【超星雕刻机】系列详解-数控机床电主轴分类及变频调速的三种控制方式

【超星雕刻机】系列详解-数控机床电主轴分类及变频调速的三种控制方式
【超星雕刻机】系列详解-数控机床电主轴分类及变频调速的三种控制方式

数控机床电主轴分类及变频调速的三种控制方式

一般地,主轴包括三种:机械主轴、异步电主轴和同步电主轴。

机械主轴就是用皮带连接在机器上。

电主轴是数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术,它与直线电机技术、高速刀具技术一起,将高速加工推向一个新时代。

在数控机床中,电主轴通常采用变频调速方法。目前主要有普通变频驱动和控制、矢量控制驱动器的驱动和控制以及直接转矩控制三种控制方式。

1、普通变频为标量驱动和控制,其驱动控制特性为恒转矩驱动,输出功率和转速成正比。普通变频控制的动态性能不够理想,在低速时控制性能不佳,输出功率不够稳定,也不具备C轴功能。但价格便宜、结构简单,一般用于磨床和普通的高速铣床等。

2、矢量控制技术模仿直流电动机的控制,以转子磁场定向,用矢量变换的方法来实现驱动和控制,具有良好的动态性能。矢量控制驱动器在刚启动时具有很大的转矩值,加之电主轴本身结构简单,惯性很

小,故启动加速度大,可以实现启动后瞬时达到允许极限速度。这种驱动器又有开环和闭环两种,后者可以实现位置和速度的反馈,不仅具有更好的动态性能,还可以实现C轴功能;而前者动态性能稍差,也不具备C轴功能,但价格较为便宜。

3、直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流调速技术,其控制思想新颖,系统结构简洁明了,更适合于高速电主轴的驱动,更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求,已成为交流传动领域的一个热点技术。

通过上述不难看出,不同的电主轴稳定性能是不同的,所以在购买数控雕刻机设备时,参照自己的实际加工以及加工工艺选择合适的电主轴,在满足需求的基础上选择合适的才是最好的。

数控机床控制系统

习题1-2 数控机床控制系统 一. 判断下列说法的对错,并将错的地方改正。 1. ( )主轴(spindle )转速控制,刀具(tool )自动交换控制属于数控系统的辅助功能。 2. ( )数控系统的主要功能是控制运动坐标的位移及速度。 3. ( )轮廓控制数控系统控制的轨迹一般为与某一坐标轴(axis)相平行的直线。 4. ( )直线控制数控系统可控制任意斜率的直线轨迹。 5. ( )开环控制数控系统无反馈(feedback )回路。 6. ( )配置SINUMERIK 802S 数控系统的数控机床采用步进电动机作为驱动元件。 7. ( )闭环控制数控系统的控制精度(accuracy)高于开环控制数控系统的控制精度。 8. ( )全闭环控制数控系统不仅具有稳定的控制特性,而且控制精度高。 9. ( )半闭环控制数控机床安装有直线位移检测装置。 10. ( )机床工作台(table )的移动是由数控装置发出位置控制命令和速度控制命令而实现的。 11. ( )刀具(tool )按程序正确移动是按照数控装置发出的开关命令实现的。 12. ( )机床主轴(spindle )的起动与停止是根据CNC 发出的开关命令,由PLC 完成 的。 13. ( )CNC 中位置调节器是用模拟调节器。 14. ( )在双环进给轴控制器中,转速调节器的输入是位置调节器的输出。 15. ( )穿孔纸带(tape )是控制介质的一种。 16. ( )软盘属于输出装置。 17. ( )M 功能指令被传送至PLC-CPU ,用PLC 程序来实现M 功能。 图1-2-1 数控机床控制方式

18.()数控加工程序中有关机床电器的逻辑控制及其他一些开关信号的处理是用PLC 控制程序来实现的,一般用C语言编写。 19. ()HAAS立式加工中心的自动换刀动作是这样完成的:换刀指令经CNC-CPU译码后,由轴控制器(axis controller)控制完成。 20. ()HAAS立式加工中心(vertical machining center)共有三个坐标轴,其控制主要由PLC完成。 21. ()CNC machines generally read and execute the program directly from punched tapes. 22. ()CNC对加工程序解释时,将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能。刀具(tool)的选择和交换即属于开关功能。 23. ()位置调节器的命令值就是插补器发出的运动序列信号。 24. ()目前的闭环伺服系统都能达到0.001μm的分辨率。 25. ()经济型数控机床一般采用半闭环系统。 26. ()数控机床一般采用PLC作为辅助控制装置。 27. ()半闭环和全闭环位置反馈系统的根本差别在于位置传感器安装的位置不同,半闭环的位置传感器安装在工作台上,全闭环的位置传感器安装在电机的轴上。 28.()只有半闭环系统需要进行螺距误差补偿,而全闭环系统则不需要。 29.()数控机床的数控系统主要由计算机数控装置和伺服系统等部分组成。 二. 填充,以完成下列各表述。 1.只有在位置偏差(跟随误差)为时,工作台才停止在要求的位置上。 2.半闭环控制中,CNC精确控制电动机的旋转角度,然后通过传动 机构,将角度转换成工作台的直线位移。 3.开环伺服系统主要特征是系统内没有装置,通常使用为伺服执行机构。 4.辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的指令信号,主要控制装置是。 5.数控机床控制系统包括了、、、、、。 6. 进给伺服系统是以为控制量的自动控制系统,它根据数控装置插补运算生成的,精确地变换为机床移动部件的位移,直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。 7. 闭环和半闭环控制是基于原理工作的。 8. 数控机床的基本组成包括、、、、、以及机床本体。 图1-2-2 HAAS立式加工中心

