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数控车床的控制系统的设计与研究论文.doc

数控车床的控制系统的设计与研究【带Protel电路图12张+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】

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Backup of 数控车床IO输入接口线路图1.SCH

Backup of 数控车床IO输入接口线路图2.SCH

Backup of 数控车床IO输入接口线路图3.SCH

Backup of 数控车床PLC输出接口图1.SCH

Backup of 数控车床电器控制图.SCH

Backup of 数控车床电缆图.SCH

Backup of 数控车床驱动原理图.SCH

数控车床PLC输出接口接线图2.SCH

数控车床位置接线图.SCH

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关键词：: 数控车床控制系统设计研究 protel 电路图数控车床的控制系统毕业论文开题报告外文翻译任务书

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数控车床的控制系统的设计与研究

32页 16000字数+论文说明书+任务书+21张电路图纸【详情如下】

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1 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 选题的背景和意义 2

1.3 数控技术现状和发展趋势 3

1.4 本课题的主要任务与解决方法 5

2 CK6141卧式数控车床控制系统设计方案的拟定 6

2.1 CK6141卧式车床的传动系统总体结构 6

2.2 研究对象及控制要求 6

2.3 总体方案的设计 6

2.4 电机的选型 8

2.5 接触器的选型 13

2.7 伺服放大器的选型 16

3 控制面板的设计 17

3.1 控制面板总体框图 17

3.2 控制面板框图及各部分的作用 17

4 数控系统的电路设计 22

4.1 主电路的设计 22

4.2 数控车床控制电路图 23

4.3 数控车床PLC输出接口图 25

4.4 结论与展望 26

结束语 27

致谢 28

参考文献 29

毕业设计说明书（论文）中文摘要

通过学习，对数控车床控制系统有了进一步的了解。论文对数控系统的发展史、工作情况进行了较全面的论述。

结合毕业设计题目，本设计对数控车床控制系统总体、数控车床控制系统驱动单元、数控系统电路、操作面板的组成及各部分作用、PLC输出接口电路分别进行了设计以及其他标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计。在论文中，对数控车床主电路、控制电路、PLC输出接口电路的各组成部分经行了详细的理论分析，并对各部分的功能进行了详细的阐述。

关键词数控车床发展数控系统

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title The Design and Research of CNC Lathe Control System

Abstract

By studying，a further comprehension about CNC lathe control system has been gained. Papers on the history of the development and the work of numerical control system are made a more comprehensive exposition.

Linking the title of the graduation project,this paper designed the overall of CNC lathe control system,the driving unit of CNC lathe control system,

The circuit of numerical control system,the work and composition of operation panel, and made other standard parts ( motors, contactors, circuit breakers, etc.) type design. In the paper, the author made a very detailed theoretical analysis on the main circuit of the CNC lathe, control circuits, PLC output interface circuit and made a very detailed Description on the role of the various parts.

Keywords CNC Lathe Development CNC System

1 绪论

1.1 引言

科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。许多生产企业（例如汽车、拖拉机、家用电器等制造厂）已经采用了自动机床、组合机床和专用自动生产线。采用这种高度自动化和高效率的设备，尽管需要很大的初始投资以及较长的生产准备时间，但在大批大量的生产条件下，由于分摊在每一个工件上的费用很少，经济效益仍然非常显著的。但是，在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10件～100件）约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防部门，其生产特点是加工批量小、改型频繁，零件的形状复杂而且精度要求高，采用专用化程度很高的自动化机床加工这类零件就显得和不合理，因为需要经常改装与调整设备，对于专用生产线来说，这种改装与调整甚至是不可能实现的。近年来，由于市场竞争日趋激烈，为在竞争中求得生存与发展，各生产企业不仅要提供高质量的产品，而且频繁地改型，缩短生产周期，以满足市场上不断变化的需要。因此，即使是大批量生产，也改变了产品长期一成不变的做法。频繁地开发新产品，使“刚性”的自动化设备在大批生产中也日益暴露其缺点。已经使用的各类仿型加工机床部分解决了小批量、复杂零件的加工。但在更换零件时，必须制造靠模和调整机床，不但要耗费大量的手工劳动，延长了生产准备周期，而且由于靠模误差的影响，加工零件的精度很难达到较高的要求。为解决上述这些问题，来满足多品种、小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数字机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁带）将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。数控机床与其它自动机床的一个显著区别在于当加工对象4.4 结论与展望

