数控机床毕业设计.doc

目 录1 绪 论11.1 数控机床的组成及CNC系统的组成11.2 数控车床控制系统的发展21.3 数控机床电气控制的发展31.4 数控机床的电气控制32 数控车床的刀架概述52.1 数控车床的刀架控制52.2 四工位刀架的工作原理52.3 刀架的电气原理图72.3.1 刀位检测信号（霍尔元件）72.3.2 控制刀架电机的电路图83 进给轴控制及器件的选择103.1 行程开关的原理103.2 器件的选择113.2.1 交流接触器的选择113.2.2 继电器的选择113.2.3 电容器的选择134 数控机床安装与调试144.1 外观检查144.1.1 通电前数控及电气的检查1441.2 机床性能及数控功能检验144.2 数控机床的通电154.2.1 电气性能的通电检测154.2.2 机床的调试165 开发实验185.1 数控车床进给系统回参考点185.1.1 实验目的：185.1.2 实验内容：185.1.3 实验原理：185.1.4 数控机床返回参考点的调整195.1.5 数控机床返回参考点的常见故障分析195.2 数控车床自动换刀装置控制及常见故障分析205.2.1 实验目的205.2.2 实验内容205.2.3 实验原理205.2.4 电动刀架常见故障分析20结 论22参考文献23外文资料及翻译24致 谢41II天津工程师范学院2009届本科生毕业设计1 绪 论我们改造的数控实验装置主要是由以下四部分构成：应用范围最广、目前国内 60% 以上数控机床厂家采用的是法那克 FANUC数控系统为平台进行设计的实验装置； 实验装置的控制系统及电气部分等结构与生产型数控机床基本相同，使之能适用于相关专业的实验及实习； 进给系统采用伺服驱动系统控制，以保证进给插补的需要；主轴系统采用变频器控制； 开放式结构布局便于操作、观察和处理有关故障。数控系统、进给伺服系统的选型、配置与购置、实验装置控制研究及原理图设计，都是根据实际来定位的。 1.1 数控机床的组成及CNC系统的组成数控机床是由程序、输人 / 输出装置、 CNC （Computer Numerical Control）单元、伺服系统、位置反馈系统及机床本体等组成。 CNC 单元是数控机床的核心， CNC 单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。（1）主机 主机是数控机床的本体，主要由各种机械部件组成，包括底座、床身、主轴箱和进给机构等。（2）数控装置 数控装置是数控机床的控制核心，一般由一台专用计算机构成。它是由中央处理单元CPU（Central Processing Unit ）、只读存储器ROM（Read Only Memory）、随机存储器RAM（Random Access Memory）、相应的总线和各种接口电路所构成的专用计算机。（3）驱动装置 驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机和进给伺服电动机等。驱动装置的精度和动态响应是影响数控机床的加工精度、表面质量与生产效率的重要因素之一。（4）辅助装置 辅助装置是数控机床的一些配套部件，如自动排屑部件、自动对刀部件、工作台、安全防护装置和自动检测装置等。数控系统是实现数字控制的装置，数控系统是数控机床的中枢，它将接受到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动控制指令和功能控制指令，直至运动和功能结束。计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。CNC系统是一个实时的计算机控制系统，其数控功能是由各种功能子程序实现的。图1-1 计算机数控系统的组成框图1.2 数控车床控制系统的发展数控机床是采用了数控技术的机床，或装备了数控系统的机床。数控是一种自动控制技术，是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控机床的控制系统，最初是由硬件逻辑电路组成的专用数控装置NC（Numerical Control），它的灵活性差，但可靠性高。我国数控机床制造业历经50年的发展，已经成为全球数控机床最大的生产和使用国家之一，数控机床是机电一体化的典型产品，现代数控系统又称为计算机数控系统（CNC）。随着价格低廉、工作可靠的微型计算机的发展，数控机床的控制系统无疑已为微机控制所取代，成为CNC或MNC(Microcomputer Numerical Control)系统。数控系统对加工程序处理后输出的控制信号，除了对进给运动轨迹进行连续控制外，还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变速控制，主轴的正转反转及停止，冷却和润滑装置的启动和停止，刀具的自动交换，工件加紧和放松及分度工作台转位等。通过对机床程序中的M指令、机床操作面板上的控制开关以及分布在机床各部位的行程开关、接近开关、压力开关等输入元件的检测，由数控系统内的可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）进行逻辑运算，输出控制信号驱动中间继电器、接触器、电磁阀等输出元件，对冷却泵、润滑泵、液压系统和气动系统进行控制。