数控车床主轴控制设计
前言
本论文主要介绍数控车床主轴控制的设计，根据电气控制的要求，设计了的电气原理图。根据电气元件参数的设定，来确定各元器件的选择。根据设计要求及强电控制线路和控制要求，编写PMC程序，介绍了FANUC、 PLC、FANUC系统的指令以及编程；最后，针对所设计的内容进行总结。
一、绪论
1.1选题背景与意义
数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Compute Numerical Control），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平，数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。数控技术是制造实现自动化，集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。
在数控机床中，主轴是机床里的一个非常重的部分，对于它的控制的好坏一定程度上反应一个机床的控制柔性的程度。主轴驱动系统控制数控车床主轴的旋转运动，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，直流电动机已逐渐被淘汰，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。为了获得良好的主轴特性，设计中采用矢量变频控制的交流主轴电动机，矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，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符合控制要求
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。
论文以我所在常熟车床加工有限公司数控车间的永进TC15数控车床为研究对象，结合所学知识参考数控设备应用与维护综合实训，论文主要研究永进TC15数控车床的主轴控制系统、电气原理设计，PMC程序的设计等内容。
在实习期间培养了自己的职业能力，激发学习主动性，培养社会生存能力，锻炼自己理论与实践相结合的能力，回顾、运用所学的理论知识，并为将来走上工作岗位奠定基础。
1.2数控机床对主轴驱动系统的要求
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。
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。
目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1∶100，恒功率调速范围也可达1∶30，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min。
主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。在无级变速中，变频调速主轴一般用于普及型数控机床，交流伺服主轴则用于中、高档数控机床。
（2）恒功率范围要宽
主轴在全速范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率。由于主轴电动机与驱动装置的限制，主轴在低速段均为恒转矩输出。为满足数控机床低速、强力切削的需要，常采用分级无级变速的方法（即在低速段采用机械减速装置），以扩大输出转矩。
（3）具有四象限驱动能力
要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。目前一般伺服主轴可以在1秒内从静止加速到6000r/min。
（4）具有位置控制能力
即进给功能（C轴功能）和定向功能（准停功能），以满足加工中心自动换刀、刚性攻丝、螺纹切削以及车削中心的某些加工工艺的需要。
（5）具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低。
数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关。为了提高传动件的制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增加耐磨性。最后一级一般用斜齿轮传动，使传动平稳。采用带传动时应采用齿型带。应采用精度高的轴承及合理的支撑跨距，以提高主轴的组件的刚性。在结构允许的条件下，应适当增加齿轮宽度，提高齿轮的重叠系数。变速滑移齿轮一般都用花键传动，采用内径定心。
侧面定心的花键对降低噪声更为有利，因为这种定心方式传动间隙小，接触面大，但加工需要专门的刀具和花键磨床。
1.3 电气原理图设计的原则和设计步骤
数控机床（CNC machinery）集计算机技术、电子技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一体，是典型的机电一体化产品, 具有模块化特点。因此数控机床在控制设计上具有很大的灵活与实际应用性。
我们知道主轴运动属于机床主运动，在实际加工中产生大量的热与消耗大量功，同时在加工过程中由于温度过高、工艺要求或其它情况需要随时调整主轴的转速。
机床的电气控制线路是由各主令电气，接触器、继电器、保护装置和电动机等，按照一定的控制要求用导线连接而成的。机床的电气控制，不仅要求能实现启动、正反转、制动和调速等基本要求，而且要求满足生产工艺的各项要求，保证机床各运动的相互调和和准确，并具有各种保护装置，工作可靠，实现自动控制。
机床电气控制应该遵循的原则有：
（1）最大限制满足机床和工艺对电气控制的要求。
（2）在满足要求的前提下，设计方案应简单，经济和实用。
（3）妥善处理机械与电气的关系。
（4）将电气系统的安全性和可靠性放在首位。
（5）合理选用电气元件
机床电气控制系统设计包含原理设计和工艺设计两部分。
Ⅰ. 拟订设计任务书简要说明所设计任务的用途、工艺过程、动作要求、传动参数、工作条件及（1）电气传动基本特性要求、自动化程度要求及控制精度；（2）目标成本与经费限额；（3）设备布局、安装要求、控制箱、操作台布置、照明、信号指示、报警方式等；（4）工期、验收标准及验收方式。
Ⅱ. 选择拖动方案与控制方式电动机选择基本原则：（1）电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与被拖动负载特性相适应以保证运行稳定并具有良好的启动、制动性能，对有调速要求时应合理选择调速方案；（2）工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值；（3）电动机的结构形式应能满足机械设计要求，选择恰当的使用类别和工作制，并能适用周围的环境工作条件。在满足设计要求情况下，应优先采用结构简单、维护方便的笼型三相交流异步电动机。
电力拖动方案确定后，电动机的类型、数量及其控制要求就已基本确定，采用什么方法去实现这些控制要求就是控制方式的选择问题。在确定控制方案时，应尽可能采用新技术、新器件和新的控制方法。
Ⅲ. 设计电气控制原理图、选用元器件、编制元器件目录清单。
Ⅳ. 设计电气施工图，并以此为根据编制各种材料定额清单。
Ⅴ. 编写设计说明书。
通过对主轴的控制的分析，可以从中发现对于主轴的控制是一个较复杂的过程。要善于归纳与总结，才能较轻松的写出相应的程序。