(完整版)数控车床主轴设计

绪论 随着市场上产品更新换代的加快和对零件精度提出更高的要求,传统机床已不能满足要求。数控机床由于众多的优点已成为现代机床发展的主流方向。它的发展代表了一个国家设计、制造的水平,在国内外都受到高度重视。 现代数控机床是信息集成和系统自动化的基础设备,它集高效率、高精度、高柔性于一身,具有加工精度高、生产效率高、自动化程度高、对加工对象的适应强等优点。实现加工机床及生产过程的数控化,已经成为当今制造业的发展方向。可以说,机械制造竞争的实质就是数控技术的竞争。 本课题的目的和意义在于通过设计中运用所学的基础课、技术基础课和专业课的理论知识,生产实习和实验等实践知识,达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计分析比较机床的某些典型机构,进行选择和改进,学习构造设计,进行设计、计算和编写技术文件,达到学习设计步骤和方法的目的。通过设计学习查阅有关设计手册、设计标准和资料,达到积累设计知识和提高设计能力的目的。通过设计获得设计工作的基本技能的训练,提高分析和解决工程技术问题的能力,并为进行一般机械的设计创造一定的条件。

一、设计题目及参数 1.1 题目 本设计的题目是数控车床的主轴组件的设计。它主要由主轴箱,主轴,电动机,主轴脉冲发生器等组成。我主要设计的是主轴部分。 主轴是加工中心的关键部位,其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响,因此,在设计的过程中要多加注意。主轴前后的受力不同,故要选用不同的轴承。 1.2参数 床身回转空间400mm 尾架顶尖与主轴端面距离1000mm 主轴卡盘外径Φ200mm 最大加工直径Φ600mm 棒料作业能力50~63mm 主轴前轴承内和110~130mm 最大扭矩480N·m 二、主轴的要求及结构 2.1主轴的要求 2.1.1旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后,在无载荷,低转速的条件下,主轴前端工件或刀具部位的径向跳动和轴向跳动。 主轴组件的旋转精度主要取决于各主要件,如主轴、轴承、箱体孔的的制造,装配和调整精度。还决定于主轴转速,支撑的设计和性能,润滑剂及主轴组件的平衡。 通用(包括数控)机床的旋转精度已有标准规定可循。 2.1.2 静刚度 主轴组件的静刚度(简称刚度)反映组件抵抗静态外载荷变形的能力。影响主轴组件弯曲刚度的因素很多,如主轴的尺寸和形状,滚动轴承的型号,数量,配置形式和预紧,前后支撑的距离和主轴前端的悬伸量,传动件的布置方式,主轴组件的制造和装配质量等。 各类机床主轴组件的刚度目前尚无统一的标准。 2.1.3抗振性 主轴组件工作时产生震动会降低工件的表面质量和刀具耐用度,缩短主轴轴承寿命,还会产生噪声影响环境。 振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。

数控机床用主轴伺服系统

数控机床用主轴伺服系统 数控机床的主轴系统和进给系统有很大的差别。根据机床主传动的工作特点,早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。随着技术的不断发展,机床结构有了很大的改进,从而对主轴系统提出了新的要求,而且因用途而异。在数控机床中,数控车床占42%,数控钻镗铣床占33%,数控磨床、冲床占23%,其他只占2%。为了满足量大面广的前两类数控机床的需要,对主轴传动提出了下述要求:主传动电动机应有2.2~250kW的功率范围;要有大的无级调速范围,如能在1:100~1000范围内进行恒转矩调速和1:10的恒功率调速;要求主传动有四象限的驱动能力;为了满足螺纹车削,要求主轴能与进给实行同步控制;在加工中心上为了自动换刀,要求主轴能进行高精度定向停位控制,甚至要求主轴具有角度分度控制功能等等。 主轴传动和进给传动一样,经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动,而随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展,现在又进入了交流主轴伺服系统的时代,目前已很少见到在数控机床上有使用直流主轴伺服系统了。但是国内生产的交流主轴伺服系统的产品尚很少见,大多采用进口产品。 交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结 构形式,而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。而交流主轴电动机的情况则不同,交流主轴电动机均采用异步电动机的结构形式,这是因为,一方面受永磁体的限制,当电动机容量做得很大时,

