数控机床毕业设计

I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..............................144．1.2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....................19II5.2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..........................................................41天津工程师范学院2009届本科生毕业设计11绪论我们改造的数控实验装置主要是由以下四部分构成：①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；②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；③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；④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（ComputerNumericalControl）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（CentralProcessingUnit）、只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）、随机存储器RAM（RandomAccessMemory）、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。天津工程师范学院2009届本科生毕业设计2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（NumericalControl），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(MicrocomputerNumericalControl)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（ProgrammableLogicController）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、天津工程师范学院2009届本科生毕业设计3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。①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。②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。③PLC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。④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。⑤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。⑥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。强电线路由电天津工程师范学院2009届本科生毕业设计4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