本设计主要完成了数控车床控制系统的总体设计；数控车床控制系统驱动单元的设计；数控系统的电路设计；操作面板的设计与PLC输出接口电路的设计；其他标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计等任务。经过本次设计，我对数控系统的各部分的组成及其作用有进步认识，对数控系统整个工作流程有了一定的了解，不足之处就是没有进行PLC的程序编制。

数控技术的发展是与现代计算机技术、电子技术的发展是同步的，同时也是根据生产的发展的需要而发展的。数控技术将会朝着高速、高精度、高效、柔性化、智能化、集成化等方向发展。

结束语

经过这次数控车床控制系统的设计，我完成了数控车床控制系统的总体设计；数控车床控制系统驱动单元的设计；数控系统的电路设计；操作面板的设计与PLC输出接口电路的设计；其他标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计等任务。经过这次设计，我充分了解了数控车床的控制系统内部结构以及各个部分的联系，并且理清控制系统的工作流程。稍有不足之处在于没有将控制系统的PLC程序编制出来.

在具体设计的过程中，我遇到了更大的困难。我不断地给自己提出新的问题，然后去论证、推翻，再接着提出新的问题。在这个循环往复的过程中，我这篇稚嫩的设计日臻完善。每一次改进我都收获良多，每一次修改后的成功我都能兴奋好长一段时间。虽然我的设计作品不是很成熟，即使借鉴前人的很多资料仍然还有很多不足之处，但我仍然心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程。

本设计在黄晓华老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计，无不凝聚着黄老师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向黄老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

致谢

再次感谢我的导师教授，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢黄老师，这片论文的每个步骤、每个进展，都离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我的这次毕业设计。

感谢我的室友们，无论遇到什么困难，你们都力所能及的帮助我，是你们让我有家的感觉，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们一同走过困难，一起享受快乐，可以说是泪水与快乐同行。我们在一起的日子，我会记一辈子的。

参考文献

[1] 富大伟, 刘瑞素. 数控系统[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005, 5-6.

[2] 洪钟洲. 数控系统的发展现状和趋势[J]. 机电一体化，1996，04: 15-18.

[3] 刘永生. 数控机床的分类与发展趋势[J]. 无线电通信技术，1998，05： 55-58.

[4] 姜家吉, 周学才. 数控技术的发展趋势[J]. 深圳信息职业技术学院学报，2003，02： 37-40.

[5] 周自强. 机床数控系统的发展趋势[J]. 丹东师专学报，1997，01: 42-43.

[6] 王爱玲. 现代数控原理及控制系统[M]. 北京：国防工业出版社, 2002.

[7] 王侃夫. 数控机床控制技术与系统[M]. 北京: 机械工业出社, 2002.

[8] 刘胜. 现代伺服系统设计[M]. 北京：哈尔宾工程大学出版社，2001-2.

[9] 李清新. 伺服系统与机床电器控制[M]. 北京：机械工业出版社，1994-2.

[10] 方沂. 数控机床编程与操作[M]. 北京：国防工业出版社, 1999.

[11] 孙竹. 数控机床编程与操作[M]. 北京: 机械工业出版社, 1997.3.

[12] 阳含和. 机械控制工程[M]. 北京：机械工业出版社, 1986.

[13] 白恩远. 现代数控机床伺服及检测技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2005.

[14] 姚伯威. 机电一体化原理及其应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 1999.

[15] 郑盛新. 数控机床与编程[M]. 合肥: 工业大学出版社, 2005.