1.4 电气方案的确定
主轴驱动装置根据主轴速度控制信号的不同分为模拟量控制的主轴驱动装置和串行数字控
制的主轴驱动装置两类。模拟量控制的主轴驱动装置采用变频器来控制主轴电机。串行数字控制的主轴驱动装置是数控系统生产厂家用来驱动该厂家专业主轴电机的驱动装置，不同数控系统其主轴驱动装置各不相同。
目前国内中高端用户大多采用的即是西门子、发那科、三菱电机等这些国际知名公司的数控系统，尤其是在汽车及零部件制造业这样的大规模生产线上，这些品牌的数控系统占据着中高端的主流市场，其他国内外多种品牌特别是经济性数控系统在中低端市场则有百花齐放之势，还有很多专用数控系统亦是各有用武之地。
当前，第六代数控系统以西门子的840D和810D数控系统为代表，它的硬件结构更加简单、紧凑、模块化，软件内容更加丰富，功能更强大，代表并引领着当今数控技术的发展方向。发那科0i和21i数控系统也很典型，其最新开发的是18i系统，稳定易用，实用性很强，应用非常广泛。三菱电机M60S数控系统的替代品——C70适用于大规模生产线，其最新推出的 M70/M700可更广泛地用于多种机械加工。三菱电机还与山崎马扎克合作，开发了Mazatrol Fusion 640数控系统。Mazatrol Fusion 640数控系统以其高品质的运动控制性能和先进的信息化、智能化功能在技术上同样居于世界领先地位。
继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制
PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可。控制速度PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。
本课题采用模拟量控制的主轴驱动装置，FANUC公0i MATE数控系统。
随着数字SPWM变频调速系统的发展，越来越多的采用通用变频器作为数控机床主轴驱动装置。变频器有多方面的优点：可以和通用的笼型异步电动机配套使用，具有多种可供选择的功能，可应用于各种不同性质的负载。
FANUC的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机
械的特点，在市场的占有率远远超过其他的数控系统。主要体现在以下几个方面。
（1）系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装，各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。（2）具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为0～45℃，相对湿度为75％。（3）有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。（4）FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。对于一般的机床来说，基本功能完全能满足使用要求。（5）提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令。
这些丰富的信号和编程指令便于用户编制机床侧PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。（6）具有很强的DNC功能。系统
提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便、可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。（7）提供丰富的维修报警和诊断功能。
FANUC维修手册为用户提供了大量的报警信息，并且以不同的类别进行分类。
PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。时间继电器定时精度不高，受环境影响大。PLC的特点：1编程方法简单易学2功能强，性能价格比高3硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4可靠性高，抗干扰能力强5系统的设计、安装、调试工作量少6维修工作量少，维修方便7体积小，能耗低。
二、电气原理图的设计
1. 电气原理图的设计
（1）电源电路
电源电路见附录（图1）
原理：D1 —QF1为电源总断路器，电源AC380V供给变频器。D1—TC1为控制变压器，一次侧为AC380V，二次侧为220V，为照明和交流接触器提供电源。D1—VC1为开关电源，为CNC、CRT\MDI、中间继电器提供DC24V电源。D1—Fu1、—Fu2、—Fu3、—Fu4、—Fu5为电路的短路保护。
（2）CNC电路图
CNC电路图见附录（图2）
本课题采用FANUC公司POWER 0i MATE 数控系统，
CNC电路图，W1-A1为CNC装置。CNC装置控制模拟主轴（变频器JA11）、主轴位置编码器(JA12)、手摇脉冲发生器（W1-GP）及强电柜；M1-K1为接通/断开继电器。
（3）主轴电路
主轴电路见附录（图3）
原理：采用模拟主轴控制，配置3Kw、2880r\min的交流异步电动机，速度开环控制系统。CNC输出的模拟信号到变频器的10与15端口，从而控制电动机的转速，通过设置变频器的参数，实现从最低转速到最高转速的调速。H1—K1为主轴交流接触器，接通或断开主轴动力电源。主轴位置上的编码器H1—GP使主轴能与进给驱动同步控制，以便加工螺纹；M3—K3、M3—K4为主轴正反转继电器，通过PLC实现正反转控制。Ｍ１—Ｋ２为急停，当变频器有异常情况是，通过１、2端口输出报警信号到PLC。
（4）强电电路
强电电路见附录（图4）
当按下急停按钮M1-SB1时，SB2、SB3为CNC接通/断开按钮，发出急停信号-K2停止主轴转动，打开电源钥匙M1-SA1,接通中间继电器-K3，AC220V上电，M3-K1为通过PLC接通主轴电动机接触器H1-K1的信号。
（5）PLC输入、输出电路
PLC输入、输出电路见附录图5、图6
M2-SB1、-SB2、-SB3分别为主电动机接通、断开、循环启动按钮；按下急停按钮时发出急停信号M1-K2，机床立即停止工作；当机床设备异常，出现一个报警信号时，报警灯亮。
M3-K1为接通主轴电动机继电器，-K3、-K4为主轴正反转继电器，-HL3为故障灯。
2.2 电气元件的选择
（1）熔断器的选择
熔断器是一种简单而有效的保护电器。在电路中主要起短路保护作用，选
择熔断器时主要是选择熔断器的类型、额定电压、额定电流及熔体的额定电流。
选15A，选RT18-32
控制线路中Ｉ＝Pｎ\U＝12*3\220V=0.7A选择2A型号为RT18-32。
（2）变频器的选择
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。按照课题的要求，本课题选用的是FR-S540E-3.7K-CH 型号的变频器。
根据生产机械的负载特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求，决定选用那种控制方式的变频器，在变频器选型前应掌握传动系统的以下参数：电动机的极数。
②转矩特性、临界转矩、加速转矩。
③电磁兼容性。。