电动机成本会很高,对数控机床来讲无法接受采用;另一方面,数控机床的主轴传动系统不必像进给伺服系统那样要求如此高的性能,采用成本低的异步电动机进行矢量闭环控制,完全可满足数控机床主轴的要求。但对交流主轴电动机性能要求又与普通异步电动机不同,要求交流主轴电动机的输出特性曲线(输出功率与转速关系)是在基本速度以下时为恒转矩区域,而在基本速度以上时为恒功率区域。 交流主轴控制单元与进给系统一样,也有模拟式和数字式两种,现在所见到的国外交流主轴控制单元大多都是数字式的。 它们的工作过程简述如下:由数控系统来的速度指令(如10V时相当于6000r/min或4500r/min)在比较器中与检测器的信号相与之后,经比例积分回路3将速度误差信号放大作为转矩指令电压输出,再经绝对值回路4使转矩指令电压永远为正。然后经函数发生器6(它的作用是当电动机低速时提高转矩指令电压),送到V/F变换器7,变成误差脉冲(如10V相当于200kHz)。该误差脉冲送到微处理器8并与四倍回路17送来的速度反馈脉冲进行运算。在此同时,交预先写在微处理器部件中的ROM中的信息读出,分别送出振幅和相位信号,送到DA强励磁9和DA振幅器10。DA强励磁回路用于控制增加定子电流的振幅,而DA振幅器用于产生与转矩指令相对应的电动机定子电流的振幅。它们的输出值经乘法器11之后形成定子电流的振幅,送给U相和V相的电流指令回路12。另一方面,从微处理器输出的U、V两相的相位(即sinθ和sin(θ-120°))也被送到U相和V相的电流指令回路12,它实际上也是一个乘法器,通过它形成

数控机床控制技术与系统

数控机床控制技术与系统(期末复习) 1、 名词解释 数控:即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。 数控系统:能按照零件加工程序的数值信息指令进行控制,使机床完成工作运动并加工零件的一种控制系统。 2、数控加工程序按两类控制量分别输出:连续控制量(送往伺服系统)、离散的开关控制量(送往机床强电控制系统) 3、MDI 工作方式的三种功能:编程、PLC 参数修改、CNC 参数修改。 4、CNC 在机床工作时的作用:译码、插补、位置检测 PLC 的 作用:剩下的都是PLC 的,例如:工件夹紧、工作台转动等 编码器 1、 根据位置检测装置的安装形式和测量方式分为:直接测量和间接测量、 2、 按编码方式分为:绝对式测量和增量式测量,绝对式无需返参,直接测量。增量式开 机之后需要返参。 3、 位置测量装置分为:直线式、旋转式 4、 绝对式编码器按内部结构和测量方式分为接触式、光电式、电磁式 5、 码盘的分辨角:n 2 360?=α,分辨率=n 21。n —码盘的码道圈数。n 越大。分辨角越小,测量精度越高。 6、 编码器各部分的名称:P18 7、 光栅工作原理:是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。当指示光栅与主光栅发生相对 位移,会形成莫尔条纹。其方向与光栅线纹方向大致垂直。两条莫尔条纹之间的距离为纹距W , 若栅距为ω,则有θ ω=w ,当工作台移动一个栅距,莫尔条纹就向上或向下移动一个纹距,莫尔条纹由光敏元件接受,从而产生电信号电信号经读数头中的电子线路板处理后。输出脉冲信号。 8、 光栅莫尔条纹纹距θ ω=W ,ω—栅距,θ—两条线纹之间的倾斜夹角。 9、 PLC 的接线图 10、 PMC 指令(考试可能会用到):应用数据检索功能指令(DSCH )、符合功能检查指令 (COIN )、后传输指令(MOVE )、译码指令(DEC ) 11、 给出电路图,表述工作原理 12、 直流电动机 ⑴ 正反馈(自己找) ⑵ 晶闸管小结:晶体闸流管的简称,又可称做可控硅整流器,最基本的用途就是可控整流,晶闸管导通的条件:1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后,控制极便失去作用。 依靠正反馈,晶闸管仍可维持导通状态。 晶闸管关断的条件:1.将阳极电压(电流)减小或断开,直到正反馈效应不能维持。 2.在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。 ⑶ 感阻性(自己找) ⑷ 降压斩波电路 升压斩波电路

数控机床主轴箱设计

第一章概述 1.1设计目的 (2) 1.2主轴箱的概述 (2) 第2章主传动的设计 (2) 2.1驱动源的选择 (2) 2.2转速图的拟定 (2) 2.3传动轴的估算 (4) 2.4齿轮模数的估算 (3) 2.5V带的选择 (4) 第3章主轴箱展开图的设计 (7) 3.1各零件结构尺寸的设计 (7) 3.1.1 设计内容和步骤 (7) 3.1.2有关零件结构和尺寸的设计 (7) 3.1.3各轴结构的设计 (9) 3.1.4主轴组件的刚度和刚度损失的计算 (10) 3.1.5轴承的校核 (13) 3.2装配图的设计的概述 (13) 总结 (19) 参考文献 (20)

第一章概述 1-1设计目的 数控机床的课程设计,是在数控机床设计课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过数控机床伺服进给系统的结构设计,使我们在拟定进给传动及变速等的结构方案过程中得到设计构思、方案分析、结构工艺性、CAD制图、设计计算、编写技术文件、查阅技术资料等方面的综合训练,建立正确的设计思想,掌握基本的设计方法,培养我们初步的结构设计和计算能力。 1-2 主轴箱的概述 主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它与普通车床的主轴箱比较,相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统,它主要是用以扩大电动机无级调速的范围,以满足一定恒功率、和转速的问题。 第二章2主传动设计 2-1驱动源的选择 机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机,直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的,属于恒功率,从额定转速nd向下至最低转速nmin时调节电枢电压的方法来调速的属于恒转矩;交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小,转动惯量小,动态响应快,没有电刷,能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高,磨损和故障也少,所以在中小功率领域,交流调速电动机占有较大的优势,鉴于此,本设计选用交流调速电动机。 根据主轴要求的最高转速4000r/min,最大切削功率5kw,选择北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机,最高转速是4500r/min。 2-2 转速图的拟定 根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围Rdp=nmax/nd=3 而主轴要求的恒功率转速范围Rnp=3,远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率