开关信号和代码信号是数控装置与外部传送的I/O控制信号。当数控机床不带PLC时，这些信号直接在数控装置和机床间传送。如果数控装置带有PLC时，这些信号除极少数的高速信号外，均通过PLC传送。数控机床既具有专用机床生产率高的优点，又具有通用机床工艺范围广、使用灵活的特点，并且还具有能自动加工复杂成形表面和精度高的优点。数控机床集高效率、高精度、高柔性于一身，成为当今机床自动化的理想形式。1.3 数控机床电气控制的发展随着电子技术的发展,数控机床的电气接线是必不可少的，为此在数控机床的电气设计过程中，数控系统干扰抑制就更为重要。在机床设计时全方面考虑系统的布线、屏蔽和接地问题，同时在进行机床的强电装配时，要严格的按照设计的要求进行装配，从而提高数控机床的抗干扰能力，为数控机床的可靠、安全运行打下基础。机床电气自动控制的发展与电力拖动、电气自动控制的发展紧密相连。其电气控制技术的发展历程是在机床调速技术发展的工程中，电气控制技术也由手动方式逐步向自动控制方向发展。手动控制 是指采用一些手动电器来控制执行电器。它适合那些容量小、动作单一、不需要频率操作的场合。继电器、接触器控制 20世纪20年代至30年代出现了继电接触器控制，采用继电器、接触器、位置开关、保护元件、实现对控制对象的启动、停车、调速、制动、自动循环以及保护等控制，通常称为电气控制。继电接触器控制系统仍然是数控机床不可缺少的也是最常用的电气控制方式，因此，继电器和接触器在今后的电气控制技术中仍然占有相当重要的地位。PLC控制 随着计算机技术的发展，又出现了以微型计算机为基础的PLC控制，它具有编程、存储、逻辑控制及数字运算功能的PLC。PLC的设计以工业控制为目标，接线简单、通用性强、编程容易、抗干扰能力强、工作可靠。PLC的发展之一是微型、简易、价廉，以图取代传动的继电器控制。数字控制 数字控制是机床电气自动控制发展的另一个重要方面。数控机床是数控技术用于机床的产物。自适应控制 从现代控制理论中的“最优控制理论”出发，研制了自适应数控机床。它能自动适应毛胚裕量变化、硬度不均匀、刀具磨损等随机因素的变化，使刀具具有最佳的切削用量，从而始终保证有高的生产率和加工质量。计算机集成制造系统 为了发挥计算机运算速度快的能力，可由一台计算机控制多台数控机床，它称为计算机群控系统，又称为直接数控系统。数控机床从诞生到现在不难看出都是由强电（继电器、接触器）控制电动机运转来实现的。数控机床就是用计算机与数字化指令控制机床各运动部件的动作，从而实现加工的自动化。1.4 数控机床的电气控制数控机床强电线路中的电源控制电路是由电源及保护电路构成的。强电线路由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、继电器、接触器、熔断器等连接而成，以便为辅助交流电动机、离合器以及电磁铁等执行元件供电。强电线路不能与低压工作的控制电路或弱电线路直接连接，只有通过断路器或中间继电器等器件，转换成直流低电压下工作的触点的开合动作，才能成为继电器逻辑电路和PLC可接受的电信号。1、数控机床电气控制系统的组成形式数控机床是一种典型而复杂的机电一体化产品，它的整个电气控制系统可以细分为CNC计算机数控系统和强电两大部分。2、电气系统连接的基本过程数控机床的种类和规格、型号繁多，但是电气连接与调试的方法大同小异，主要由机床操作台、配电柜和床身电气三大部分组成。其中操作台主要由机床操作面板电气、I/O单元电气；配电柜主要有配电盘、机床I/O单元、主轴模块和伺服模块。3、电气系统的连接在先完成数控机床机械本体的制造之后，需要配上电气控制系统，包括数控系统和辅助动作控制系统部分。机床的电气控制对于现代机床的发展有着非常重要的作用，电气自动控制装置的配置情况正是机床自动化水平的重要标志。电气控制系统安装完毕之后，就需要进行整机调试。432 数控车床的刀架概述2.1 数控车床的刀架控制数控车床的刀架是机床的重要组成部分，用于夹持切削用的刀具。刀架是直接完成切削加工的执行部件，它的结构直接影响机床的切削性能和切削效率，在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平，所以，刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力；由于切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，故要求数控车床选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证有较高的重复定位精度。此外，还应满足换刀时间短、结构紧凑、安全可靠等。数控车床的刀架系统按换刀方式主要分为排刀式刀架、回转刀架和带刀库的自动换刀装置等，而最常采用回转刀架换刀方式。回转刀架是数控车床最典型的一种换刀刀架，它是一种最简单的自动换刀装置。而一般数控车床刀架最常用的是四工位或六工位电动回转刀架，其通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作。一般来说旋转直径超过100mm的机床大都采用回转刀架。