主要具有以下特点：（1）变频器效率 96%至97%；（2）过载能力强，内置制动单元，5分钟内持续时间60秒150%(恒转矩)负载电流过载，或1分钟内持续3秒200%过载；（3）起动冲击电流小于额定输入电流；（4）各种保护齐全。
由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流，因此在其内部的算法中大量涉及到电机参数。电机除了考虑常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流外，还应考虑定子电阻、定子漏感抗、转子电阻、转子漏感抗、互感抗和空载电流。
数控车床用变频器特点如下：
①体积小，属于迷你型产品，占用控制柜空间较小;
②控制方式为正弦波SPWM(提供无速度反馈矢量控制)，控制性能较以前的VF控
制方式性
能上有很大的改善，特别是在低速转矩上满足机床主轴的需求，5Hz时起动转矩能够达到150%以上;
③载波频率范围0~15kHz，减小电机的电磁噪音;
④提供标准的0～10V模拟量接口(输入阻抗47kΩ，输出阻抗250kΩ)，能够与
大多数数控
系统接口兼容，通用性强;
⑤过载能力强，150%以上额定输出电流超过一分钟;
⑥提供多功能的输出端子信号，例如零速信号，运转中信号，速度到达信号，故
障指示，满足系统对于主轴速度状态的监控;
⑦自动转矩补偿，满足机床主轴在低速情况下的加工需求;
⑧提供三组异常纪录，供维修人员从侧面了解机床主轴实际的运行状况;
⑨电机参数自动整定功能，在线识别电机参数，保证系统的稳定性和精确性。（3）接触器
接触器是一种用来频繁地接通和分断带有负载的主电路的自动控制电器。接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件四部分组成。其中电磁机构由线圈、动铁心和静铁心组成；触点系统包括三对触点、辅助触点。
工作原理是当线圈通电后，铁心产生电磁吸力将衔铁吸合。衔铁带动触点系统动作，使常闭触点断开，常开触点闭合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧力的作用下释放，触电系统随之复位。选择交流接触器时主要考虑主触点的额定电压、额定电流、辅助触点的数量与种类、吸引线圈的电压等级、操作频率等。
u=380V，I>I1=8A，选CJ10—10
冷却电机、卡盘电机电路。
（4）继电器
继电器是一种根据电量参数（电压、电流）或非电量参数（时间、温度、压力等）的变化自动接通或断开控制电路，以完成控制或保护任务的电器。继电器用途广泛，种类繁多。按反应的参数可分为电流继电器、电压继电器、时间继电器、热继电器和速度继电器等；按动作原理可分为电磁式、电动式、电子式等。
U=220V，I2=2.9A，I3=0.33A，触点对数为4对。
型号选择JZ7—44，5A，220V，JZ8—44，5A，24V
（5）变压器的选择
变压器是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的静止电器。
变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）;自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等。变压器的选择原则选择变压器的主要依据式变压器的额定值。
1) 根据实际情况选择一次额定电压U1（380V、220V），在选择二次额定电压U2(二次额定值是指初级加额定电压时，二次的空载输出电压，二次带有额定负载时输出电压下降5%，因此选择输出额定电压时应略高于份额在额定电压)。
2) 根据实际负载情况，确定各二次绕组额定电流I2。一般绕组的额定输出电流应大于或等于额定负载电流。
二次额定容量由总容量确定。根据经验公式
P=K∑P i
式中 P i------电磁元件的吸持功率和灯等负载消耗的功率，单位为 kW；
K-------变压器的容量储备系数，K=1.1～1.5。
本课题中选择的接触器、继电器一般功率12W，系统输入输出小于100W,由于本课题中控制变压器的容量P可根据由它供电的最大工作负载所需要的功率来计算并留用一定的余量.所以本设计中的控制变压器D1-TC1的容量为：
P=(100+12×4)×1.2=150VA
因此控制变压器D1-TC1的容量选择为150VA。
（6）空气开关
电源总空气开关D1-QF1主要给主轴电动机H1-M1提供电源, 而在控制变压器二次侧的NC、强电控制电路等在变压器一次侧产生的电流相对较小,因此电源总空气开关D1-QF1的额定电流的选择主要考虑主轴电动机H1-M1的额定电流P1=3Kw，P2=1.1Kw，P3=125w，U=380V
I=P1\U=7.9A，I2=2.9A，I3=0.33A，I总=I1+I2+I3=11.3A，所以选择16A，确定空气开关为DZ115—40\1901，220V，16A，级数为一。
（7）其他元气件的选择
1.直流稳压电源
直流稳压电源的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源。
在数控机床电气控制系统中，需要稳压电源给驱动器、控制单元、直流继电器及信号指示灯等提供直流电源。在数控机床中主要使用开关电源。
直流稳压电源的功率为100W。
2.按钮的选择
根据需要的触电数目,动作要求,使用场合及颜色等进行按钮的选择。一般用红色表示停止，绿色表示启动。本设计中按钮M1-SB1为急停按钮，红色；M1-SB2和M2-SB1选择按钮的颜色为绿色, 按钮M1-SB3、M2-SB2选择的颜色为红色。
三、PMC程序的设计
3.1FANUC系统、可编程控制器PLC的简介
FANUC系统是日本富士通公司的产品，通常其中文译名为发那科。FANUC系统进入中国市场有非常悠久的历史，有多种型号的产品在使用，
使用较为广泛的产品有FANUC 0、FANUC16、FANUC18、FANUC21等。在这些型号中，使用最为广泛的是FANUC0系列。
系统在设计中大量采用模块化结构。这种结构易于拆装、各个控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。FANUC系统设计了比较健全的自我保护电路。
PMC信号和PMC功能指令极为丰富，便于工具机厂商编制PMC控制程序，而且增加了编程的灵活性。系统提供串行RS232C接口，以太网接口，能够完成PC和机床之间的数据传输。
FANUC系统性能稳定，操作界面友好，系统各系列总体结构非常的类似，具有基本统一的操作界面。FANUC系统可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。
鉴于前述的特点，FANUC系统拥有广泛的客户，使用该系统的操作员队伍十分庞大。
PLC(Programmable Logic Controller)可编程程序控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。PLC的工作原理是用触点和线圈实现逻辑运算。
FANUC数控系统将PLC记为PMC,称作可编程机床控制器，即专门用于控制机床的PLC。目前FANUC系统中的PLC均为内装型PMC。
CNC侧包括CNC的硬件和软件；MT侧包括机床机械部分、机床辅助装置、机床操纵台、机床强电电路等。PMC处于CNC侧和MT侧之间，对CNC侧和MT侧的输入、输出信号进行处理。