数控机床主轴部件结构

数控机床主轴部件结构 主轴部件是数控机床的核心部件,其运转精确度、耐磨性能、防震性能、机械强度等都会影响到工件加工的质量,再加上操作过程中还会有环境的影响以及人为因素的影响,工件加工的质量就更难得到保证。所以要从可控的方面着手,将一切可控因素都调整到位,比如数控机床的主轴结构设计以及主轴结构的日常维护等。 目前所使用的数控机床类型主要包括数控车床、数控铣床以及工件加工中心。 1.数控车床主轴部件结构特点 (1)主轴的主体结构是一个空心阶梯轴。 (2)主轴的前面部分主要由法兰盘和专门的卡盘结构组成。 (3)主轴的后面部分放置回转油缸。 (4)主轴空心部分用于设置油缸的活塞杆。 (5)车床的传动装置主要有齿轮传动、传送带传送以及齿轮-传送带组合传动等方式。 (6)驱动器主要作用是连接电动机,驱动数控车床的运转。 (7)光电脉冲编码器,用于测量主轴的转动速度,并

及时反馈信息至数控系统。 (8)回转油缸的主要作用是通过调整液压来控制卡盘装置与法兰盘的结合与分离。 2.数控铣床主轴部件结构特点 (1)同数控车床一样,主轴的中心是空心的。 (2)主轴的前面部分是一个比例为7:24的锥型孔洞,并且在端面上设有一对专门的主轴转矩检测装置将主轴转矩数据传输给铣刀。 (3)主轴的后面部分设有液压缸装置用于放松铣刀。 (4)主轴中间的空心部分用于弹簧的安装、以及铣刀固定刀爪的安装等。 (5)主轴的传动装置主要是齿轮传动,而且是变速传动。 (6)电气结构与数控车床相似,驱动器用于连接电动机,驱动数控铣床的运转;光电脉冲编码器,用于测量主轴的转动速度,并及时反馈信息至数控系统;液压缸的主要作用是通过调整液压来控制回路。 3.工件加工中心主轴部件结构特点 工件加工中心主轴部件的大致结构与数控铣床相类似,唯一不同的地方在于工件加工中心自带刀库和自动换刀的装置,自动化程度相对较高,在控制结构上与数控铣刀会有所不同,具体表现在:

数控机床主轴总体设计

目录 1. 绪论 (2) 2. 数控机床主轴总体设计 (3) 2.1数控机床的加工原理 (3) 2.2机床主传动系统设计 (3) 2.2.1机床主传动功率 (3) 2.2.2 主传动的调速围 (4) 2.2.3主传动系统设计要求 (4) 2.2.4 主传动系统电机选择 (6) 2.2.5 主传动分级变速设计 (6) 3. 主轴设计 (8) 3.1 主轴材料的选择及热处理 (8) 3.2 主轴尺寸确定 (8) 3.2.1 主轴前后颈及孔尺寸确定 (8) 3.2.2 主轴部件支承结构选择 (8) 3.3主轴组件设计 (9) 3.3.1主轴组件的性能要求 (9) 3.3.2 主轴轴承的选择……………………………………………………… 10 3.3.3 主轴轴承的预紧及润滑……………………………………………… 11 3.3.4 主轴上齿轮参数确定及键的选择…………………………………… 12 3.3.5 主轴部件结构图……………………………………………………… 13 4. 主轴验算 (14) 4.1 确定弯曲变形的验算条件 (14) 4.1.1刚度标准 (14) 4.1.2主轴的载荷 (15) 4.2三支承主轴刚度验算………………………………………………………

17 5. 设计总结 (19) 6. 参考文献 (20) 1 绪论 在现代制造技术中,数控机床已经用它所显示的效益和巨大潜力,引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展现代数控机床是当前机械制造业技术改造,技术更新的必由之路,是未来工厂自动化的基础。 数控机床主轴及其部件作为数控机床主要部件的一部分,在数控机床中占据着重要的地位,主轴系统的精度将直接影响到数控加工产品的精度,因此在数控机床设计中当十分注意主轴及其部件的设计。 此次课程设计,主要针对数控车床主传动系统和主轴组件设计,学习和了解数控机床主轴设计的基本思路,理解数控车床主传动系统的传动原理,以及主轴组件选用和数控主轴结构的构成。并熟悉数控机床主轴设计相关计算,了解数控机床设计中的一些验算公式,并对关键部件进行强度或者刚度验算。 通过此次课程设计,应当达到熟悉数控机床主轴系统设计的基本思路,熟练掌握主轴系统设计流程,绘制主轴系统结构装配图和部分零件图,了解设计过程中的必要计算及一些经验公式的运用,初步具备数控机床主轴设计能力。

