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1、装订线毕业设计（论文）报告纸小型数控机床主轴控制系统设计摘 要本论文主要介绍了小型数控车床的主轴控制系统的结构、分类及发展方向；根据电气控制的要求，进行电气方案的确定，设计了的电气原理图，主要包括电源电路、主轴电路、强电控制电路及PLC输入/输出电路等。给出电气元器件的参数计算方法以及变频器的型号选择，确定了图中电气元件的参数，并且列出电气元件的明细表。根据设计要求及强电控制线路和控制要求，编写PLC程序，介绍了FANUC系统内置PLC的地址信号、FANUC系统的指令以及编程；最后，针对所设计的内容进行总结。关键词：CNC;主轴控制系统；PLC AbstractThis paper focus
2、es on the small CNC lathe spindle control system, classifying and development directions; according to the electrical control requirements, electric scheme, designed the electrical schematics, mainly include power circuit, spindle circuit, strong electric control circuit and PLC input/output circuit
3、. Given the parameters of the electrical components, as well as the calculation method for the frequency converter model options, determine the figure in the electrical components of the arguments, and electrical components list. According to the design requirements and strong electric control line
4、and control requirements, write the PLC program, describes the FANUC system built-in PLC address signals, FANUC system of instruction and programming; and finally, for the design of the content of the summary.Key words: CNC; spindle control system; PLC 目 录第1章 概述31.1课题的背景及意义41.2 数控机床主轴控制系统简介5第2章 电气控制
5、系统原理图的设计72.1 电气方案的确定72.2 电气原理图的设计92.3 电气元件参数的设定11第3章PLC程序的设计173.1 FANUC系统PLC信号简介173.2 FANUC系统的PLC指令173.3 PLC程序编程20第4章 结 论23谢 辞24参考文献25附录26第1章 概述 现代化的金属切削机床均用电动机作为动力源.机床主轴转速、位置进给量的调节以及工作循环的控制与操作等离不开相应的电气控制系统.机床的电气控制系统已经成为现代机床不可缺少的重要组成部分.而以电气为主的自动控制系统使机床的性能不断提高,使其工作机构.传动机构大为简化。众所周知，高速主轴系统历来就是数控机床三大高新技
6、术之一(高速主轴、数控系统、送给驱动)。 随着数控技术及切削刀具的飞跃发展，越来越多的机械制造装备都在不断地向高速、高精、高效、高智能化发展，内装式电主轴单元已成为最能适宜上述高性能工况的数控机床核心功能部件之一。尤其是在多轴联动、多面体加工、并联机床、复合加工机床等诸多先进产品中，内装式电主轴单元的优异特点是其他类型主轴单元不能替代的。 据中国机床工具工业协会专项信息EMO2003考察报告汇编介绍：2003年意大利米兰欧洲国际机床展览会中，大部分展出的加工中心均采用电主轴配置。其最高转速普遍为12,000-20,000r/min。其中最高的是日本MAKINO铣床公司的J4M卧式加工中心，其配
7、备的电主轴最高转速可达60,000r/min。本次展会电主轴展品琳琅满目，具有不同档次的技术性能，可选择性较大。高速电主轴的最高转速及功率、扭矩普遍提高。有的还采用了传感技术对振动进行监测和诊断。瑞士的IBAG、Step-Tec、Flscher、Starrag-Heckert公司，德国的GMN、Cytec、INA，意大利的Gamfier、Omlat等公司的电主轴都各有特色。 我国大型数控铣、加工中心和数控车床实用型电主轴的开发始于1998年。洛阳轴研科技股份有限公司在“九五”期间，以国家重点科技攻关项目为依托，先后开发了装备国产电机的、最高转速为15,000r/min、12,000r/min。
8、10,000r/min、 8,000r/min的内装式电主轴，其最大扭矩为129Nm。十五”期间又继续开展上述科技攻关工作。到2003年止，洛阳轴研科技股份有限公司又先后开发了用于高速数控铣的30,000r/min电主轴和用于加工中心的24,000r/min电主轴。同时又系列开发了转速自5,000r/min到12,000r/min的数控车床用电主轴。与此同时，北京机床研究所数控机床有限公司也相继开发了用日本FUNAC电机组装的15,000r/min、20,000r/min电主轴。北京机电研究院、上海第二机床厂等单位，利用德国REXROTH的电机组装成转速高于10,000r/min的电主轴。北京
9、第一机床厂和日本大隈合作也开发出转速高于10,000r/min的电主轴。近期又有汉川机床厂，济宁博特精密丝杠制造有限公司，大连金功机械有限公司等数家企业相继投入开发电主轴单元的行列。 1.1课题的背景及意义国内外数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比，是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。
10、数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视，并得到了迅速的发展。主轴是数控车床构成中一个重要的部分，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量有着重要的作用。从手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触点的继电接触器控制系统发展到以计算机为核心的软件控制系统，电气控制技术是随着元器件的不断更新和计算机技术的发展，并且综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等先进科技成果而迅速发展起来的。由于PLC可靠性很高，平均无故障运行时间可达10万小时以上，可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失。当前P
11、LC已经成为电气控制系统中应用最为广泛的核心装置，在工业自动控制领域占有十分重要的地位。1.2 数控机床主轴控制系统简介目前，数控机床的主传动电机已经基本不再使用普通交流异步电机和传统的直流调速电机，他们与逐步被新兴的交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机代替。数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切屑用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，多恭喜自动换刀的数控机床和加工中心主运动的调速范围应进一步扩大。数控机床的变速时按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善，
12、不仅能方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性，因此在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。为了确保低速时的扭矩，有的数控机床在交流和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。由于主运动采用了无级变速，在大型数控车床上测斜端面时就可实现恒速切屑控制，以便进一步提高生产效率和表面质量。数控机床主传动主要有三种配置方式。 (1)带有变速齿轮的主传动这是大、种型数控机床采用较多的一种方式。通过少数几对齿轮减速，扩大了输出扭矩，以满足主轴对输出扭矩特性的要求。一部分小型数控机床业采用此种传动方式，以获得强力切屑时所需要的扭矩。滑移齿轮的移位大都采用液压拨叉或直接由液
13、压油缸带动齿轮实现。(2)通过皮带传动的主传动这主要应用在小型数控机床上，可以避免齿轮传动是引起的振动与噪声。但它只能使用与要求的扭矩特性的主轴。 (3)由调速电机直接驱动的主传动这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。1.2.1主轴控制系统结构和原理主轴是车床最主要的部件之一，整个机器的性能很大程度上决定于主轴的性能，主轴直接承受切屑力，转速的范围很大。所以我们引入主轴控制系统,利用CNC控制器监控主轴的转动速度和方向来完成对工件的精确加工。主轴控制系统由五个部分组成：控制器CNC、变频器、编码器、主轴电机、主
14、轴。 主轴控制系统原理图如图1-1所示 图1-1 主轴控制系统原理图1.2.2主轴控制系统的发展方向随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。