PMC、CNC侧和MT侧三者之间的信息交换包换如下4部分：MT侧至PMC；PMC至MT侧；CNC至PMC；PMC至CNC侧。
PMC地址的规定如下。
X：由机床至PMC的输入信号（MT→PLC）
Y：由PMC至机床的输出信号（PMC→MT）
F：由CNC至PLC的输入信号（CNC→PLC）
G：由PMC至CNC的输出信号（PMC→CNC）
R：内部继电器
D：非易失性存储器
3.2 PMC的基本指令、功能指令
PMC的指令有两种：基本指令和功能指令两种指令。在设计顺序程序时，使用最多的是基本指令。由于数控机床执行执行顺序逻辑往往较为复杂，仅使用基本指令编程会十分困难或规模庞大，因此必须借助功能指令以简化程序。PMC的基本指令、功能指令见表3－1、表3－2。
表3-2功能指令表
3.3 PMC程序梯形图
梯形图（LAD）是在继电器控制系统基础上发展出来的一种图形语言，
在形式上类似于继电器控制电路。FANUC PMC的梯形图见图3-1。
图3-1 PMC梯形图
梯形图编程语言的特点：梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列，两侧的垂直公共线称为母线；梯形图中的继电器室PMC内部的编程元件；在梯形图中有一个假想的电流，称为能流，从左到右；PMC按编号来区别编程元件。
PMC梯形图见图3-2。
PLC程序信号地址表见表3-3。
图3-2 PMC梯形图
表3-3 PLC程序信号地址表
PLC程序功能的说明
按下急停按钮，发出急停信号X1000.4，线圈G80.4通电，第一层结束。
机床准备好时，线圈R0.0通电；常开触点R0.0接通，线圈Y1001.6通电，正常灯亮。按下手动按钮，常开触点X1003.0接通，机床手动方式打开。机床准备好，常开触点R0.0接通，按下电机接通按钮，发出电机接通信号X1000.7，线圈X1000.0通电，电机接通。机床准备好，且无任何报警信号产生时，电机接通，按下主轴正(反)转按钮，线圈X1000.2通电，主轴正(反) 转并自锁。
译码指令DECT对电机通主轴正、反转信号进行译码。主轴正反转，输出信号R10.3（R10.4），线圈Y1000.7通电，线圈G5.0通电，主轴正反转结束,第二层结束。
小结
作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同事的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我老师，在我做毕业设计的每个阶段，从实习到查阅资料，设计草案的确定和修
改，中期检查，后期详细设计，草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。
。
参考文献
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[2]夏燕兰主编.数控机床维修工. 北京：机械工业出版社2009.7
[3]廖常初主编.PLC基础及应用.北京：机械工业出版社，2003.6
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[5]王刚编著.数控机床调试、使用与维修.北京：化学工业出版社，2006.2
[6]梁静，数控机床设计手册，机械工业出版社，2003.1
[7]周军，电器控制及PLC，机械工业出版社，2005.11
附录
电源电路图见图1。
图1 电源电路图
CNC电路图见图2。
图2 CNC电路图
数控车床主轴箱设计
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，相对来手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
(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。
数控车床的主传动系统设计
第一章概论 一、数控系统发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 二、国内数控机床状况分析 （一）国内数控机床现状 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。（二）国内数控机床的特点 1、新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 2、数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。 2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 3、数控机床发展的关键配套产品有了突破。 三、数控系统的发展趋势 1.继续向开放式、基于PC的第六代方向发展基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。 2.向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。 3.向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。（1）应用自适应控制技术数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。（2）引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 （3）引入故障诊断专家系统（4）智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参 数，使驱动系统获得最佳的运行。 四、机床数控化改造的必要性（一）微观看改造的必要性从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
数控车床主传动机构设计方案
数控车床主传动机构设计方案 数控车床是现代机械加工行业中的重要设备之一，其精度和效率对整个制造业具有重要的影响。其中主传动机构是数控车床最关键的组成部分之一，直接影响到机床的性能和加工效果。因此，本文将就数控车床主传动机构设计方案进行探讨。 首先，我们需要明确数控车床主传动机构的基本功能，即转换电机的旋转运动为切削刀具和工件之间的相对运动。主传动机构的设计应该考虑到以下因素： 1. 传动效率：主传动机构传递电机动力的效率决定了数 控车床的加工效率和耗能情况。因此，应该选用能够提供高传递效率的传动方式，如同步带传动系统或齿轮传动系统。 2. 稳定性和可靠性：对于高速运转的机床来说，稳定性 和可靠性至关重要。传动系统的设计应该能够减少振动和噪音，并且能够确保长期的可靠运行。 3. 正确的转速调节：数控车床需要能够实现旋转速度的 精确定位和调节，以适应不同的加工要求。因此，设计应该考虑涉及到反馈机制的电子速度控制。 4. 耐磨性和寿命：机床的传动系统在高负荷下工作，同 时其精度和寿命有着极其重要的关系。因此，应该选用经测试的高强度、低磨损材料来构建主传动机构。