内容简介：: 本科毕业设计说明书（论文）第 I 页共 I 页目录 1 绪论 2 引言 2 选题的背景和意义 3 数控技术现状和发展趋势 4 本课题的主要任务与解决方法 6 2 式数控车床控制系统设计方案的拟定 7 式车床的传动系统总体结构 7 研究对象及控制要求 7 总体方案的设计 7 电机的选型 9 接触器的选型 14 伺服放大器的选型 17 3 控制面板的设计 18 控制面板总体框图 18 控制面板框图及各部分的作用 18 4 数控系统的电路设计 23 主电路的设计 23 控车床控制电路图 24 数控车床出接口图 26 结论与展望 27 结束语 28 致谢 29 参考文献 29 本科毕业设计说明书（论文）第 2 页共 2 页毕业设计说明书（论文）中文摘要通过学习，对数控车床控制系统有了进一步的了解。论文对数控系统的发展史、工作情况进行了较全面的论述。结合毕业设计题目，本设计对数控车床控制系统总体、数控车床控制系统驱动单元、数控系统电路、操作面板的组成及各部分作用、出接口电路分别进行了设计以及其他标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计。在论文中，对数控车床主电路、控制电路、出接口电路的各组成部分经行了详细的理论分析，并对各部分的功能进行了详细的阐述。关键词数控车床发展数控系统本科毕业设计说明书（论文）第 1 页共 29 页毕业设计说明书（论文）外文摘要 y a NC on of of a of NC NC of of In a on of NC a on of 本科毕业设计说明书（论文）第 2 页共 29 页 1 绪论引言科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。许多生产企业（例如汽车、拖拉机、家用电器等制造厂）已经采用了自动机床、组合机床和专用自动生产线。采用这种高度自动化和高效率的设备，尽管需要很大的初始投资以及较长的生产准备时间，但在大批大量的生产条件下，由于分摊在每一个工件上的费用很少，经济效益仍然非常显著的。但是，在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在 10件 100 件）约占机械加工总量的 80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防部门，其生产特点是加工批量小、改型频繁，零件的形状复杂而且精度要求高，采用专用化程度很高的自动化机床加工这类零件就显得和不合理，因为需要经常改装与调整设备，对于专用生产线来说，这种改装与调整甚至是不可能实现的。近年来，由于市场竞争日趋激烈，为在竞争中求得生存与发展，各生产企业不仅要提供高质量的产品，而且频繁地改型，缩短生产周期，以满足市场上不断变化的需要。因此，即使是大批量生产，也改变了产品长期一成不变的做法。频繁地开发新产品，使“刚性”的自动化设备在大批生产中也日益暴露其缺点。已经使用的各类仿型加工机床部分解决了小批量、复杂零件的加工。但在更换零件时，必须制造靠模和调整机床，不但要耗费大量的手工劳动，延长了生产准备周期，而且由于靠模误差的影响，加工零件的精度很难达到较高的要求。为解决上述这些问题，来满足多品种、小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。数字机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷却液等）和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁带）将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。数控机床与其它自动机床的一个显著区别在于当加工对象本科毕业设计说明书（论文）第 3 页共 29 页改变时，除了重新装夹工件和更换刀具之外，只需要更换一条新的穿孔纸带或磁带，不需要对机床作任何调整 1。我国在研制与推广使用数控机床方面取得了一定成绩。近年来，由于引进了国外的数控系统与伺服系统的制造技术，是我国数控机床在品种、数量和质量方面得到了迅速发展。目前我国已有几十家机床厂能够生产不同类型的数控机床和加工中心机床。我国经济型数控车床的研究、生产和推广工作也取得了较大的进展，它必将对我国各行业的技术改造起到了积极的推广作用。目前，在数控技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在缩小。随着工厂、企业技术改造的深入开展，各行各业对数控机床的需要量将会大幅度的增长，这将有力地促进数控机床的发展。毫无疑问，数控机床必然会在我国四化建设中发挥越来越大的作用 2。选题的背景和意义数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。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。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 3。我国数控车床从 20世纪 70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段 4。针对上述数控车床发展背景，作为一名机械工程及自动化专业的学生而言，对研究数控机床的控制系统是十分必要的。