对于多工步的数控机床，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动更换装置、扩大了换刀数量，其换刀动作更为复杂。各种不同的自动换刀装置都应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具存储量足够、刀库占地面积小及安全可靠等基本要求。四工位自动刀架是采用霍尔元件做发信装置，步进电机做驱动，结构简单，可靠性高。刀架上每一个刀位都配备一个霍尔元件，霍尔元件的常态是截止的，当刀具转到工作位置时，利用磁体使霍尔元件导通。将刀架位置状态发送到PLC的数字输入，刀架的转动由PLC的数字输出控制。通过PLC的数字输出，控制继电器，继电器再驱动交流接触器接通三相电源，促使刀架电机正转或反转。这种刀架只能单方向换刀，电动机正转换刀，反转锁紧。刀架反转锁紧时刀架电机实际上时一种堵转状态，因此刀架电机反转的时间不能太长，否则可能导致刀架电机的损坏。2.2 四工位刀架的工作原理数控车床刀架安装在数控车床的滑板上在加工时实现换刀，刀架滑板由纵向（X轴）滑板和横向（Z轴）滑板组成，横向滑板安装在床身导轨上，可以沿床身横向运动，纵向滑板安装在横向滑板上，能沿横向滑板的导轨进行纵向移动，刀架滑板的作用是安装在其上的刀架刀具在加工中实现纵向和横向的进给运动。刀架能够实现纵向和横向进给运动，实现方法是在每个进给轴上安装一个交流伺服电动机用伺服电机控制X轴和Z轴在方向上的进退；在换刀点自动改变四个刀位，完成选择刀具的功能，其实现的方法是选用四工位电动刀架来完成刀具的自动换刀，这些是数控系统需要控制的对象。1、刀架抬起：当数控装置发出换刀指令后，电动机起动正转，通过平键套筒联轴器使蜗杆轴转动，从而带动涡轮丝杠转动。刀架体的内孔加工有螺纹，与丝杠连接（涡轮与丝杠为整体结构）。当涡轮开始转动时，由于刀架底座和刀架体上的端面齿处在啮合状态，且涡轮丝杠轴向固定，因此这时刀架体抬起；2、刀架转位：当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开，转位套用销钉与涡轮丝杠连接，随涡轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开时，转位套正好转过160，球头销在弹簧力的作用下进入转位套的槽中，带动刀架体转位；3、刀架定位:刀架体转动时带动电刷座转动，当转到程序指定的刀号时，粗定位销在弹簧的作用下进入粗定位盘的槽中进行粗定位，同时电刷接触导体使电动机反转。由于粗定位槽的限制，刀架体转动，使其在该位置垂直落下，刀架体和刀架底座上的端面齿啮合实现精确定位； 4、夹紧刀架、刀架锁紧：电动机继续反转，此时涡轮停止转动，蜗杆轴自身转动，当两端面齿增加到一定夹紧力时，刀架锁紧，电动机停止转动。此时换刀完成（电动机的反转时间是系统参数设定的，不能过长也不能太短，时间太短刀架不能锁紧，太长电动机容易烧坏）。航空插头是电动刀架的输出信号反馈给系统的一种信号。如图2-1所示：图2-1 航空插头输出信号线经万用表测量霍尔元件与航空插头的接口知：4、5、6及7号线是电动刀架四把刀的信号线；2、3号线接交流220V电压；1号线直连电源直流24V电压；9号线接开关电源的交流0V输出端（220V零线）；10号线直连开关电源0V。最终通过焊接与整个机床联机调试成功。2.3 刀架的电气原理图2.3.1 刀位检测信号（霍尔元件）1、刀架检测信号结构为：在数控车床的电动刀架中，我们可以直观地看到有六根线。其中四根是四个刀架刀位信号线，另两根信号线中的一个标号为“+”（D24V）是为刀架供电的，另一个标有“-”（0V）是信号输出端。2、作用：检测刀位信号，当上刀体转到某一刀位时，磁铁与发信盘相对应，该刀位为低电平。与系统的输入指令比较，当实际刀号与输入指令相一致时，则刀架转到位并向系统发出到位信号，刀架旋转停止；若不一致则继续正转找刀，如果某个刀位上得霍尔开关损坏数控装置将检测不到刀位信号，会造成刀架体连续旋转不停，找不定位。刀架检测信号如图2-2所示。图2-2 刀架检测信号图分析图2-2：上拉电阻是起防止24V和0V短路的作用，X20.0、X20.1、X20.2和X20.3是给PLC的输入信号。当T4动作时，反馈给系统的信号是X20.0；当T3动作时，反馈给系统的信号是X20.1；当T2动作时，反馈给系统的信号是X20.2，当T1动作时，反馈给系统的信号是X20.3。2.3.2 控制刀架电机的电路图 图2-3 控制刀架继电器图 图2-4 刀架换位、刀架锁紧图当Y2.4为低电平时，KA5的线圈得电，其常开触点闭合，220V电压传给111刀架正转；当Y2.5为低电平时，KA6的线圈得电，其常开触点闭合，220V电压传给112刀架反转。分析图2-3和图2-4：当有手动换刀或自动换刀指令时，经过系统处理转变为刀位信号，这时在系统处于MDI状态下手动输入T0101、T0202、T0303或T0404换刀指令。