综上所述，我们可在以下两个方面，对数控车床主传动机构进行设计方案的讨论： 方案一：同步带传动系统 在同步带传动系统中，电机的运动通过同步齿轮和同步带传递到机床主轴。同步带传动设计的优点如下： 1. 可靠性好。同步齿轮连接方式使得同步带具有较强的耐久性和抗扭曲性。 2. 维护简单。使用同步齿轮和带轮而不是齿轮齿条，可以减少机床本身的维护和潜在的问题。 3. 噪音低。同步带传动系统相比于齿轮传动系统拥有更少的接触点，因而可以降低机床的噪声。 4. 成本低。同步带传动的制作成本比齿轮更为便宜。 缺点： 1. 接触作用较小。传动效率不如齿轮传动系统高。 2. 需要更加频繁地更换同步带摩擦面，因为它们的磨损速度较快。 方案二：齿轮传动系统 在齿轮传动系统中，机床主轴由电动机通过齿轮连接传动给。因此，齿轮传动设计的优点如下： 1. 能够提供高传动效率。齿轮传动系统具有高效率和高扭转刚度，因此能够提供高速旋转的能力。
数控机床主轴设计方法(一)
数控机床主轴设计方法(一) 数控机床主轴设计 引言 数控机床主轴设计是数控技术中的关键环节，合理的主轴设计直接影响着数控机床的工作效率和加工质量。本文将详细介绍用于数控机床主轴设计的各种方法。 1. 热平衡设计方法 •传导热平衡设计 –采用高导热材料填充主轴内部空隙，提高传导热的能力。 –优点：简单易行，成本低。 –缺点：热平衡效果有限。 •冷却设计 –采用内部冷却系统，如冷却油或冷却液。 –优点：能有效降低主轴温度，提高主轴稳定性。 –缺点：维护较为复杂，成本较高。 •热响应平衡设计
–基于热响应分析，通过改变主轴结构和材料分布来实现热平衡。 –优点：可以在设计阶段解决热平衡问题。 –缺点：需要热响应分析专业知识。 2. 动态平衡设计方法 •静平衡设计 –通过调整主轴结构，使得主轴在旋转时不会引起不平衡。 –优点：简单易行，成本低。 –缺点：目标是在某一转速下实现平衡，不能适应转速变化的情况。 •动平衡设计 –采用动平衡仪进行动态平衡调整。 –优点：可以在不同转速下实现平衡，提高主轴动态平衡性能。 –缺点：需要专业的动平衡仪器和技术人员。 3. 结构设计方法 •轴承选型和布局
–选用合适的轴承和合理的轴承布局，以满足主轴的工作要求。 –优点：能提高主轴的运行平稳性和工作精度。 –缺点：需要综合考虑轴承的负荷承受能力和使用寿命。 •刚度设计 –主轴整体刚度设计，主要包括主轴箱的刚度和轴承的刚度。 –优点：能提高主轴抗振能力，降低振动和噪音。 –缺点：需要精确计算和结构分析。 结论 数控机床主轴设计是一个复杂而关键的工作，需要综合考虑热平衡、动态平衡和结构设计等因素。合理的主轴设计可以提高数控机床 工作效率和加工质量，从而提升整体生产力。在实际应用中，根据具 体需求选择合适的方法进行主轴设计，以满足工业生产的要求。 参考文献 1.Wang, J., Zhang, H., & Fan, H. (2018). Research on heat balance of high-speed spindle based on optimized structural design. Journal of Superhard Materials, 40(4), . 2.Wang, Y., Song, Y., & Liang, C. (2020). Research on dynamic balance technology of CNC machine tool spindle
数控铣床电主轴系统设计说明书
目录 引言 (1) 1.数控铣床简介 (3) 1.1.数控铣床组成 (3) 1.2.数控铣床的工作原理 (4) 1.3数控铣床加工的特点 (4) 1.4数控铣床加工的主要对象 (4) 2.电主轴概述 (5) 2.1电主轴的基本概念 (5) 2.2电主轴单元关键技术 (6) 2.2.1高速精密轴承技术 (6) 2.2.2高速精密电主轴的动态性能和热态性能设计 (7) 2.2.3高速电动机设计及驱动技术 (8) 2.2.4高速电主轴的精密加工和精密装配技术 (8) 2.2.5高速精密电主轴的润滑技术 (9) 2.2.6高速精密电主轴的冷却技术 (9) 2.3高速电主轴发展及现状 (9) 2.3.1高速电主轴技术的发展及现状 (9) 2.3.2主轴单元结构形式研究的发展 (11) 2.4电主轴对高速加工技术及现代数控机床发展的意义 (12) 2.5内装式电主轴系统的研究 (13) 3.电主轴工作原理及结构 (16) 3.1电主轴的基本结构 (16) 3.1.1轴壳 (16) 3.1.2转轴 (16) 3.1.3轴承 (17) 3.1.4定子及转子 (17)
3.2电主轴的工作原理 (17) 3.3电主轴的基本参数 (19) 3.3.1电主轴的型号 (19) 3.3.2转速 (19) 3.3.3输出功率 (19) 3.3.4 输出转矩 (19) 3.3.5电主轴转矩和转速、功率的关系 (20) 3.3.6 恒转速调速 (20) 3.3.7 恒功率调速 (20) 3.3.8 轴承中径 (20) 3.4自动换刀装置 (21) 4. 电主轴结构设计 (22) 4.1主轴的设计 (22) 4.1.1.铣削力的计算 (22) 4.1.2 主轴当量直径的计算 (23) 4.2高速电主轴单元结构参数静态估算 (23) 4.2.1 高速电主轴单元结构静态估算的内容及目的 (23) 4.2.2轴承的选择和基本参数 (23) 4.3轴承的预紧 (24) 4.4主轴轴承静刚度的计算 (24) 4.4.1 主轴单元主要结构参数确定及刚度验算 (26) 4.4.2主轴单元主要结构参数确定 (27) 4.4.3主轴强度的校核 (32) 4.4.4主轴刚度的校核 (34) 4.4.5主轴的精密制造 (35) 4.5主轴电机 (36) 4.5.1电机选型 (36) 4.6主轴轴承 (37) 4.6.1轴承简介 (37) 4.6.2陶瓷球轴承 (38) 4.6.3陶瓷球轴承的典型结构 (40)
ck6150数控车床主轴箱设计(含全套cad图纸) .
毕业设计（论文）任务书 系部： 专业： 学生姓名：学号： 设计(论文)题目：CK6150数控车床主轴箱设计 起迄日期: 20**年3月9日~ 6月14日 设计(论文)地点: 指导教师: 专业负责人: 发任务书日期:20** 年2月26日
毕业设计（论文）任务书 1．本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过这次毕业设计使学生初步掌握机床设计和机械零件设计的一般方法，学会查阅技术文献。掌握技术文件编写的格式。 2．本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1、课题任务的内容：进行CK6150数控车床主轴箱设计。 2、课题任务的要求： 该主轴箱设计完成以后能够实现主轴12档转速，最低转速70 rpm、最高转速1400rpm，半自动换档变速。机床主轴中心高为250mm。
5．本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起迄日期工作内容20**年 3月9日~ 3月15日3月16日~ 3月22日3月23日~ 4月5日4月6日~ 4月19日4月20日~ 4月30日5月1日~5月17日5月17日~ 5月30日6月1日~ 6月7日6月8日~ 6月14日熟悉课题，调研，确定设计方案，完成开题报告。完成外文翻译。 总体设计，方案论证。 完成部件设计初稿。 部件设计定稿。 完成零件设计初稿。 零件设计定稿。 完成说明书初稿 毕业设计定稿，论文答辩 所在专业审查意见： 负责人： 20**年月日系部意见： 系部主任： 20**年月日
毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：学号： 专业： 设计(论文)题目：CK6150数控车床主轴箱设计指导教师:
