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1、目 录引 言1第一章 绪论21.1 数控系统发展简史及趋势31.2 计算机数控的发展41.3 数控未来发展的趋势41.4 机床数控化改造的必要性51.4.1 微观看改造的必要性51.4.2 宏观看改造的必要性51.5 机床与生产线数控化改造的市场61.5.1 国内机床数控化改造的市场61.5.2 进口设备和生产线的数控化改造市场61.6 数控化改造的内容及优缺点61.6.1 国外改造业的兴起61.6.2数控化改造的内容71.6.3 数控化改造的优缺点7第二章 数控机床电气控制系统综述82.1 典型数控机床电气控制系统82.2 数控机床运动坐标的电气控制9第三章 CK516车床数控系统选用及连接
2、103.1 数控系统选用103.1.1 系统的运动方式与伺服系统103.1.2 微机系统103.2 FANUC 0i系统的连接11第四章 CK516数控车床的电气部分设计124.1 CK516数控车床的电气控制要求124.2 CK516数控车床的电气控制方案设计134.2.1 交流伺服电机的确定134.2.2 变频器的确定134.2.3 控制变压器的确定144.2.4 电气系统框图设计144.2.5 强电主回路的设计144.2.6 机床控制电源的设计164.2.7 伺服驱动系统控制设计164.2.8 交流控制回路的设计184.2.9 主轴润滑系统的控制设计184.2.10 刀台的自动控制设计1
3、94.2.11 交流控制回路的辅助回路设计20结 论21致 谢22参考文献23引 言世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从年美国第台数控铣床问世至今已经历了个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族。由于市场竞争日趋激烈，产品更新极为迅速。随着汽车工业以及轻工消费品生产的高速增长，中小批量零件的生产及复杂零件越来越多，精度要求也越来越高，这就要求加工设备具有很高的效率和加工精度。而传统的普通机床已远远不能满足现代生产的需要。而以数控机床为代表的数
4、控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子水平。它的推广应用对于提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用。数控系统技术的突飞猛进为数控机床的技术进步提供了条件。为了满足市场的需要，达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，当前，世界数控技术及其装备的发展主要体现为以下几方面技术特征：1、高速、高效 机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。2、高精度 从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，
5、乃至纳米级(10nm)，其应用范围日趋广泛。3、高可靠性 随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。4、复合化 在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。5、多轴化 随着5轴
6、联动数控系统和编程软件的普及，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削3维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，因此，5轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。6、智能化 智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定
7、性的、要由人工干预才能解决的问题。7、网络化 数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。8、柔性化 数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元
8、技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展9、绿色化 21世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工艺的绿色化。总之，数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件，促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。可以预见，随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用，制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。第一章 绪论根据机械设计制造及其自动化专业的教学大纲要求：本专业学生熟悉掌握机电一体化产品的设计、制
9、造、使用与维修，培养学生能够灵活运用所学专业课程知识，具有研究开发的综合素质与能力；这次毕业设计以CK516数控机床设计作为课题，是我们综合运用所学的基本知识、基础理论和基本技能，提高分析解决实际问题的能力,提高实际工作能力的检验。是对三年学习的一个总结与回顾。CK516型数控立式车床简介CK516型数控立式车床特点： 该机床采用日本FANUC-0i系统，中文液晶显示，配有刀具补偿，手动/自动回参考点和自动诊断监视显示功能，实现机床的机电液一体化自动控制。 机床底座采用树脂砂整体式铸件结构，对称加强筋强化加固。使机床具有高刚性、高强度、高抗振性，且具有排屑方便、不渗漏的特点。 主轴单元采用进口
10、高刚度的短粗型主轴，主轴箱为对称式结构，悬挂在机床底座上。主轴采用FANUC电机驱动，配有西德ZF公司两档变速箱，实现机床的低噪声、低振动、大扭矩、大功率切削的需要。 机床导轨、丝杠采用日本THK公司的高精度、重负荷直线滚动导轨和滚珠丝杠副。并配有德国进口六工位或八工位电动转塔刀架以及自动润滑装置定时供油润滑。 CK516型数控立式车床主要性能及使用范围： 该机床是以车削各种材料的多台阶、多内孔的盘类、短轴类零件为主要加工对象，如齿轮毛坯、法兰盘、刹车盘等零件的外圆、内孔、外端面等的粗车、半精车和精车等工序。一次装夹可完成复杂零件的大部或全部加工要求，特别适用多品种，小批量的加工盘点。 CK5
11、16数控立式车床主要技术参数： 床身上旋转直径 800mm； 最大加工直径 630mm； 最大加工长度 350mm； 主轴转速范围（无级） 50-1500r/min； 主电机功率 22kw； 快移速度 （纵向）Z：10m/min、（横向）X：10m/min； 最大行程 （纵向）Z：600mm； （横向）X：650mm； 机床外形尺寸（长宽高） 330280340cm； 机床重量 12500kg。CK516立式数控车床具有当代同类产品的优点，机电液一体化结构，占地面积小，布局合理，安装、维修方便。机床具有高转速、大扭矩、高刚性等特点，外购件全部采用知名品牌产品，具有高可靠性和高耐用性。该车床可加
12、工轮毂、刹车毂等各类短轴类、盘类零件，车削螺纹、圆弧、圆锥、回转体的内外曲面、端面沟槽、钻、扩、铰等，适用于形状复杂的中小批量零件，以及精度、尺寸一致性要求高的大批量零件的加工。该车床在国内外汽车行业广泛应用，是一种高效、高精度、高效益、低成本，投资回报期短，性能价格比较高的机床。1.1 数控系统发展简史及趋势 1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机
13、床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。1数控（NC）阶段（19521970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代-电子管；1959年的第二代-晶体管；1965年的第三代-小规模集成电路。1.2 计算机数控的发展到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（
14、CNC）阶段（把计算机前面应有的通用两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了1990年，PC机（
15、个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代-小型计算机；1974年的第五代-微处理器和1990年的第六代-基于PC（国外称为PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的数控，实质上已是指计算机数控了。1.3 数控未来发展的趋势（1）继续向开放式、基于PC的第六代方向发展基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。（2）向高速和高精度化发展 这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。（3）向智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。1.4 机床数控化改造的必要性1.4.1 微观看改造的必要性从微观上看，数控
