車床主軸控制系統(tǒng)開題報告

畢業(yè)設計(論文)開題報告題目名稱：CH460數(shù)控車床主軸控制系統(tǒng)的設計學生姓名：學號：系/專業(yè)：機械工程學院/數(shù)控設備應用與維護班級：指導教師：2012年2月15日開題報告填寫要求1．開題報告內(nèi)容必須用黑或藍黑墨水筆工整書寫，或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)址上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼。完成后應及時交給指導教師簽署意見；2．學生查閱資料的參考文獻應不少于3篇（不包括辭典、手冊）；3．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年4月26日”

畢業(yè)設計（論文）開題報告1．本課題的背景及意義數(shù)控技術也叫計算機數(shù)控技術（CNC，ComputeNumericalControl），目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術。數(shù)控技術是機械加工自動化的基礎，是數(shù)控機床的核心技術，其水平高低關系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力的水平，數(shù)控技術的廣泛應用給傳統(tǒng)的制造業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)品結(jié)構帶來了深刻的變化。也給傳統(tǒng)的機械，機電專業(yè)的人才帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。我國經(jīng)濟全面與國際接軌，并逐步成為全球制造中心，我國企業(yè)廣泛應用現(xiàn)代化數(shù)控技術參與國際競爭。數(shù)控技術是制造實現(xiàn)自動化，集成化的基礎，是提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率不可少的物資手段。在數(shù)控機床中，主軸是機床里的一個非常重的部分，對于它的控制的好壞一定程度上反應一個機床的控制柔性的程度。主軸驅(qū)動系統(tǒng)控制數(shù)控車床主軸的旋轉(zhuǎn)運動，為車床主軸提供驅(qū)動功率以及所需的切削力。目前在數(shù)控車床中，主軸驅(qū)動常使用交流電動機，直流電動機已逐漸被淘汰，由于受永磁體的限制，交流同步電動機功率做得很大時，電動機成本太高。因此目前在數(shù)控機床的主軸驅(qū)動中，均采用籠型異步電動機。為了獲得良好的主軸特性，設計中采用矢量變頻控制的交流主軸電動機，矢量控制分無速度傳感器和有速度傳感器兩種方式，后者具有更高的速度控制精度，在數(shù)控車床中無速度傳感器的矢量變頻器已符合控制要求近年來，PLC在工業(yè)自動控制領域應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。隨著PLC技術的發(fā)展,它在位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應用也越來越多。論文以我所在南京二機數(shù)控車床有限責任公司CH460數(shù)控車床為研究對象，結(jié)合所學知識參考數(shù)控設備應用與維護綜合實訓，論文主要研究CH460數(shù)控車床的主軸控制系統(tǒng)、電氣原理設計，PMC程序的設計等內(nèi)容。在半年的實習期間里，培養(yǎng)了自己的職業(yè)能力，培養(yǎng)社會生存能力，激發(fā)學習主動性，鍛煉自己理論與實踐相結(jié)合的能力，回顧、運用所學的理論知識，并為將來走上工作崗位奠定基礎。2．本課題的基本內(nèi)容及關鍵問題按照以下要求，設計該數(shù)控車床的主軸控制系統(tǒng)。某小型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)，主軸由變頻器控制，主軸電機為交流異步電動機，主軸電動機帶位置編碼器用于螺紋切削。主要技術參數(shù)：變頻器功率3.7KW，動力電源交流3相380V，轉(zhuǎn)速2890r/min。主要任務：1.總體方案的設計；2.查閱相關資料及參考文獻，編寫開題報告；3.根據(jù)電氣控制要求設計電氣原理圖；4.然后確定電氣原理圖中電氣元件的參數(shù)并列出電器件明細表；5.根據(jù)強電控制線路及控制要求編寫PLC程序；6.編寫畢業(yè)論文；主要問題：控制系統(tǒng)的確定；電氣元器件的參數(shù)計算；PLC指令系統(tǒng)的應用；程序的編寫。3．本課題調(diào)研情況綜述本課題主要對數(shù)控車床主軸控制系統(tǒng)進行調(diào)研。數(shù)控機床的主軸控制系統(tǒng)，它是利用數(shù)字化的信息對機床運動及工作過程進行控制的一種方法。課題采用PLC來控制這些器件，實現(xiàn)工業(yè)控制。以可編程控制器(簡稱PLC)作為控元件，替代機床繼電器連接觸器組成的電氣控制部分，是為了提高機床電氣控制系統(tǒng)的可靠性，這種方法主用于組合機床以及生產(chǎn)線上的專用機床用數(shù)控技術實施加工控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床。要實現(xiàn)對機床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對運動以及用工藝信息來描述機床加工必須具備的一些工藝參數(shù)。數(shù)控機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)也就是主傳動系統(tǒng)，它的性能直接決定了加工工件的表面質(zhì)量，因此，在數(shù)控機床的維修和維護中，主軸驅(qū)動系統(tǒng)顯得很重要。

主軸驅(qū)動系統(tǒng)概述主軸驅(qū)動系統(tǒng)也叫主傳動系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運動的動力裝置部分。主軸驅(qū)動系統(tǒng)通過該傳動機構轉(zhuǎn)變成主軸上安裝的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合進給運動，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運動之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。