数控车床总体设计及其主轴箱设计要点
数控车床总体设计及其主轴箱设计 要点 数控车床是现代机械加工中的一种高精度、高效率的机械设备，广泛应用于各个领域的生产制造中。数控车床总体设计及其主轴箱设计是数控车床制造中的关键步骤，对于数控车床的性能表现和生产效率有着重要的影响。 一、数控车床总体设计 数控车床总体设计的目标是在满足加工工件几何精度、表面粗糙度和生产效率的基础上，实现数控车床的高速度、高精度、高可靠性和高效率。数控车床总体设计涉及到车床主轴箱、导轨滑动版、刀塔、电器控制系统、液压系统以及冷却系统等方面的设计，各方面的设计都应协同配合，共同完成数控车床的制造。 数控车床总体设计要考虑以下几个方面： 1.结构设计：数控车床结构设计应以稳定性、刚度和减震 性能为重点，保证车床在加工过程中不会出现振动和变形现象。 2.精度设计：数控车床精度设计包括加工精度、运动精度、换刀精度和定位精度等方面的设计。这需要保证各个零部件的精度达到高标准，以实现数控车床的高精度加工。
3.操作设计：数控车床操作设计应遵循人机工程学的原则，便于操作员操作和维护。同时，应提供适当的盲孔孔隙和易于清洁的表面，以减少操作员在清洁和维护上的时间和精力。 4.安全设计：数控车床安全设计应实现高安全性，包括启 动和停止、刀具更换、程序设置等方面。同时，应设有必要的安全措施，如防爆门、烟雾探测器等。 二、主轴箱设计要点 主轴箱设计是数控车床制造中的核心部分，其质量和性能不仅直接影响到数控车床的加工质量和生产效率，而且直接决定了车床的使用寿命。因此，在进行主轴箱设计时，需要注重以下几个方面： 1.材料的选择：主轴箱需要承受高转速和高负荷，因此需 要选择高强度、高刚度和高耐磨材料。 2.加工工艺：主轴箱的加工工艺应选用高精度、高效率的 加工工具和先进的加工设备进行加工，以保证主轴箱的精度和表面质量。 3.润滑和冷却系统：主轴箱润滑和冷却系统的设计应符合 主轴箱的使用要求。在润滑方面，主轴箱应设置油盘喷润滑、油工喷润滑、滴漏式润滑等润滑形式。在冷却方面，主轴箱应设置水冷形式，以减少主轴箱在高速转动时的热量产生。 4.结构设计：主轴箱结构设计应合理、可靠，避免在运转 过程中产生故障。同时应考虑结构紧凑化和操作维护的便捷性。
数控车床主轴箱设计
数控车床主轴箱设计 数控车床主轴箱设计 数控车床是现代机械加工的重要工具之一，其主要工作原理是利用控制器控制各轴运动，实现零件的加工。而数控车床主轴箱则是数控车床的关键部件之一，其设计的优劣直接影响着数控车床的精度和稳定性。本文将详细介绍数控车床主轴箱的设计要点。 1.主轴箱结构设计 数控车床主轴箱是由主轴、轴承、气动元件、传动系统、冷却系统等组成。主轴箱的设计最重要的是结构设计，其结构应该具有高强度、低振动、高刚度和较好的密封性，以确保数控车床的高精度加工。 主轴的轴承应使用高精度的进口轴承，以保证数控车床的高速、高精度运行。传动系统应采用齿轮蜗杆传动或齿轮传动，并配以足够的冷却系统，以保证传动系统的稳定性和寿命。气动元件选择优质的气缸、气动阀等，以确保气动系统的可靠性和精度。同时，主轴箱中的气路设计要合理，以实现气路的快速响应和准确控制。 2.润滑系统设计
数控车床主轴箱中的润滑系统是关键的部件之一。优秀的润滑系统应具有高效的冷却和润滑功能，以确保主轴和轴承的寿命和稳定性。 在润滑系统中，应选用高精度噴雾量的润滑泵，以确保油膜的均匀分布。同时，润滑泵的位置和管路的设计要合理，以实现润滑油的流速和压力的稳定性。对于数控车床主轴箱的高速加工，应使用高速润滑油，以防止润滑油的泡沫化和变质。 3.冷却系统设计 数控车床主轴箱中的冷却系统同样是关键的部件之一。冷却系统既可起到冷却主轴箱并维持其温度均衡的作用，也可以起到冷却砂轮并保持其工作性能的作用。 在冷却系统中，应选用高效的冷却器和过滤器，以保证冷却液的干净和清新。管路设计应合理，管径大小要适当，以确保冷却液的畅通和流量的稳定性。在使用过程中，应根据冷却液的性质和使用情况进行定期更换和清洗，以保证冷却液的质量和使用寿命。 4.加工精度设计 对于数控车床主轴箱的加工精度设计，应考虑数控系统的实际需求和主轴箱结构的特点，以达到最优的精度、效率和稳定性。 在加工精度设计中，应严格控制主轴箱的几何尺寸和位置精度，以保证主轴箱与刀具的精确定位。同时，应加强对主轴箱的动态平衡和振动分析，以确保主轴在高速旋转情况下的稳定性和精度。此外，对于数控车床的切削参数和工艺参数的调
数控车床电主轴设计
摘要 本文阐述了车床电主轴的发展历史、现状以及趋势，并介绍了电主轴的工作原理及关键技术。然后，确定了合理的电主轴总体结构，分别对电主轴的电机、编码器、转子、定子和冷却系统等各零部件作了设计，产生了装配图、零件图与设计说明书等设计文档。最后，对电主轴的旋转轴和轴承进行了详细的分析和校核，计算表明，该电主轴设计符合要求。 关键词：车床；电主轴；主轴；轴承
Abstract This paper describes the history, status and trends of lathe electrical spindle development, and also introduce the working principle and key technology of electrical spindle. Then, the reasonable structure of the electrical spindle is determined. The structure of main components is designed, such as axis, encoders, rotor, stator and cooling systems. The assembly drawings, part drawings and design specifications and other design documents is generated. Finally, the detailed analysis and verification of the axis and bearing are made. The calculation result shows that the design of electrical spindle meets the requirements. Key words:lathe；electrical spindle；spindle；bearing
数控车床主轴组件设计
数控车床主轴组件设计 数控车床主轴组件是数控机床中最基本、最重要的部件之一。其主要作用是将旋转电机的动力转化为刀具的相对运动。主轴组件的设计质量直接影响到机床的加工精度、切削效率和使用寿命。因此，在数控车床的设计中，主轴组件的设计显得尤为重要。本文将从设计要求、主要结构、材料选用、加工工艺等方面详细阐述数控车床主轴组件的设计。 一、设计要求在数控车床主轴组件设计过程中，需要考虑以下一些因素： 1. 总体尺寸：根据数控车床的使用场景，确定主轴组件的长度、直径等尺寸，并保证其能够安装到机床上并协调运动。 2. 刚性要求：数控车床需要进行高精度的加工，因此主轴组件的刚性需要足够高，能够承受切削力和切削热等负载，保证刀具的精度和寿命。 3. 精度要求：主轴组件的精度取决于各个部件的加工质量和装配精度。不同的加工要求对主轴组件精度的要求不尽相同，因此在设计过程中需要根据实际需求设定相应的精度标准。 4. 特殊要求：根据数控车床的特殊加工要求，主轴组件可能还需要具备高温抗性、低噪音、低振动、耐腐蚀等特殊性能，因此需要针对实际需求进行定制化设计。