系统接口的管脚由D24V高电平变为0V低电平，PLC输出Y2.4有效，继电器KA5线圈得电，其触点闭合，则接触器KM1线圈得电，其主触点吸合，刀架电动机正转；当PLC输入点检测到指令刀具所对应的刀位信号时，PLC输出Y2.4有效撤销，刀架电动机正转停止；接着PLC输出Y2.5有效，继电器KA6线圈得电，其触点闭合，则接触器KM2线圈得电，其主触点吸合，刀架电动机反转；延时一定时间后（该时间由参数设定，并根据现场情况作调整），PLC输出Y2.5有效撤销，接触器KM2主触点断开，刀架电动机反转停止，换刀（选刀）过程完成。为了防止电源短路和电气互锁，在刀架电动机正转继电器线圈、接触器线圈回路中串入了反转继电器、接触器常闭触点，反转继电器、接触器线圈回路中串入了正转继电器、接触器常闭触点，刀架转位选刀只能一个方向转动，即取刀架电机正转。刀架电机反转时，刀架锁紧定位。图2-5 单相刀架电机图1、在此刀架电路中为什么要加电容？从电机的结构来说，我们知道单相电机是不能自行启动的，要使它启动必须加启动绕组，而启动绕组与工作绕组共用同一电源，要使两绕组中的电流不同相就得加电容器，因此加电容是使启动绕组电流超前或滞后工作绕组电流的90。当接触器触点接入移相电容时，其电容能够实现单相刀架电机的正反转和锁紧状态。2、两个交流接触器KM1、KM2起倒换相序的作用，即让电源的相序发生变化使之刀架实现反转。刀架正转找刀，反转锁紧。刀架电机的转向由电源的相序决定，当电源的相序发生变化时电机转向也会随之发生变化。单相刀架电机如图2-5所示。3 进给轴控制及器件的选择3.1 行程开关的原理行程开关又称限位开关，行程开关是用于控制机械设备的行程及限位保护的，事先将行程开关根据工艺要求安装在一定的行程位置上，部件在运行中撞块碰到行程开关时压下行程开关的顶杆，行程开关的触点动作，使行程开关的触点动作而实现电路的切换，以达到控制运动部件行程位置的目的。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，而它的作用原理与按钮类似，它是用以控制其行程进行终端限位保护。在车床上是用它控制工件运动或自动进给的行程，避免发生碰撞事故。它是反映机械位移量控制机械运动的方向或行程大小的电气装置。X轴、Z轴都是由伺服驱动器来控制的，其动力由R、S、T三相变压器提供三相交流380V电压。伺服电机控制刀架的X轴（纵向）、Z轴（横向）的进给与后退，其进给速度和进给量由数控系统内部控制。其行程开关如图3-1所示.图3-1 行程开关接线图分析：100（com）为公共端， X+(Z+)或X-(Z-)为正负限位，它们都接常闭触点，当系统发出信号时，X+(Z+)或X-(Z-)就在执行它的动作，而X0(Z0)回零点接的是常开触点，只有处于闭合状态时它才会执行动作。1、由三相变压器的输入380V交流电压（R、S、T）变为输出交流电压220V到2L1、2L2、 2L3再经空气开关QF2输出为3L1、3L2、 3L3给接触器KM3通电。KM3输出给熔断器，其熔断器起保护作用，熔断器输出到开关电源0V（交流220V零线）。2、从伺服驱动器的三相交流电220V的电源上任意引两根线作为伺服驱动器的控制电压，再和对应的X轴、Z轴并联起来。3、伺服电机上的编码器把反馈回来的信号传送给伺服驱动器，将构成一个闭环控制系统。3.2 器件的选择3.2.1 交流接触器的选择(1)根据负载性质选择接触器的类型。交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器，如果把直流电压的线圈加上交流电压，因阻挠太大，电流太小，则接触器往往不吸合。如果将交流电压的线圈加上直流电压，则因电阻太小，电流太大，会烧坏线圈，这样往往不安全。而我们的控制系统主要是交流负载，所以选用交流接触器来控制。直流电动机或直流负载的容量较小，也可都选用交流接触器来控制，但触点的额定电流应选得大一些； (2)选择接触器主触头的额定电压Un：应大于或等于主电路的工作电压。其负载的额定电压为200V； (3)选择接触器主触头的额定电流In：被选用接触器主触头的额定电流应大于或等于被控电路的额定电流，也可根据所控制的电动机最大功率进行选择。如果接触器是用来控制电动机的频繁启动、正反或反接制动等场合，应将接触器的主触头额定电流降低使用； 即In=P1000/kUn式中：P为被控电动机额定功率（KW）;Un为电动机额定电压(V)；k为经验系数，一般取11.4。(4)接触器的线圈电压必须与接入此线圈的控制电路额定电压相等;如果控制线路比较简单，所用接触器的数量较少，则交流接触器线圈的额定电压一般直接选用380V或220V。如果控制线路比较复杂，使用的电器又比较多，为了安全起见，线圈的额定电压可选低一些，这时需要加一个控制变压器。(5)接触器触点数量和种类应满足主电路和控制线路的需要。现在机床上使用的接触器就能满足使用要求，为了使型号统一便于使用，选择与机床上相同的接触器即可。刀架电路中用到接触器的选择根据已知额定功率和额定电压，求出额定电流即 In=P/U=25/220=0.1A式中：P的单位（W)；U的单位为（V）。3.2.2 继电器的选择继电器是一种根据输入信号的变化接通或断开控制电路的电器。继电器的输入信号可以是电流、电压等电量，也可以是温度、速度、压力等非电量，输出为相应的触点动作。继电器的触点不能用来接通和分断负载电路，这也是继电器和接触器的区别。