西门子802S数控车床的变频主轴设计与调试

西门子802S数控车床变频主轴设计与调试 摘要 主轴运行的是否平稳直接影响数控车床加工的精度。通过对西门子802S数控车床主轴的研究、分析,从而掌握数控应用系统设计的一般方法。主轴控制系统由西门子802S数控系统、变频器和主轴电机组成,通过PLC控制主轴的正反转、CNC控制主轴的转速。 关键词:数控车床;主轴;西门子802S Designing Spindle Control System for a Siemens 802S CNC Lathe Abstract Whether or not the smooth running of the spindle directly affects the accuracy of CNC lathe.T o grasp the general design method of CNC application system, the Spindle control system of Siemens CNC Lathe was researched and analyzed, which had Siemens 802S CNC system, inverter and the spindle motor, where PLC controlling the direction, and CNC controlling the speed. Keywords: CNC Lathe;Spindle;Siemens 802S system

目录 引言 (2) 第一章数控系统的介绍 (3) 1.1 数控系统发展简史 (3) 1.1.1 数控NC阶段 (3) 1.1.2 计算机数控(CNC)阶段 (3) 1.2 数控技术未来发展方向 (4) 1.2.1 向开放式、基于PC的第六代方向发展 (4) 1.2.2 向高速化和高精度化发展 (4) 1.2.3 向智能化方向发展 (4) 第二章西门子802S数控车床系统 (6) 2.1 西门子802S的系统 (6) 2.2 人机界面 (7) 2.3 步进进给系统 (8) 2.4 主轴驱动系统 (8) 2.5 刀架控制系统 (9) 第三章西门子802S数控车床主轴的设计 (10) 3.1 设计方案 (10) 3.2 变频器MICROMASTER 420 (11) 3.2.1 变频器的选型 (11) 3.2.2 变频器的接口 (12) 3.2.3 变频器的主要参数设置 (12) 3.4 控制电路的设计 (12) 3.5 西门子802S的主轴参数调试 (13) 第四章 PLC程序设计 (15) 4.1 PLC控制流程图 (15) 4.2 PLC的I/O分配 (16) 4.3 PLC的部分参数设定 (18) 致谢............................................................ 错误!未定义书签。参考文献. (20) 附录1 PLC程序 (21) 附录2 电气原理图 (31)

数控车床主轴系统

模块一对主轴驱动系统的认识 任务一掌握主轴驱动系统各种故障排查方法。 1.主轴驱动系统概述 主轴驱动系统也叫主传动系统,是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度,配合进给运动,加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一,它的精度对零件的加工精度有较大的影响。 引言 主轴驱动系统控制数控车床的旋转运动,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,直流电动机已被逐渐淘汰,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,均采用笼型异步电动机。为了获取良好的主轴特性,设计中采用矢量变频控制的交流主轴电动机,矢量部分分无速度传感器和有速度传感器的两种方式,后者具有更高的速度控制精度,在数控车床中无速度传感器的矢量变频器已经符合控制要求,因此,本设计中采用无速度的矢量变频器。 知识目标: 1、了解主轴驱动系统的控制原理。 2、了解各种故障的产生原因。 能力目标: 1、能够对主轴驱动系统启动故障进行排除和处理。 2、熟练掌握变频器的使用方法。 一、相关知识 1、数控机床对主轴驱动系统的要求 机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。机床主轴的工作运动通常是旋转运动,不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。在20纪60-70年代,数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展,上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求: 1)调速范围宽并实现无极调速 为保证加工时选用合适的切削用量,以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。特别对于具有自动换刀功能的数控加工中心,为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求,对主轴的调速范围要求更高,要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速,并减少中间传动环节,简化主轴箱。

数控机床主传动系统及主轴设计.

新疆工程学院机械工程系毕业设计(论文)任务书 学生姓名专业班级机电一体化09-11(1)班设计(论文)题目数控机床主传动系统及主轴设计 接受任务日期2012年2月29日完成任务日期2012年4月9日指导教师指导教师单位机械工程系 设 计(论文)内容目标 培养学生综合应用所学的基本理论,基础知识和基本技能进行科学研究能力的初步训练;培养和提高学生分析问题,解决问题能力。通过毕业设计,使学生对学过的基础理论和专业知识进行一次全面地系统地回顾和总结。通过对具体题目的分析和设计,使理论与实践结合,巩固和发展所学理论知识,掌握正确的思维方法和基本技能。 设计(论文)要求 1.论文格式要正确。 2.题目要求:设计题目尽可能选择与生产、实验室建设等任务相结合的实际题目,完成一个真实的小型课题或大课题中的一个完整的部分。 3.设计要求学生整个课题由学生独立完成。 4.学生在写论文期间至少要和指导老师见面5次以上并且和指导教师随时联系,以便掌握最新论文的书写情况。 论文指导记录 2012年3月1号早上9:30-12:00在教室和XX老师确定题目。2012年3月6日早上10:00-12:00在教室确定论文大纲与大纲审核。2012年3月13日早上10:00-12:00在教室确定论文格式。 2012年3月20日早上9:30-12:00在教室对论文一次修改。 2012年3月27日早上9:30-12:00在教室对论文二次修改。 2012年4月6日早上9:30-12:30在教室对论文三次修改。 2012年4月9日早上9:30-12:00在教室老师对论文进行总评。 参考资料[1]成大先.机械设计手册-轴承[M].化学工业出版社 2004.1 [2]濮良贵纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社 2006.5 [3]李晓沛张琳娜赵凤霞. 简明公差标准应用手册[M].上海科学技术出版社 2005.5 [4]文怀兴夏田.数控机床设计实践指南[M].化学工业出版社 2008.1 [5][日]刚野修一(著). 杨晓辉白彦华(译) .机械公式应用手册[M].科学出版社 2004