二、主要结构数控车床主轴组件主要由主轴箱、主轴、轴承、传动装置、调速装置和夹具等组成。 1. 主轴箱：主要承载整个主轴组件，并连接到车床上。 主轴箱需要具备足够的刚性和稳定性，防止在高速运转时产生振动和因热膨胀引起的变形。 2. 主轴：作为主轴组件的核心部件，需要具备高强度、 高精度和高刚性。通常采用高强度钢材或工程塑料材料制造，以确保其能承受高速运转和不同方向向心力的作用。 3. 轴承：轴承承受主轴的径向和轴向力，并保证主轴组 件的转动平稳和精度稳定。常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，选择时需要根据应用场景和对精度的要求进行综合考虑。 4. 传动装置：传动装置将电动机的旋转动力传递到主轴上，通常采用皮带传动、齿轮传动和磁力传动三种方式。 5. 调速装置：调速装置是保证数控车床能够满足不同加 工需要的关键部分。主要包括变频器、电子主轴和离合器等。通过调节传动装置和调速装置，可以实现数控车床主轴的高速、低速和变速的控制。 6. 夹具：主要是用于固定工件和刀具。其结构类型有卡盘、手夹、弹性夹等。不同的夹具选择需要根据加工对象、加工质量和应用环境等进行综合考虑。 三、材料选用数控车床主轴组件的材料选用直接影响组件的性能和寿命。在选择材料时，需要有针对性地进行设计，根据主轴组件的实际需求选择适当的材料。
数控车床主轴控制设计
前言 本论文主要介绍数控车床主轴控制的设计，根据电气控制的要求，设计了的电气原理图。根据电气元件参数的设定，来确定各元器件的选择。根据设计要求及强电控制线路和控制要求，编写PMC程序，介绍了FANUC、 PLC、FANUC系统的指令以及编程；最后，针对所设计的内容进行总结。
一、绪论 1.1选题背景与意义 数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Compute Numerical Control），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。 数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平，数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。数控技术是制造实现自动化，集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。 在数控机床中，主轴是机床里的一个非常重的部分，对于它的控制的好坏一定程度上反应一个机床的控制柔性的程度。主轴驱动系统控制数控车床主轴的旋转运动，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，直流电动机已逐渐被淘汰，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。为了获得良好的主轴特性，设计中采用矢量变频控制的交流主轴电动机，矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，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符合控制要求 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。 论文以我所在常熟车床加工有限公司数控车间的永进TC15数控车床为研究对象，结合所学知识参考数控设备应用与维护综合实训，论文主要研究永进TC15数控车床的主轴控制系统、电气原理设计，PMC程序的设计等内容。 在实习期间培养了自己的职业能力，激发学习主动性，培养社会生存能力，锻炼自己理论与实践相结合的能力，回顾、运用所学的理论知识，并为将来走上工作岗位奠定基础。 1.2数控机床对主轴驱动系统的要求 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
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)
数控车床的主传动系统设计及控制论文
数控车床的主传动系统设计及控制 第一章：绪论 1.1数控车床简介 数控车床，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果。 主机，他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 数控设置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 “CNC”是英文Computerized Numerical Control（计算机数字化控制）的缩写。数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。 这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。
数控车床主轴设计
数控车床主轴系统分析报 告 学院:机械工程学院 班级：09创新一班 姓名： 学号:0910100xxx
MJ—50数控车床主轴结构 下图为MJ—50数控车床主轴结构.交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7 。主轴前支承由一个双列圆柱滚子轴承1 1和一对角接触球轴承1 0组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承分别承受两个方向的轴向载荷，另外还承受径向载荷。松开螺母8的锁紧螺钉,就可用螺母来调整前支承轴承的间隙。主轴的后支承为双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母1和螺母6来调整。主轴的支承形式为前端定位,主轴受热膨胀向后伸长，前后支承所用双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高.前支承中的角接触轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速大载荷的需要。主轴的运动经过同步带轮16、同步带轮3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。 1、主传动系统的传动方 式： 机床主传动系统可 分为无极变速传动和有 级变速变速传动。与普 通机床相比，数控车床 的主传动采用交、直流 主轴调速电动机，电动 机调速范围大，并可无 级调速,使主轴箱结构 大为简化。为了适应不 同的加工需要，数控车 床的主传动系统有一下 三种传动方式: 1.1由电机直接驱 动：主轴电机与主轴通 过联轴器直接连接，或 采用内装式主轴电动机 直接驱动，如下图a所 示。采用直接驱动大大 简化了主轴箱结构，能有效提高主轴刚度。这种传动的特点是主轴转速的变化、出去转矩与电机的特性完全一致。但由于主轴的输出功率和转矩特性直接决定于主轴电动机的性能,因而使这种变速传动的应用受到了一定的限制。 1。2采用定比传动:主轴电动机经定比传动传递给主轴，如下图b所示。定比传动可采用带传动或齿轮传动,带传动具有传动噪声小、振动小的有点，一般应用在中小型数控车床上.采用定比传动扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上能满足主轴功率与转矩的要求,但其变速范围仍与电动机的调速范围相同。 1.3采用分档变速传动：采用分档变速传动主要是为了解决主轴电动机的功率特性与机床主轴功率特性的匹配，如下图c所示.变速机构仍然采用齿轮副来实现。目前，电动机本身的调速范围已达1：100~1:1000，所以多数机床的变速传动机构不超过2级。采用分档变速传动可适应更多的刀具材料和更广泛的工艺要求,并满足各种切削运动的转矩输出,特别是保证低速时的转矩和扩大恒功率的调速范围。 2、主轴组件设计 2。1主轴组件的性能要 求 主轴组件是机床主 要的部件之一。由于主 轴组件直接承受切削 力，转速范围又很大，