數(shù)控機床對主軸驅(qū)動系統(tǒng)的要求機床的主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動有較大的差別。機床主軸的工作運動通常是旋轉(zhuǎn)運動，不像進給驅(qū)動需要絲杠或其它直線運動裝置作往復運動。數(shù)控機床通常通過主軸的回轉(zhuǎn)與進給軸的進給實現(xiàn)刀具與工件的快速的相對切削運動。在20紀60-70年代，數(shù)控機床的主軸一般采用三相感應電動機配上多級齒輪變速箱實現(xiàn)有級變速的驅(qū)動方式。隨著刀具技術、生產(chǎn)技術、加工工藝以及生產(chǎn)效率的不斷發(fā)展，上述傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已不能滿足生產(chǎn)的需要?，F(xiàn)代數(shù)控機床對主軸傳動提出了更高的要求：

(1)調(diào)速范圍寬并實現(xiàn)無極調(diào)速為保證加工時選用合適的切削用量，以獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。特別對于具有自動換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應各種刀具、工序和各種材料的加工要求，對主軸的調(diào)速范圍要求更高，要求主軸能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動實現(xiàn)無級調(diào)速，并減少中間傳動環(huán)節(jié)，簡化主軸箱。目前主軸驅(qū)動裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達1∶100，恒功率調(diào)速范圍也可達1∶30，一般過載1.5倍時可持續(xù)工作達到30min。主軸變速分為有級變速、無級變速和分段無級變速三種形式，其中有級變速僅用于經(jīng)濟型數(shù)控機床，大多數(shù)數(shù)控機床均采用無級變速或分段無級變速。在無級變速中，變頻調(diào)速主軸一般用于普及型數(shù)控機床，交流伺服主軸則用于中、高檔數(shù)控機床。

(2)恒功率范圍要寬。

主軸在全速范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速范圍內(nèi)提供主軸電動機的最大功率。由于主軸電動機與驅(qū)動裝置的限制，主軸在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出。為滿足數(shù)控機床低速、強力切削的需要，常采用分級無級變速的方法(即在低速段采用機械減速裝置)，以擴大輸出轉(zhuǎn)矩。

(3)具有4象限驅(qū)動能力。

要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動時均可進行自動加、減速控制，并且加、減速時間要短。目前一般伺服主軸可以在1秒內(nèi)從靜止加速到6000r/min。

(4)具有位置控制能力。

即進給功能(C軸功能)和定向功能(準停功能)，以滿足加工中心自動換刀、剛性攻絲、螺紋切削以及車削中心的某些加工工藝的需要。

(5)具有較高的精度與剛度，傳動平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機床加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關。為了提高傳動件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動時齒輪齒面應采用高頻感應加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級一般用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)。采用帶傳動時應采用齒型帶。應采用精度高的軸承及合理的支撐跨距，以提高主軸的組件的剛性。在結(jié)構允許的條件下，應適當增加齒輪寬度，提高齒輪的重疊系數(shù)。變速滑移齒輪一般都用花鍵傳動，采用內(nèi)徑定心。側(cè)面定心的花鍵對降低噪聲更為有利，因為這種定心方式傳動間隙小，接觸面大，但加工需要專門的刀具和花鍵磨床。

(6)良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。數(shù)控機床加工時，可能由于持續(xù)切削、加工余量不均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自振等原因引起沖擊力和交變力，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至可能損壞刀具和主軸系統(tǒng)中的零件，使其無法工作。主軸系統(tǒng)的發(fā)熱使其中的零部件產(chǎn)生熱變形，降低傳動效率，影響零部件之間的相對位置精度和運動精度，從而造成加工誤差。因此，主軸組件要有較高的固有頻率，較好的動平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進行循環(huán)潤滑4．本課題的方案論證本課題主要設計車床的主軸控制系統(tǒng)，我們要對內(nèi)置PLC與變頻器進行論證數(shù)控機床的控制由數(shù)控裝置和可編程控制器協(xié)調(diào)配合共同完成：數(shù)控裝置主要完成與數(shù)字運算和管理等有關的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、位置伺服控制等；可編程控制器（以下簡稱PLC）主要完成與邏輯運算有關的一些動作，沒有實現(xiàn)軌跡運動上的具體要求。1.可編程控制器（PLC）具有如下特點：（1）PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機系統(tǒng)。為了適應順序控制的要求，PLC省去了微機的一些數(shù)字運算功能，而強化了邏輯運算控制功能，是一種介于繼電器控制和微機控制之間的自動控制裝置；（2）PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設計的，所以具有很強的抗干擾能力。除輸入/輸出部分采用光電隔離的措施外，對電源、運算器、控制器、存儲器等也設置了多種保護和屏蔽。PLC沒有繼電器那種機械觸點，因此，不存在觸點的接觸不良、熔焊、磨損和線圈損壞等故障；（3）相對于RLC，PLC采用軟件實現(xiàn)用戶控制邏輯，結(jié)構緊湊、體積小，很容易裝入機床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實現(xiàn)動作復雜的控制邏輯和數(shù)控機床的機電一體化；（4）目前大多數(shù)的PLC，均采用梯形圖編程方式。梯形圖與繼電器邏輯控制電路圖十分相似，圖形符號形象直觀、工作原理易于理解和掌握、編程簡單、操作方便、改變程序靈活；（5）PLC可與編程器、個人計算機等聯(lián)接，可以很方便地實現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。2.變頻器優(yōu)缺點：MD300系列變頻器是一種簡單、高性能的變頻器，控制方式有V/F和無速度傳感的矢量控制兩種。調(diào)速功能操作簡便，性能優(yōu)越，特別是無速度傳感器矢量控制模式下，低頻轉(zhuǎn)矩、穩(wěn)速精度及動態(tài)特性優(yōu)良。廣泛適用于機床、拉絲機、注塑機、起重機械、印刷機