主轴相关的系统参数，PMC 程序（梯形图） ，主轴放大器，主轴变速箱和
4、主轴的自动换挡结构等部分等方面，来研究关于主轴速度控制中的正反转，主轴准停以及自动换挡等内容。在最后一个章节，主要研究有关数控车床主轴的一些常见故障，如：主轴准停角度偏差，车螺纹加工出错，主轴自动换挡故障等等。关键词 ： 数控车床 ，FANUC 0iC，主轴速度控制，主轴正反转，变频器，变速箱.Spindle speed control and common fault analysis6Abstract: The main topic of the content is for CAK6150Di CNC lathe spindle speed control part of the des
5、ign. According CAK6150Di headstock CNC lathe automatic shift structure and driving principle, and FANUC 0iC Mate CNC system for NC machine tool spindle speed control module for CNC lathe spindle speed control and common fault analysis. Through the system parameters associated with the spindle, PMC p
6、rograms (ladder), spindle amplifiers, spindle automatic shift gearbox and the structure of the spindle part, etc., to study the speed control on reversing the spindle, spindle stop, and quasi- automatic shift and so on. In the final chapter, the main research on Spindle some common faults, such as:
7、angle of deviation Spindle stop, threading processing error, the spindle automatic transmission failure and so on. Keywords: CNC lathe, FANUC 0iC, spindle speed control, spindle reversing the drive, transmission, etc.1、引言数 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
8、一 种 数 控 机 床 ， 约 占 数 控 机 床总 数 的 25%。 而 CAK6150Di 数控车床是 由 沈 阳 第 一 机 床 厂 生 产 制造 ， 主要用于轴类、盘类的精加工和半精加工，可以加工内、外圆柱表面、锥面、车削螺纹、镗孔、铰孔以及各种曲线回转体。此类型机床市场价约 15 万至 18 万，为优秀的经济型数控机床。CAK6150Di 数控车床主传动采用双速电机及电磁离合器变速，或用普通电机配合变频器实现无级变速。并且可自由配备日本 FANUC、德国 SIEMENS、日本安川、日本大森等多种世界著名公司的数控系统。数控车床主要进行轴类、盘类、内外圆柱、车削螺纹、各类孔以及各种曲线
9、回转体的加工，而大部分工件都是固定于主轴的卡盘上，并由主轴提供刀具的切削力矩而进行生产加工。所以，数控车7床主轴的性能直接影响着整台机床的加工精度。如果主轴速度控制精度有问题，使得机床的加工精度很低，次品连连。那无疑这台数控车床就失去了数控设备的最大优势。 目前多功能数控车床主要采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴电机和主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。这使得床头箱内的结构已比传统车床简单得多。但是，因为数控车床的主轴要实现精准的正反停控制，所以数控车床比普通车床的主轴速度控制系统到底有了哪些不同？到底进行了哪些方面的升级？本设计正式为您解读数控车床全新的主轴速度
10、控制。2、数控车床常见主轴驱动方式主 轴 驱 动 系 统 控 制 数 控 车 床 主 轴 的 旋 转 运 动 ， 为 车 床 主 轴 提供 驱 动 功 率 以 及 所 需 的 切 削 力 。 目 前 在 数 控 车 床 中 ， 主 轴 驱 动 常使 用 交 流 电 动 机 ， 直 流 电 动 机 已 逐 渐 被 淘 汰 ， 由 于 受 永 磁 体 的 限制 ， 交 流 同 步 电 动 机 功 率 做 得 很 大 时 ， 电 动 机 成 本 太 高 。 因 此 ，目 前 在 数 控 机 床 的 主 轴 驱 动 中 ， 大 多 采 用 三 相 笼 型 异 步 电 动 机 。为 使 CAK6150D
11、i 数控车床达到经济实用的性能，本次设计主轴驱动方式为三项笼型异步电动机配变频器变速和自动换挡变速箱结合使用。当然，在实际生产当中还有很多其他的主轴驱动方式，在这里我们也将进行简单的介绍。（1） 、普通笼型异步电动机配齿轮变速箱：这是最经济的8主轴配置方式，电动机既可以是单速电动机也可以是双速电动机 【1】主 轴 通 过 主 轴 箱 上 的 变 速 手 柄 进 行 主 轴 速 度 的 粗 调 控 。 系 统 通 过加 工 程 序 中 的 特 殊 S 码 进 行 细 调 ， 但 只 能 实 现 有 级 调 速 。 这 种 驱动 方 式 在 低 速 时 输 出 力 矩 大 ， 切 削 能 力 强
12、， 非 常 适 合 粗 加 工 和 半精 加 工 。（ 2） 、 普 通 笼 型 异 步 电 动 机 配 变 频 器 ： 这 种 配 置 方 式 一 般 采 用带 传 动 并 进 行 一 级 降 速 ， 提 高 低 速 主 轴 的 输 出 转 矩 。 系 统 通 过 加工 程 序 的 S 代 码 控 制 主 轴 转 速 ， 从 而 实 现 无 级 调 速 。 这 种 驱 动 方式 适 合 于 需 要 无 级 调 速 但 对 低 速 和 高 速 要 求 不 严 格 的 场 合 。（ 3） 、 三相笼型异步电动机配变频器和变速箱：采用这种驱动方式时，电机可采用普通型异步电动机，也可采用变频专用的变
13、频电动机。主轴的速度换挡控制是通过系统加工程序的 M代码进行自动换挡的。并且通过变频器（变频器采用电流矢量控制）实现每一档位内的无级调速控制。这种驱动方式既能满足低速大切削力的要求，也提高了主轴的调速范围。今天我们的 CAK6150Di 数控车床便是采用这种 驱动方式。此种驱动方式是我们今天研究的重点，在后便我们将会详细讲到。（4） 、伺服主轴驱动：这种驱动方式具有响应快、速度高、过载能力强的特点，主要应用于中，高档的数控机床及加工中心。9伺服主轴驱动还可以实现主轴定向停止（又称主轴准停） ，刚性攻螺纹，主轴 C 轴进给等功能。（5） 、电主轴单元是将电动机和高精度主轴结合在一起，摆脱了机械传动的束缚，简化了机床结构，同时消除了由机械传动产生的震动噪音。安装电主轴的机床，主要用于精加工和高速加工。图 2.1 数控机床电主轴3、CAK