继电器的种类很多，按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器等，而最常用的是电磁式继电器。1、电磁式继电器电磁式继电器的结构及工作原理与电磁式接触器相似，也是由电磁机构、触点系统和释放弹簧等部分组成。由于电磁式继电器具有工作可靠、结构简单、制造方便、寿命长等一系列优点，故在数控机床电气控制系统中应用最为广泛。根据外来电压或电流使衔铁产生闭合动作，从而带动触点动作，使控制电路接通或断开，实现控制电路的状态改变。电磁式继电器的种类：电流继电器、电压继电器和中间继电器。电磁式继电器按吸引线圈的电源种类不同，分交流和直流两种。其结构及工作原理与接触器相似，但因继电器一般用来接通和断开控制电路，故触点电流容量较小（一般5A以下），在此我们选用中间继电器。2、中间继电器的选用（1）中间继电器 中间继电器实质上是电压继电器的一种，但它触点多（一般为六对或更多），触点电流容量大（额定电流为510A），动作灵敏（动作时间不大于0.05s）。其主要作用是当其他继电器的触点数或触点容量不够时，可借助中间继电器来扩大它们的触点数或触点容量，起到中间转换的作用。数控机床中使用最多的是小型中间继电器。机床上常用的是交流中间继电器和交直流两用中间继电器。（2）中间继电器的选择 在此机床中选用交流中间继电器，中间继电器的结构和工作原理与接触器基本相同，只是触点没有主、辅之分，各对触点所允许通过的电流大小是相等的。中间继电器主要依据被控电路的电压等级、触点的数量、种类及容量来选用。（a）线圈电源形式和电压等级应与控制电路一致。如数控机床的控制电路采用直流24V供电，则应选择线圈额定工作电压为24V的直流继电器。（b）按控制电路的要求选择触点的类型是（常开还是常闭）和数量。（c）继电器的触点额定电压应大于或等于被控电路的电压。（d）继电器的触点电流应大于或等于被控电路的额定电流，若是电感性负载，则应降低到额定电流的50%以下使用。现在机床上使用的继电器就能满足使用要求，为了使型号统一便于使用，选择与机床上相同的继电器即可。3、继电器触点并联和串联触点并联使用不能提高其负载电流，因为继电器多组触点动作的绝对不同时性，很容易使触点损坏而不接触或熔焊而不能断开。但使用电压不要高于线圈最大工作电压，也不要低于额定电压的90%，否则会危及线圈寿命和使用可靠性。触点串联能够提高其负载电压，提高的倍数即为串联触点的组数。总之，提高触点工作可靠性时，需要注意负载性质、大小及失效模式。3.2.3 电容器的选择因为我们设计的此车床刀架电机为单相电机，即刀架不能实现反方向转动，只有一个方向转动，即只有正转或反转，所以必须加电容来实现这一作用。1、电容的定义所谓电容就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电，当然还有整流、振荡以及其它的作用。其电容的结构非常简单，主要是由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。在机床电路中，应用了电解电容和纸介电容等几类电容，并以电解电容为主。电容最常用的基本单位有F、F、pF，由于电容 F 的容量非常大，所以我们通常看到的一般都是F、pF的单位，而不是F的单位。2、电容的作用 1）电容器主要用于交流电路或脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用通交流的作用。2）电容既不产生能量也不消耗能量，是储能元件。 3）电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件；在电子电路中是获得振荡、滤波、移相、旁路和耦合等作用的主要元件。3、电容器的选用1）选用适当的型号：根据电路要求，一般用于低频耦合、旁路去耦等电气要求不高的场合时，可使用纸介电容器、电解电容器等，级间耦合选用122F的电解电容器，在电源滤波和退耦电路中，可选用电解电容器，一般只要容量、耐压、体积和成本满足要求就可以。2）合理选用标称容量及允差等级：在旁路、退耦电路及低频耦合电路中，对电容器的容量要求不严格，容量偏差可以很大，选用时可根据设计值，选用相近容量或容量大些的电容器即可。但在振荡电路、延时电路、音调控制电路中，电容量应尽量与设计值一致，电容器的允差等级要求就高些。3）电容器额定电压的选择：一般应高于实际电压12倍，以免发生击穿损坏，但对于电解电容器，实际电压应是电解电容器额定工作电压的50%70%。如果实际电压低于工作电压一半以下，反而会使电解电容器的损耗增大。则在此选用控制刀架正反转的电容器型号为CB661，电压为450V交流电，频率为5060Hz，容量为3F5F的电容。4数控机床安装与调试在整机各部分都设计好的条件下（包括机械部件、电气控制、PLC程序），进行整机安装与调试，再试运行。4.1 外观检查4.1.1 通电前数控及电气的检查（1）机床电器检查：查看机床电控部分，检查继电器、接触器、熔断器、伺服电机速度控制单元插座、主轴电机速度控制单元插座等有无松动。检查操作面板上所有按钮、开关、指示灯的接线，如发现有误应立即处理，有锁紧机构的插件一定要锁紧。（2）CNC电箱检查：打开CNC电箱门，检查各类接口插座、伺服电机的反馈信号线插座、主轴脉冲发生器插座、手摇脉冲发生器和CRT插座等。