通过学生系统地对数控车床的控制系统进行集成设计，使学生能够综合利用大学四年所学的专业知识，完成数控车床的控制系统的集成设计，充分掌握数控车床控制系统的总体设计、数控系统的驱动单元设计、数控系统的电路设计、操作面板的设计以及出接口电路的设计以及其他标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计，为即将走向工作岗位奠定一个坚实的基础。进入社会后，为我国数控系统的研发做出贡献，使我国的数控技术进入世界先进之列。本科毕业设计说明书（论文）第 4 页共 29 页数控技术现状和发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业 (车、轻工、医疗等 )的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。（ 1）高速、高精密化高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到 10000r/上。直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙 (包括反向间隙 )，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的10m/20m/高到 60m/80m/至高达 120m/。（ 2）高可靠性数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。（ 3）数控车床设计构设计模块化随着计算机应用的普及及软件技术的发展，术得到了广泛发展。重要的是可以进行设计方案选择和大件整本科毕业设计说明书（论文）第 5 页共 29 页机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期 6。（ 4）功能复合化功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的控车铣复合中心，该机床同时具有 X、 Z 轴以及 C 轴和 Y 轴。通过 C 轴和 Y 轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率 7。（ 5）智能化、网络化、柔性化和集成化 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。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 (面 (工段车间独立制造岛、体 (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、实本科毕业设计说明书（论文）第 6 页共 29 页用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。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 8。本课题的主要任务与解决方法主要研究任务（ 1）数控车床控制系统的总体设计；（ 2）数控车床控制系统驱动单元的设计；（ 3）数控系统的电路设计；（ 4）操作面板的设计与（ 5）其他标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计。本设计采用的手段（ 1）通过老师的指导；（ 2）在学校图书馆查阅相关资料；（ 3）通过浏览因特网上的相关资料；（ 4）通过对相关资料和数据的理论计算和分析；（ 5）采用行绘制电路图；（ 6）采用行绘制总体框图。本科毕业设计说明书（论文）第 7 页共 29 页 2 式数控车床控制系统设计方案的拟定式车床的传动系统总体结构如图 1所示：这是机床传动系统的总体结构，图中主轴电机通过皮带轮 1、 2，将转矩传至齿轮轴，再通过齿轮的啮合作用，将转矩传递给主轴，从而实现主轴的转动。、 4将转矩传递至丝杠螺母副，通过丝杠螺母副将转矩转换成工作台的直线运动即 X 方向的往返直线运动。 Z 方向： Z 伺服电机通过丝杠螺母副将电机的旋转运动转换成工作台的 Z 方向的往返直线运动。图 1 数控车床传动系统图研究对象及控制要求此次设计对象为用的是 i 控制要求主要是针对主轴、 Z 轴而言。对主轴的控制要求（ 1）在很宽的范围内速度连续可调，并在每一速度下均能提供足够的切削力；（ 2）主轴的位置可控，具有准停功能，以便准确换刀。对 X 轴、 Z 轴的控制要求（ 1）在 X、 Z 方向正反能快速移动，并且有较高的精度；（ 2）能实现总体方案的设计本科毕业设计说明书（论文）第 8 页共 29 页控车床控制系统的设计数控系统是由硬件和软件两部分组成。硬件是组成系统的基础，有了硬件，软件才能有效地运行，如：电机驱动等。软件是就是进行插补，译码，运算的载体。数控车床控制系统研究内容：（ 1）数控车床控制系统的总体设计；（ 2）标准件（电机、接触器、断路器等）的选型设计；（ 3）数控车床控制系统驱动单元的设计；（ 4）操作面板的设计与（ 5）数控系统的电路设计。总体方案结构框图如图 2所示，控制器是其中最核心的部分，它相当于人类的大脑，所有的译码，运算以及脉冲的发出、接收等等动作都是依靠它来进行的，数控车床的控制器是采用日本 i 列控制器，所以这部分不用进行设计直接选型购买即可；图 1中上方与控制器相连的是盘，过它人们可以了解机床的工作状态、工作情况等等，机床也可以用自身带有的自动检测功能通过它来与人交流，这可以被认为是机床的输出的一部分，而与之相对的输入部分的功能则是由们可以通过它来进行程序的输入，程序的修改，参数的输入与修改等等操作；图 1 最左边与机床相连的是外设部分，这部分是为了考虑到机床的扩展功能而设置的，这使机床能最大限度的发挥其作用；控制器的左边部分是由轴单元、主轴电机、主轴编码器构成。