数控机床控制系统组成doc

1.数控机床控制系统由哪几部分组成? 答:数控机床控制系统的基本组成包括输入/输出装置、数控装置、伺服驱动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置。 2. 进给伺服系统的作用是什么? 答:伺服驱动装置是数控机床的执行机构,是数控系统和机床本体之间的电气联系环节。伺服系统的作用就是将进给位移量等信息转换成机床的进给运动,数控系统要求伺服系统正确、快速地跟随进给控制信息,执行机械运动,驱动工作台向指定的位置运动。 3. 数控机床按被控对象运动轨迹分为哪几类? 答:1)点位控制的数控机床 点位控制数控机床的数控装置只要求能够精确地控制从一个坐标点到另一个坐标点的定位精度,而不管是按什么轨迹运动,在移动过程中不进行任何加工。 2)直线控制的数控机床 直线控制数控机床一般要在两点间移动的同时进行加工,所以不仅要求有准确的定位功能,还要求从一点到另一点之间按直线规律运动,而且对运动的速度也要进行控制。 3)轮廓控制的数控机床 轮廓控制又称连续控制,大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴,具有插补功能。它不仅控制起点和终点位置,而且要控制加工过程中每一点的位置和速度,加工出任意形状的曲线或曲面组成的复杂零件。 4. 试简述数控装置的组成。 答:目前的数控装置都是基于微型计算机的硬件和软件来实现其功能,所以称之为计算机数控(CNC)装置。它一方面具有一般微型计算机的基本结构,如中央处理单元(CPU)、总线、存储器、输入/输出接口等;另一方面又具有数控机床完成特有功能所需要的功能模块和接口单元,如手动数据输入(MDI)接口、PLC接口、纸带阅读机接口等。 CNC装置在上述硬件基础上必须编写相应的系统软件来指挥和协调硬件的 工作,两者缺一不可。CNC装置的软件由管理软件和控制软件两部分组成。 5. 数控装置硬件结构是如何分类的?

机械机床毕业设计16CA6150数控车床主轴箱及传动系统系统的设计业设计

毕业设计(论文)任务书 指导老师 课题名称CA6150车床主轴箱设计学生姓名 专业班级数控班

目录 1、概述 2、主运动的方案选择与主运动的设计 3、确定齿轮齿数 4、选择电动机 5、皮带轮的设计计算 6、传动装置的运动和运动参数的计算 7、主轴调速系统的选择计算 8、主轴刚度的校核 一、概述 主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统,它应具有一定的转速(速度)和一定的变速范围,以便采用不同材料的

刀具,加工不同的材料,不同尺寸,不同要求的工件,并能方便的实现运动的开停,变速,换向和制动等。 数控机床主传动系统主要包括电动机、传动系统和主轴部件,它与普通机床的主传动系统相比在结构上比较简单,这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担,剩去了复杂的齿轮变速机构,有些只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的范围。 1.1数控机床主传动系统的特点 与普通机床比较,数控机床主传动系统具有下列特点。 4转速高、功率大。它能使数控机床进行大功率切削和高速切削,实现高效率加工。 5变速范围宽。数控机床的主传动系统有较宽的调速范围,一般Ra>100,以保证加工时能选用合理的切 削用量,从而获得最佳的生产率、加工精度和表面 质量。 6主轴变速迅速可靠,数控机床的变速是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。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋 完善,所以不仅能够方便地实现宽范围无级变速, 而且减少了中间传递环节,提高了变速控制的可靠 性。 7主轴组件的耐磨性高,使传动系统具有良好的精度保持性。凡有机械摩擦的部位,如轴承、锥孔等都 有足够的硬度,轴承处还有良好的润滑。 1.2 主传动系统的设计要求 ①主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数, 能够实现运动的开停、变速、换向和制动,以满足 机床的运动要求。 ②主电机具有足够的功率,全部机构和元件具有足够 的强度和刚度,以满足机床的动力要求。 ③主传动的有关结构,特别是主轴组件要有足够高的

(2010春)数控机床电气控制作业及答案

数控机床电气控制作业(一) 1.按钮开关和行程开关的作用分别是什么?如何确定按钮开关的选用原则? 答:按钮开关通常用作短时接通或断开小电流控制电路的开关,用于控制电路中发出起动或停止等指令,通过接触器、继电器等控制电器接通或断开主电路。 行程开关又称限位开关,是根据运动部件位置而切换电路的自动控制电器。动作时,由挡块与行程开关的滚轮相碰撞,使触头接通或断开用来控制运动部件的运动方向、行程大小或位置保护。 按钮开关的选用原则 ①根据用途选择开关的形式,如紧急式、钥匙式、指示灯式等。 ②根据使用环境选择按钮开关的种类,如开启式、防水式、防腐式等。 ③按工作状态和工作情况的要求,选择按钮开关的颜色。 2.低压断路器在电路中的作用是什么?P12 3.接触器的用途是什么?它由哪几部分组成?P15 4.接近开关与行程开关相比有哪些优点?若接近开关为三线制输出,一般为哪三根输出线? 答:接近开关又称无触点行程开关。与行程开关相比,接近开关具有工作稳定可靠、使用寿命长、重复定位精度高、操作频率高等优点。 接近开关多为三线制。三线制接近开关有二根电源线(通常为24V)和一根输出线,输出有常开、常闭两种状态。 5..中间继电器的作用是什么?P21它和交流接触器有何区别? 答接触器是一种用来频繁地接通或分断带有负载(如电动机)的主电路自动控制电器。而继电器是一种根据某种输入信号的变化,而接通或断开控制电路,实现控制目的的电器,中间继电器实质上是电压继电器的一种。 6.电动机起动电流很大,当电动机起动时,热继电器会不会动作?为什么? 答:热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路的保护电器,主要用于电动机或其他负载的过载保护。 电动机起动电流很大,但是,当电动机起动时,热继电器不会动作。因为,热继电器由于热惯性,其双金属片在短时间内不会弯曲,当电路短路时不能立即动作使电路立即断开,因此不能作短路保护。 8 .三相异步电动机的起动控制采用哪两种方式?