如有松动也应重新插好，有锁紧机构的一定要锁紧。（3）接线质量检查：检查所有的接线端子，包括强电、弱点部分以及各电机电源线的接线端子，每个端子都要用工具紧固一次，直到用工具拧不动为止，各电机插座一定要拧紧。（4） 限位开关检查：检查X轴和Z轴的所有限位开关动作是否灵活及固定性是否牢固，发现动作不良或固定不牢的应立即处理。（5）地线检查：要求有良好的地线，测量机床地线，接地电阻不能大于1.数控机床在安装调试完成后，要求在一定负载或空载条件下，按规定时间进行自动运行检验。41.2 机床性能及数控功能检验1）主轴性能2）进给系统性能：分别对X轴、Z轴分别进行手动操作，试验正、反方向的低、中、高速度和快速起、停、点动等动作的平稳性和可靠性。用数据输入方式（MDI）测定G00和G01各种进给速度。3）自动换刀系统性能：检查自动换刀系统的可靠性及灵活性，包括手动和自动条件下运动的平稳性。刀号选择的准确性。4）机床噪声：来源于冷却风扇和液压系统的油泵噪声。5）电气装置：检查接地线质量，确认绝缘的可靠性。6）数控装置：检查数控柜的各种指示灯，检查纸带阅读机、操作面板和密封性等动作功能是否正常可靠。7）安全装置：对操作者的安全和机床保护功能的可靠性。如各种安全防护罩、机床各运动坐标行程极限的保护、自动停止功能、各种电流和电压的过载保护、主轴电动机的过热负荷及紧急停止功能等。8）润滑装置：机床全面润滑。9）数控功能：用手动或程序自动的检查方法，检查数控系统的主要使用功能。10）连续空载运行：作为综合检查整台机床自动实现各种功能可靠性的最好办法，是让机床长时间的连续空载运行。4.2 数控机床的通电完成数控机床的开箱检验和外观检查后，在机床通电试车前一定要做好一切准备。然后再进行通电试车。目前，数控机床的进给控制单元和主轴控制单元的供电电源，大部分采用晶闸管控制元件，如果相序不对，接通电源可能会使进给控制单元的输入熔丝烧断。1、机床总电压的接通：通电后观察无异常现象后，用手动方式陆续启动各部件，检查安全装置是否作用，能否达到额定的工作指标。检查CNC电箱、主轴电机冷却风扇、机床电气箱冷却风扇的转向是否正确。2、CNC电源通电：按CNC电源通电按钮，接通CNC电源，观察CRT显示，直到出现正常画面为止。如果出现ALARM显示，应寻找故障并排除，此时应重新送电检查。3、电源的连接：通电前，先断开所有断路器，用万用表测量各个电压（交流200V、直流24V）正常之后，再依次接通系统24V，伺服控制单元200V，24V，最后接通伺服主回路电源（三相200V）。4.2.1 电气性能的通电检测数控系统通电之后还需要对它们进一步的检查，对第一次通电运行的数控系统尤为必要，试车前要对机床进行全面润滑。通电试车按照先局部供电试验，然后再按全面供电试验的秩序进行。接通电源后首先查看有无故障报警等等，电气性能主要检测以下内容：数控系统中各个风扇是否运转正常。确认各个印制电路板或模板上的直流电源是否正常，各种电压波动范围是否都在允许波动的范围之内。检查在系统通电前用万用表来确认直流电源单元电压输出端对地是否短路。数控系统的各种参数，包括系统参数、PLC参数、伺服的数字设定等应符合随机所带的说明书上的要求。数控系统与机床一起联机通电时，应在接通电源的同时，做好按压急停开关的准备，以便出现紧急情况时切断电源。通过联机通电，确认各种电缆的连接是否正确。尤其是当伺服电机的速度反馈信号线接反或断线时，将会出现机床“撞车”现象，这时必须立即切断电源，以免对人身和设备造成危害。用手动进给以低速移动各个轴，观察机床移动方向的显示是否正确。然后让各轴碰撞到各个方向的超程开关，用以检查启程限位是否有效，数控系统是否在超程时发出报警。检查相序有无接反。进行几次机床返回参考点的操作，检查数控机床是否具有返回参考点的功能，以及每次返回参考点的位置是否完全一致。数控系统的功能测试。4.2.2 机床的调试1、各控制回路的调试：确定各种电压正确之后可以启动CNC，为保证机床的安全，在出现紧急状态时按下急停按钮，机床立刻停止运动。设计安装的行程开关是为了避免由于伺服回馈系统发生故障而使机床移动超出软限位值，而确保机床停下来。当行程开关被挡块压住后，CNC复位并进入急停状态，伺服电机和主轴电机减速直至停止。2、强电调试：在CNC伺服接通之后，机床参数主要指当CNC与机床组合在一起之后，为了更大限度地发挥CNC机床的功能而设置的值，需要按照数控系统说明书的要求来调整。3、PMC梯形图的调试：PMC梯形图调试工作量相当大，需与机械工作人员密切配合共同进行，一起分析调试过程中出现的问题。调试人员对于接口信号应该明确PMC参数除了与机床的各种信号装置通信外，还应将与CNC通信将伺服系统的实际工作状态报告给CNC，并接受CNC的控制。PMC调试的基本过程如下：1）传送PMC程序2）调试机床控制面板程序3）调试机床润滑4）各种进给轴的润滑5）各轴参考点的设置6）轴行程的设置4、主轴的调试：主轴控制单元（或主轴放大器）接受来自CNC的译码指令，同时接受速度反馈实施速度循环控制。它还通过PLC将主轴的各种实际工作状态报告给CNC，用以完成主轴的各项功能控制。主轴电机控制接口为主轴串行输出（与模拟输出相对，串行输出中输出到主轴的命令值为数字数据）。