这部分是关系机床加工精度能否保证最关键的部分，也是机床最主要的执行部分。控制器通过编写的程序进行译码、运算，然后向伺服单元发出脉冲，这时的信号的强度是很微弱的，是不能直接驱动电机，通过伺服单元将信号的强度放大，然后去驱动电机进行工作，通过丝杠螺母副将电机的转动，转为工作台的往返的直线运动，无论是 X 轴、还是 Z 轴大概的工作过程都是这样。 X 轴、 Z 轴伺服电机上都装有编码器，编码器可以根据进给情况，向控制器发出信号，决定控制器是否继续发出脉冲，发多少脉冲，这就是构成了伺服反馈系统，由于编码器是装在电机上的，所以是半闭环反馈系统，机床的精度很大程度是由反馈系统的精度决定的，电机的旋转精度也是影响机床精度的重要因素之一。控制器控制主轴也是通过上述过程来控制的，与上面的区别就是只控制转动比如急停，变速等，不要转换为直线运动；本科毕业设计说明书（论文）第 9 页共 29 页控制器下面连接的是 I/是控制器与机床其它部分连接的通道，只有通过它，控制器才能与其它部分连接起来，比如通过 I/过它可以锁存数据等作用； I/O 单元的下面就三大部分就是要和控制相连的部分，有机床操作面板、控制及动作检测元件（开关、按钮等）、机床控制电路。机床操作面板就是通过控制器来实现机床跟部分的运动，比如主轴转动，冷却液的开与停等。控制及动作检测元件其实就是一些开关和按钮实现一些动作的开与停，比如循环启动按钮就是启动机床时所用的。机床控制电路是实现机床逻辑动作所必须的，比如刀台的正反转，主轴正反转等。与机床控制电路相连的是电源和执行部件部分，电源是提供电的，执行部分就是具体的动作的部分，控制电路就是用来实现执行部分逻辑动作。图 2 总体方案框图电机的选型主轴电机的选型电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以便购置。选择本科毕业设计说明书（论文）第 10 页共 29 页电动机包括确定类型、结构、容量和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。（ 1）选择电动机类型和结构型式电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。生产单位一般采用三相交流电源，因此，如无特殊要求都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。根据电源种类，工作条件（温度、环境、空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况），启动性能和起动、制动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求，选择三相交流异步笼型电动机 9。（ 2）选择电动机的容量电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不能满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。运行状态有三类，即长期连续运行、短时运行和重复短时运行。变载下长期运行的电动机、短时运行的电动机（工作时间短、停歇时间长）和重复短时运行的电动机（工作时间和停歇时间都不长）的容量要按等效功率法计算并校验过载能力和启动转矩。此次设计为设计不变（或变化很小）载荷下长期连续运行的机械，只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的电动机工作功率电动机在工作时就不会过热，通常不必校验发热和起动力矩。电动机所需的工作功率为： (1) 其中： 9550 (2) 将（ 2）式带入（ 1）式得： 9550 (3) 已知主轴转速 2000n r/轴的工作主力矩 21T N M，数控车床在室内常温下长期连续工作，电源为三相交流，电压为 380V。由机床的传动系统可知：由电本科毕业设计说明书（论文）第 11 页共 29 页机至运输带的传动总效率为： 23421 a（ 4）式中 1 、 2 、3分别为带传动、轴承、齿轮传动的效率。查书可知 1 = 2 =3=入（ 4）式中： 4 a 再带入（ 3）式得： 0 20 0021 W 所以选取电动机的功率为于传动比有一定的范围，所以选取电机的转速为 1500r/上所述选取电机的型号为 Z 轴伺服电机的选型电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以便购置。选择电动机包括确定类型、结构、容量和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。（ 1）选择电动机类型和结构型式电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。生产单位一般采用三相交流电源，因此，如无特殊要求都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。根据电源种类，工作条件（温度、环境、空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况），启动性能和起动、制动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求，选择三相交流异步笼型电动机。