数控车床主轴箱设计

数控车床主轴箱设计 一、设计题目 Φ400 毫米数控车床主轴箱设计。主轴最高转速4000r/min ,最低转速30r/min ,计算转速150r/min ,最大切削功率5.5kw 。采用交流调频主轴电机,其额定转速1500r/min ,最高转速4500r/min 。 二、主轴箱的结构及作用 主轴箱是机床的重要的部件,是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。 主轴箱采用多级齿轮传动,通过一定的传动系统,经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴,最后把运动传到主轴上,使主轴获得规定的转速和方向。 主轴箱为数控机床的主要传动系统它包括电动机、传动系统和主轴部件它与普通车床的主轴箱比较,相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统,它主要是用以扩大电动机无级调速的范围,以满足一定恒功率、和转速的问题。 三、主传动系设计 机床主传动系因机床的类型,性能,规格尺寸等基本因素的不同,应满足的要求也不一样。再设计时结合具体机床进行具体分析,一般应满足下属基本要求: 1)满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动性能能,如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数。传动系设计合理,操纵方便灵活、迅速、安全可靠等。 2)满足机床传递动力要求。主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩,具有较高的传动效率。 3)满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度、和抗振性,热变形特性稳定。 4)满足产品设计经济性的要求。传动链尽可能简短,零件数目要少,以节省材料,降低成本。 5)调整维修方便,结构简单、合理、便于加工和装配。防护性能好,使用寿命长。 四、主传动系传动方式 由题目知,我们设计的主轴箱传动方式为交流电动机驱动、机械传动装置的无级变速传动。再者,本题目中对精度要求一般,因此选用集中传动方式。另外主轴箱结构设计只需达到结构紧凑,便于集中操作,安装调整方便即可。 五、电动机的选择 按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分单速交流电动机或调速交流电动机驱动。调速交流电动机又有多速交流电动机和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。 根据设计要求采用交流调频主轴电机,其额定转速1500r/min ,最高转速4500r/min 。选用FANUC-S 系列8s 型交流主轴电动机。 六、 计算过程 主轴最高转速4000r/min ,最低转速30r/min ,计算转速150r/min ,最大切削功率5.5kw ; 交流调频主轴电机,其额定转速1500r/min ,最高转速4500r/min ; 主轴要求的恒功率调速范围max 400026.7150 nN i n R n === 电动机的调速范围450031500dN R == 在设计数控机床主传动时,必须要考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机恒功率变速范围,所以在电动机与主轴之间串联一个分级变速箱,以扩大其功率变速范围,满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。 根据以上分析,选择交流电动机的型号为: 若取3f dN R ?==,则可得到变速箱的变速级数 99 .2lg /lg ==f nN R Z ψ 所以,Z 可近似取为3,此处我们分别对Z=2、3、4三种情况进行研究,比较。 1) Z=3 根据f nN R Z ψlg /lg =可以得出99.2=f ψ,查表2-5取f ψ的标准值为3.0,dN f R =ψ,即主传动系功率特

数控机床的控制系统概述

第七章数控机床的控制系统概述 学习目的: 1.什么是数控技术、数控系统和数控机床,数控系统对机床的控制包括哪几方面? 2.数控机床控制系统组成有哪些,他们的作用各是什么? 3.数控机床的控制方式有几种,各有什么特点? 4.数控机床的接口有几类,他们的接口规范是什么? 第一节数控机床的控制系统 一、数字控制技术简介 1.数字控制技术 数字控制(Numerical Control)技术,简称数控技术,是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。 数控技术不仅用于机床的控制,而且还用于其它设备的控制,产生了诸如数控绘图机、数控测量机等数控设备。 2.数控系统和数控机床 用数字控制技术实现自动控制的系统称为数控系统。数控系统中的控制信息是数字量,其硬件基础是数字逻辑电路。 最初数控系统是由数字逻辑电路构成的,所以也成为硬件数控系统。 现代数控系统采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部基本数控功能,所以成为计算机数控系统(Comouter Numerical Control),简称CNC系统。计算机数控系统是在硬件和软件共同作用下完成数控任务的,具有真正的“柔性”。 数控系统对机床的控制包括顺序控制和数字控制两个方面。 顺序控制是指对刀具交换、主轴调速、冷却液开关、工作台的极限位置等一类开关量的控制。 数字控制是指机床进给运动的控制,用于实现对工作台或刀架的位移、速度这一类数字量的控制。 数控系统与机床的有机结合称为数控机床,如数控车床、数控铣床、数控加工中心等。 数控机床是机电一体化的典型产品,是集机床、计算机、电力拖动、自动控制、检测等技术为一体的自动化设备。 二、数控机床控制系统的组成