同时使用外界位置编码器与CNC相连，用于检测主轴的位置。在进行主轴调试时，主要应完成转速的指定，如S500M03等；以及使主轴停留在某个固定的位置。为保证刀具能准确地在主轴和刀库之间交换，必须使用主轴准停功能，如果定向停止位置不准，将会损坏换刀装置，可通过该参数对主轴定向位置进行精调。5、自动换刀的调试：设计自动换刀的PMC程序时，应充分考虑安全互锁。在系统处于MDI状态下手动输入T0101、T0202、T0303或T0404换刀指令，观察刀位信号是否能与实际刀号相对应。如果不能实现换刀请检察电气线路是否接好、刀架信号线是否接通、I/O板接线是否正常。6、限位、机械零点检查：（1）机床软、硬限位可靠性检查：软限位一般由系统参数确定，软限位可靠性可以通过检查系统参数完成。硬限位由设置在各进给轴的极限位置的行程开关确定，硬限位可靠性由行程开关的可靠性决定。（2）检查回零点性能：回机械零点的可靠性和准确性。采用回原点方式，检查各进给轴的状态。7、其他辅助动作的调试：如冷却、排屑、照明等机床的辅助动作，也需由PMC梯形图控制。5 开发实验5.1 数控车床进给系统回参考点5.1.1 实验目的：（1）了解位置反馈元件增量式光电编码器和光栅尺的工作原理；（2）熟悉数控车床回参考点的过程；（3）了解几种典型的机床不能回参考点的故障。5.1.2 实验内容：（1）从数控系统发出指令执行各轴回参考点的操作；（2）分析回参考点失败的原因.5.1.3 实验原理：1、数控机床返回参考点的控制原理参考点是用来对测量系统定标，是用以校正、监督床鞍和刀具运动的测量，参考点的位置是在每个轴上用挡块和限位开关精确地预先确定好点的一个位置，参考点对机床零点的坐标是一个已知数，参考点大多位于加工区域的边缘。每台机床可以有一个参考原点，也可以按需要设置多个参考点，参考点作为工作坐标系的原始参照点，机床参考点确定后，各工件坐标系随之建立。电气原点是以机床检测反馈元件发出的栅点信号或零标志信号确立的参考点。控制系统启动后，多数机床自动返会参考点，并重新获得准确的位置值。数控机床多数采用减速挡块的栅格信号返回参考点控制，系统在返回参考点状态（REF）下，按下各轴点动按钮（+J），机床以快移速度向机床参考点方向移动，当减速开关(*DEC)碰到减速挡块时，系统开始减速，以低速向参考点方向移动。当减速开关离开减速挡块时，系统开始找栅格信号（编码器一转信号），系统接收到一转信号后，以低速移动一个栅格偏移量（如果系统参数设定了栅格偏移量），准确停在机床的参考点上。2、编码器的工作原理脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，可将机械转角转换成电脉冲而间接测量出位移量。脉冲编码器的种类可分为三种，即光电式、接触式和电磁感应式。其中光电式在数控机床上采用，精度较其他两种高。机床滚珠丝杠的螺距是选用不同型号光电编码器的主要依据。光电编码器的工作原理是光线透过圆光栅与指示光栅的线纹，在光电元件上形成明暗变化的条纹，产生两组近似与正弦波的电流信号A与B，两者相差90，经整形放大后成方波。若A相超前于B相，对应电动机为正转，反之如A相滞后于B相，则电动机为反转。Z相为一转脉冲，它是用来产生机床的基准点的。通常机床的机械原点与各轴的脉冲编码器发生的Z相脉冲的位置是一致的。若以方波的前、后沿产生计数脉冲，就可以形成代表正向位移或反向位移的脉冲序列。5.1.4 数控机床返回参考点的调整一般数控车床各轴传动机械拆装后、进给伺服电动机更换后、位置检测装置修复后都将导致机床参考点位置不准，需对机床的返回参考点进行调整。通常数控车床参考点设计在机床刀架X轴正方向上，Z轴正方向上。如果机床的刀架在机床回零操纵中要求设定固定的位置，只调整回零开关撞块的方法是不能实现的，必需调整控制机床的相应参数。数控机床在下列情况下需要返回参考点操作：机床首次开机；机床按下急停开关后；机床出现故障并修复后需要返回参考点操作一次。1）预置参数0508项，X轴栅格调整的预置值。2）预置参数0509项，Z轴栅格调整的预置值。3) 调整参数0010项的第7位“0”，使手动回零完成后不执行自动坐标系设定。4）用手动方法使机床刀架回到机床参考点。5）机床回到零后，X、Z位置显示与规定值进行比较。6）重新进行4、5项操作，使机床刀架回零坐标值符合规定值。7）在系统参数708和709中分别输入260000（直径编程坐标值）和500000。8）将参数0010项的第7位为“1”，使机床回零后执行自动坐标系设定显示回零值。9）机床断电重新送电，进行回零操作，转塔刀架就按规定的距离精确地回到零点，并在显示屏上显示机床零点的坐标值。5.1.5 数控机床返回参考点的常见故障分析1）找不到参考点（通常会导致机床超程报警）机床回零过程无减速动作或一直以减速回零，多数原因为减速开关及接线故障。机床回零动作正常，但系统得不到一转信号。原因可能是电动机编码器及接线或系统轴板故障。减速开关偏移。2）找不准参考点（即返回参考点有偏差）减速挡块偏移。栅格偏移量参数设定不当。参考计数器容量参数设定不当。位置环增益设定过大。编码器或轴板不良。5.2 数控车床自动换刀装置控制及常见故障分析5.2.1 实验目的（1）了解数控车床的自动换刀装置；（2）了解数控车床的自动换刀装置的故障。