（ 2）选择电动机的容量电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不能满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。运行状态有三类，即长期连续运行、短时运行和重复短时运行。变载下长期运行的电动机、短时运行的电动机（工作时间短、停歇时间长）和重复短时运行的电动机（工作时间和停歇时间都不长）的容量要按等效功率法计算并校验过载能力和启动转矩。此次设计为设计不变（或变化很本科毕业设计说明书（论文）第 12 页共 29 页小）载荷下长期连续运行的机械，只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的电动机工作功率电动机在工作时就不会过热，通常不必校验发热和起动力矩。电动机所需的工作功率为： (5) 其中： 1000 (6) 将式（ 6）带入式（ 5）得： 1000 （ 7）已知工作台的移动速度 4V m/s， F =45000N，数控车床在室内常温下长期连续工作，电源为三相交流，电压为 380V。由机床的传动系统可知：由电机至工作台的传动总效率为： 3221 a(8) 式中 1 、 2 、3分别为联轴器、轴承、滚珠丝杠的传动效率，分别为：入（ 8）式中： a =带入（ 7）式中：上所述 06 X 轴伺服电机的选型电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以便购置。选择电动机包括确定类型、结构、容量和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。（ 1）选择电动机类型和结构型式电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。生产单位一般采用三相交流电源，因此，如无特殊要求都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。根据电源种类，工作条件（温度、环境、本科毕业设计说明书（论文）第 13 页共 29 页空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况），启动性能和起动、制动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求，选择三相交流异步笼型电动机。（ 2）选择电动机的容量电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用，由于经常不能满载运行，效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。运行状态有三类，即长期连续运行、短时运行和重复短时运行。变载下长期运行的电动机、短时运行的电动机（工作时间短、停歇时间长）和重复短时运行的电动机（工作时间和停歇时间都不长）的容量要按等效功率法计算并校验过载能力和启动转矩。此次设计为设计不变（或变化很小）载荷下长期连续运行的机械，只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的电动机工作功率电动机在工作时就不会过热，通常不必校验发热和起动力矩。电动机所需的工作功率为：（ 9）其中： 1000 （ 10）将（ 10）式带入（ 11）式得： 1000 （ 11）已知工作台的移动速度 4V m/s， F =43000N，数控车床在室内常温下长期连续工作，电源为三相交流，电压为 380V。由机床的传动系统可知：由电机至工作台的传动总效率为： 32221 a（ 12）式中 1 、 2 、3分别为齿轮、轴承、滚珠丝杠的传动效率，分别为：带入（ 12）式中： 2 a 本科毕业设计说明书（论文）第 14 页共 29 页再带入（ 11）式中：上所述 06 接触器的选型接触器是一种自动化的控制电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流电路，具有控制容量大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路，其主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。接触器按被控电流的种类可分为交流接触器和直流接触器。这里主要介绍常用的交流接触器。交流接触器又可分为电磁式和真空式两种 10。我们选用接触器是为了对电机进行控制，所以我们选用交流，电磁式接触器。接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压应与被控设备的额定电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、操作频率、工作寿命、安装方式及尺寸以及经济性等是选择的依据。由于我们选用的交流接触器是为了对主轴电机，刀台电机，冷却泵电机，风扇电机进行点动，正反转等控制，所以我们应该按照笼型感应电动机 4使用类别选用接触器的选用（当电动机处于点动或需反向运转、反接制动时，负载与 3不同，其接通电流为 6 4使用类别）。由于被控制电机的额定电压均为 380V 所以接触器的接通电压也选用 380V。上述四个电机中额定电流最大为以我们选用的接触器的接通电流应该大于 6大于上所述我们选用断路器的选型低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，因此获得了广泛的应用 11。断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将 3上的称为高压电器。