数控机床主轴箱设计

数控机床主轴箱设计 数控机床主轴箱设计 楚海涛 继续教育学院 机电一体化 指导老师:杨建宇 二0一一年十月二日

数控机床主轴箱设计 毕业设计(论文)任务书

摘要 主轴箱为数控机床的主要传动系统,它包括电动机、传动系统和主轴部件,它与普通车床的主轴箱比较,相对来说比较简单只有两极或三级齿轮变速系统,它主要是用以扩大电动机无级调速的范围,以满足一定恒功率、和转速的问题。 本设计采用北京数控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机,最高转速是4500r/min。通过给定的技术参数来初步设定部分轴、齿轮等单元的结构尺寸,对传动系统进行理论力学分析,精确计算选定尺寸及材料,由电机转速传动至进给系统的参数反馈,校核所选定主轴和转动轴尺寸的合理性完成整体结构设计,最后对齿轮进行了验算以及V型带的、离合器的选择与计算。 通过本次设计,使数控机床结构更加紧凑,性能更加优越,生产加工更加精密,有利于改善数控机床的性能,使得产品的加工更加高效。 关键词:数控机床;主轴箱;交流调速电动机;BESK-8

Abstract For the spindle box of NC machine tool main transmission system which comprises a motor, the transmission system and the spindle, it with ordinary lathe spindle box is relatively simple, only two or three stage gear transmission system, it is mainly used to expand the range of stepless speed regulation of motor, to meet a certain constant power, and speed problems. This design uses the Beijing CNC equipment factory of type BESK-8 AC spindle motor, maximum speed is 4500r / min. Through the given technical parameter to set an initial portion of the shaft, gear unit size, the transmission system of theoretical mechanics analysis, accurate calculation of the selected size and material, the motor speed drive to the feed system parameters feedback, check the selected spindle and rotary shaft size is reasonable to complete the overall structure design, assembly drawing and parts graph.

可编程序控制器(PLC)在机床数控系统中应用

近年来,PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广,它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生产过程中,为了提高数控机床加工的精度,对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。永宏FBs系列PLC的NC定位功能较其它PLC 更精准,且程序的设计和调试相当方便。本文提出的是如何应用永宏PLC的NC定位控制实现机床数控系统控制功能的方法来满足控制要求,在实际运行中是切实可行的。整机控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强,具有良好的性能价格比等显著优点,其软硬件的设计思路可供工矿企业的相关数控机床设计改造借鉴。 数控机床由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成, 输入装置可将不同加工信息传递于计

算机。在数控机床产生的初期,输入装置为穿孔纸带,现已趋于淘汰;目前,使用键盘、磁盘等,大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数,故障诊断参数等),一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存,待工作一段时间后,再将输出与原始资料作比较、对照,可帮助判断机床工作是否维持正常。数控装置是数控机床的核心与主导,完成所有加工数据的处理、计算工作,最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路,各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。可编程控制器对主轴单元实现控制,将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速;管理刀库,进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理;控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作;还对机床外部开关(行程开关、压力开关、温控开关等)进行控制;对输出信号(刀库、机械手、回转工作台等)进行控制。检测反馈装置由检测元

数控车床主轴速度控制指令及编程举例

数控车床主轴速度控制指令及编程举例 数控车削加工时,按需要可以设置恒切削速度(例如,为保证车削后工件的表面粗糙度一致,应设置恒切削速度),车削过程中数控系统根据车削时工件不同位置处的直径计算主轴的转速。 恒切削速度设置方法如下:G96 S ;其中S后面数字的单位为r/min。 设置恒切削速度后,如果不需要时可以取消,其方式如下:G97 S ;其中S后面数字的单位为r/min。 在设置恒切削速度后,由于主轴的转速在工件不同截面上是变化的,为防止主轴转速过高而发生危险,在设置恒切削速度前,可以将主轴最高转速设置在某一个最高值。切削过程中当执行恒切削速度时,主轴最高转速将被限制在这个最高值。 设置方法如下:G50 S ;其中S的单位为r/min。 图主轴速度控制 例如:在刀具T01切削外形时用G96设置恒切削速度为200m/min,而在钻头T02钻中心孔时用G97取消恒切削速度,并设置主轴转速为1100r/min。 这两部分的程序头如下: G50 S2500 T0101 M08;/G50限定最高主轴转速为2500r/min; G96 S200 M03;/ G96设置恒切削速度为200m/min,主轴顺时针转动 G00 X48.0 Z3.0;/ 快速走到点(48.0,3.0) G01 Z-27.1 F0.3;/车削外形 G00 Ul.0 Z3.0;/快速退回 … T0202;/调02号刀具 G97 Sll00 M03;/G97取消恒切削速度,设置主轴转速为ll00r/min G00 X0.0 Z5.0 M08;/快速走到点(0,5.0),冷却液打开 G01 Z-5.0 F0.12;/钻中心孔

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