5.2.2 实验内容（1）介绍数控车床的自动换刀装置；（2）观察数控车床换刀的工作过程；（3）介绍数控车床的自动换刀装置的故障分析。5.2.3 实验原理可转位刀架是一种刀具储存装置，可转位刀架一般可装4把或6把刀。它主要用于数控车床中，可转位刀架是数控车床中的一种专用自动化机械装置。转位刀架不但可以储存刀具，而且在切削时要连通刀具一起承受切削力，在加工过程中完成刀具交换转位、定位夹紧等动作。四工位电动刀架的工作原理是系统发出换刀信号（手动或自动），控制继电器动作，电动机正转，通过涡轮、蜗杆、螺杆将销盘上升至一定高度时，离合销进入离合盘槽，离合盘带动离合销，离合销带动销盘，销盘带动上刀体转位；当上刀体转到所需刀位时，霍尔元件电路发出到位信号，电动机反转，反靠销进入反靠盘槽，离合销从离合盘槽中爬出，刀架完成粗定位；同时销盘下降端齿啮合，完成精定位，刀架锁紧。电动刀架的电气控制分强电和弱点两部分，强电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反向旋转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作；弱点部分主要由位置传感器构成，发讯盘采用霍尔传感器发讯。5.2.4 电动刀架常见故障分析（1）正常工作中出现刀架未锁紧报警，查看通过系统梯形图发现有可能是锁紧由于到位信号未接通产生的报警。故障原因可能是接近开关损坏、接近开关调整位置不当、刀架机械传动故障。（2）换刀时出现乱刀现象，出现该故障的原因可能是角度编码器不良，此时需要更换编码器。（3）换刀过程中出现断路器跳闸现象或刀架旋转不停，产生故障的主要原因是电动机短路、刀架内部机械传动卡死或断路器本身不良。（4）换刀过程中系统发出电动机过热报警，产生故障的主要原因是电磁铁插销不能准确动作、电动机缺相或匝间短路、角度编码器位置调整有偏差及电动机内装热偶开关不良。（5）刀架经过较长时间运转才能达到一个新位置，产生故障的主要原因是电动机的相序接反。结 论本次毕业设计对我来说是在学习上的一次考验，经过两个月的毕业设计巩固了更多专业上的知识，本设计需要完成的任务虽然不是太多但是比较零碎，设计问题有点难度，但是经过我的努力还是顺利的完成了这次毕业设计。本设计主要是对数控车床的进行设计改装、制作、调试的一台实验装置，数控系统采用的是FANUC数控系统，通过设计此实验台的电气部分我查阅了许多有关数控机床结构、电气控制原理及机床的调试资料等等。通过这次毕业设计对曾经学过的理论知识和实践内容有了更好的结合。电动刀架对于数控车床来说当然是必不可少的一部分，四工位刀架也是现代数控车床最具经济性实用性的一种刀架，对其四工位刀架的控制原理（刀架运动、刀架电气控制、刀架输出） 有了更深的研究；对行程开关的回零、正限位及负限位的设计连接的内容又有进一步的巩固；关于继电器与接触器的选择和控制有了更深的理解；在机床首次开机时需要返回参考点的必要性有了更深的理解。参考文献1杨克冲,陈吉红,郑小年.数控机床电器控制.武汉:华中科技大学出版社,2005.2徐慧,卢艳军.数控电气及PLC控制技术.北京:国防工业出版社,2008.3秦立高.机床维修手册.北京:国防工业出版社,1997.4刘怀兴,夏田.数控机床系统设计,北京:化学工业出版社,2005.5邓荣琦,赵树国.数控机床使用与维护.北京:国防工业出版社,2006.6李富生.实用数控机床技术手册.北京:北京出版社,1993.7徐夏民,邵泽强.数控原理与数控系统.北京:北京理工大学出版社,2006.8.8刘瑛,罗学科,朱运利.数控技术专业英语.北京:人民邮电出版社，2004.9.9邓三鹏.数控机床结构与维修.北京:国防工业出版社,2008.1.10陈吉红,杨克冲.数控机床实验指南.武汉:华中科技大学出版社,2004.5.11陈绍华.机械设备电器控制.广州:华南理工大学出版社.2001.1.12胡占奇,杨莉.机床数控技术.北京:机械工业出版社,2002.2.13蒋林敏,张吉平.数控加工设备.大连:大连理工大学出版社,2004.8.14王爱玲.数控机床结构及应用.北京:电子工业出版社,2008.8.15王永章.机床的数字控制技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1995.16白思远.现代控制机床伺服及检测技术.北京:国防工业出版社,2002.17王钢.数控机床调试、使用与维护.北京:化学工业出版社，2006.318郑小年,杨克冲.数控机床故障诊断与维修.武汉:华中科技大学出版社,2005.9.19刘永久.数控机床故障诊断与维修技术.北京:机械工业出版社,2007.9.外文资料及翻译Numerical control there is in the future lathe to in will develop the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-gradly, have such varieties as knife rest of hydraulic pressure , servo knife rest , vertical knife rest ,etc.