本科毕业设计说明书（论文）第 15 页共 29 页关于选型方法的分析断路器一般具有两个反映断路器短路分断能力的参数：其一是额定极限短路分断能力（以下简称极限分断能力）试验顺序是 t 表示时间间隔，一般为 3在按规定的试验顺序动作后，不考虑断路器继续承载它的额定电流；其二是额定运行短路分断能力（以下简称运行分断能力）试验操作顺序是按规定的试验顺序动作后，需考虑断路器继续承载它的额定电流 12。断路器设计选型中应采用哪一个参数，规范中没有明确的规定，各种手册也没有明确的说法。大多数手册指出：断路器的额定短路通断能力等于或大于线路中可能出现的最大短路电流，一般按有效值计算。具体是极限分断能力还是运行分断能力没有说明。只有个别手册指明采用极限分断能力，但是我认为，对于低压进线断路器应采用运行分断能力，理由如下：（ 1）从可靠性方面考虑采用运行分断能力选择断路器，在断路器开短路电流后，还可以保证断路器承受它的额定电流，减少断路器出故障的可能性，从而可以提高断路器运行的可靠性。（ 2）从可行性方面考虑对于新型断路器，运行分断能力一般都较大，都能满足短路电流的要求。对于老型断路器只需要提高断路器的壳架电流等级，这样就能满足分断能力的要求。（ 3）从经济性方面考虑对于老型断路器，按运行分断能力选择，一般需提高断路器的壳架电流等级，以满足分断能力的要求；对于新型断路器，虽然其运行分断能力较高，一般不需为满足分断能力的要求而提高断路器壳架电流等级，但是其价格比同电流等级的老型断路器高。所以按运行分断能力选择断路器，一般投资会有所增加。但是，由于低进线断路器所需数量较少，其引起的投资增加在整个工程投资中所占比例很小，而且它的重要性又较高，它的故障或误动都将造成较大面积的停电，给生产和生活带来不便，甚至造成较大经济损失。所以，为低压进线断路器的可靠运行增加一点投资，在经济上是合理的。另外，新型断路器取代老型断路器是一种必然趋势。当它完全取代老型断路器后，按运行分断能力选择断路器，将不再存在投资增加问题。到那时，按运行分断能力选择断路器将成为一种必然的选择 13。本科毕业设计说明书（论文）第 16 页共 29 页综上所述，我们采用按运行分断能力选择断路器的方法选用断路器。断路器的选型（ 1）断路器的结构选择低压断路器按结构型式分，可分为塑壳式和框架式两大类。作为进线开关，一般选择框架式断路器，但是框架式断路器有体积大、价格高、接触防护较差等弱点，所以作为进线断路器，它并不是最佳选择。塑壳式断路器有体积小，安装紧凑、外形美观、价格低、接触防护好等特点，以往它没有成为进线开关的首选，主要受到其容量小，短路分断能力低，选择性和短时耐受能力差这几方面因素的限制，但是随着技术的发展和新产品的推出，这些问题已经获得了不同程度的改进。（ 2）容量问题对于老式塑壳式断路器，其最大容量一般是 600A 左右，这样的容量，作为进线开关是显得太小了。但是现在的新型壳式断路器，其容量已经有了大幅度的提高，例如 250A， 000A，有的产品甚至高达 3000A。所以对于新型断路器，其容量对于大型变压器尚显得不足，但是对中小型变压器，已经完全可以胜任了。（ 3）分断能力问题近年来，我国生产的断路器，不论是框架式，还是塑壳式，其短路分断能力都有了大幅度提高。就塑壳式而言，其分断能力提高的幅度非常惊人。例如以往是最常用的断路器，其最大短路分断能力的峰值也仅仅达到 40新型断路器的运行分断能力有效值都已经达到了很高水平。从表 1就可以看出， 5种型号的极限分断能力有效值均可高达到 100以就分断能力而言，塑壳式断路器完全可以胜任作为低压进线断路器的要求 14。由于机床上的变压器属于中小型变压器，而且是安装在机床里面，所以要求断路器有体积小，安装紧凑、接触防护好等特点，故选用塑壳式断路器。（ 4）型号的选择由于断路器 2 与电机相连，所以它的额定电流要大于电机的额定电流，而电机的额定电流为以断路器选择 16A，结合前面的结构选择，最终确定短路器 2 选用 6A 的短路器。进线短路器由于我们是针对中小型变压器，容量也要求不本科毕业设计说明书（论文）第 17 页共 29 页高，就选择 34型短路器，其额定电流为 100A，脱扣电压为 110V。短路器3由电源电路图所只，起电流只要大于可，为保险所以选择 0 伺服放大器的选型伺服放大器的作用驱动电机的信号需要有一定的强度，而控制输出的信号很微弱，这就需要有将信号放大的器件，伺服放大器就是用来将控制器的输出信号放大从而驱动电机，使其在控制器的控制之下工作。伺服放大器的选型伺服放大器的选型，只要伺服放大器的电压与电机的电压相同，并且允许通过的最大电流大于等于电机的额定电流就行，根据上述条件伺服单元选择司本科毕业设计说明书（论文）第 18 页共 29 页 3 控制面板的设计控制面板总体框图图 3 控制面板总体框图控制面板框图及各部分的作用幕是用来显示各种参数、程序、坐标等数据，是人机结合的通道。屏幕旁边的 4行 6列是编程时所要用的一些数字、字母键和符号键，主要用来编程和参数的本科毕业设计说明书（论文）第 19 页共 29 页输入等。屏幕下的五个键被称为软键，它们对应屏幕相应位置所示的功能，它们在不同的界面下具有不同的功能。在这五个键的旁边的两个键分别是向左选、向右选的功能。下面就是一些功能键作用的介绍：（ 1）按下功能键（ a）在工件坐标系中的位置显示；（ b）在相对坐标系中的位置显示；（ c）综合位置的显示；（ d）预置工件坐标系；（ e）实际进给速度显示；（ f）运行时间

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