数控机床控制系统设计
数控机床控制系统设计 数控机床控制系统是现代机械加工中的重要设备，不仅减轻了人工操作的负担，还能够实现高效精确加工。本文将从数控机床控制系统的设计原理、控制器的分类以及系统设计中需要考虑的因素等各方面进行详细阐述。 一、数控机床控制系统设计原理 数控机床是一种以计算机控制的工具设备。数控机床的工作原理是通过加工程序与自动化机床相连接，由计算机系统对机床运动进行控制。数控机床的加工程序是一种由G代码和M 代码组成的程序，G代码主要用于控制机床的直线运动和圆弧运动、刀具半径、零点位置等，M代码则是用于控制机床的主轴转速、冷却液开关等控制信号。基本上数控机床可以实现加工各种形状的物件，而且加工精度高，生产效率高。 二、控制器的分类 数控机床控制器根据其构成和结构可以大致分为以下几个类型： 1、点位控制器（P控制器）：点位控制器可以控制每一个轴单独移动到预定的位置后，马上停止这一轴的运动，使其它轴继续运动。
2、直线插补控制器（L控制器）：直线插补控制器是比点位控制器更为先进的控制器，它不仅在每个轴位置上进行控制，还可以控制各轴在不同的位置上同时启动或同时停止。 3、圆弧插补控制器（C控制器）：圆弧插补控制器是对圆弧运动进行控制的控制器。它可以自动地计算和控制机床在坐标平面或变位平面上的转折点、曲线半径以及运动方向等，圆心和半径的计算完全由控制器来完成。 4、模态控制器（M控制器）：模态控制器是负责管理机 床程序重复执行的控制器。它只需输入一次程序，就可以重复地使用该程序。换言之，它可以使用多个程序段，从而实现切换各种不同加工方式，同时还可以根据不同的工件要求随时更改程序的具体内容。 三、系统设计中需要考虑的因素 在设计数控机床控制系统时，需要考虑如下因素： 1、系统稳定性：稳定性是数控机床控制系统设计的重要 指标，必须保证系统在加工过程中不会出现任何一个运动轴的失控。系统设计时需要合理选用现代控制技术，同时要对硬件和软件进行完整测试，保证系统的稳定性。 2、系统速度：数控机床控制系统的速度是关键因素，也 是用户关心的一个问题。在确定控制器类型及性能的同时，要正确选择伺服电机及步进电机，并合理地进行系统驱动，从而达到最优加工效果。 3、操作性：数控机床控制系统发展历史长，控制器的操 作性能手段也是各异，如何在设计中评价操作性是一个问题。
一种双主轴数控机床控制电路设计
一种双主轴数控机床控制电路设计 双主轴数控机床是一种具有多轴控制能力的机床，通过控制电路实现对两个主轴的独 立控制。本文将对一种双主轴数控机床控制电路的设计进行详细阐述。 根据双主轴数控机床的需求，我们需要设计一种能够同时控制两个主轴运动的控制电路。这个电路需要具备以下功能：轴的位置控制，速度控制，加减速控制，进给控制等。 在设计这个控制电路之前，我们需要先确定使用的控制器类型。传统的PLC（可编程逻辑控制器）在这种双主轴数控机床中已经不能满足要求，因为PLC只能进行顺序控制，无 法实现两个主轴的同时控制。我们选择使用先进的数控控制器（CNC）。 数控控制器使用了运动控制卡（Motion Control Card）来实现对电机的控制。运动控制卡是一种高性能的硬件设备，可以实时地向电机发送控制信号，实现对电机运动的精确 控制。在这个控制电路中，我们将使用两张运动控制卡，分别连接到两个主轴的电机上。 为了实现对运动控制卡的统一管理和操作，我们需要使用一台嵌入式工控机作为主机。嵌入式工控机可以通过软件程序与运动控制卡进行通信，实现对控制卡的命令发送和数据 接收。 基于以上的硬件配置，我们可以开始设计双主轴数控机床的控制电路。我们需要编写 一段控制程序，用于控制主机向运动控制卡发送命令。这个程序可以使用C语言或者其他 高级语言编写，并通过串口或者以太网接口与运动控制卡进行通信。 接下来，我们需要设计一个中间的逻辑控制模块，用于处理主机发送的命令并转换成 控制信号发送到各个电机。这个逻辑控制模块可以由PLC或者FPGA（现场可编程门阵列）来实现，根据实际需求进行选择。 我们需要设计一套运动控制电路，用于将逻辑控制模块输出的信号转换成电机所需的 控制信号。这个电路可以使用驱动器芯片和功率放大器来实现，具体的设计方案可以根据 电机的类型和规格进行选取。 在整个控制电路设计过程中，我们需要注意一些关键问题。要保证电路的通信稳定可靠，确保主机与运动控制卡之间能够正常通信。要精确控制电机的位置和速度，需要使用 高精度的编码器和传感器来实时监测电机运动状态。要保证控制电路的安全性和可靠性， 通过合理的电路隔离和保护措施来防止电路故障和意外发生。 双主轴数控机床控制电路的设计是一项复杂的工作，需要综合考虑硬件和软件的因素，并通过合理的设计和测试来确保电路的正常运行。通过合理选择控制器类型和设计合适的 控制电路，我们能够实现对双主轴数控机床的高精度控制和灵活运动。
数控车床主轴系统设计
目录 内容摘要 (1) 第一部分 1.1前言 (2) 第二部分主轴组件设计 2.1主轴结构的初步拟定 (11) 2.2主轴的材料与热处理 (13) 2.3主轴的技术要求 (13) (1)轴颈 (13) (2)内锥孔 (14) 第三部分主轴组件的计算 (14) 3.1主轴直径的选择 (14) 3.2主轴前后支承轴承的选择 (15) (1)主轴前支承轴承的选择 (15) (2)主轴后支承轴承的选择 (16) 3.3主轴内孔直径 (16) 3.4主轴前端悬伸量 (17) 3.5主轴支承跨距 (18) 第四部分主轴结构图 (18) 第五部分主轴组件的验算 (18) 5.1主轴端部挠度 (19) 5.2支承的简化 (19) 5.3主轴的挠度 (20) 5.4主轴倾角 (20) 第六部分主轴组件的润滑和密封 (21) 6.1主轴轴承的润滑 (21) 6.2主轴组件的密封 (21) (1)主轴组件密封装置的功用 (22)
(2)对主轴组件密封装置的要求 (22) (3)主轴组件密封装置的类型 (22) (4)主轴组件密封装置的选择 (22) 第七部分主轴组件中相关部件 (23) 7.1轴肩挡圈 (23) 7.2挡圈 (23) 7.3圆螺母 (23) 7.4套筒 (24) 7.5前、后支承的轴承盖 (25) 7.6主轴用套筒及其锁紧部分 (26) 7.7主轴尾部的内花键 (27) 第八部分主轴组件轴向调节机构 (28) 8.1丝杠螺纹 (28) 8.2丝杠轴承的选择 (28) 8.3丝杠螺母 (29) 8.4丝杠中段螺纹 (29) 8.5丝杠上的内隔套 (29) 8.6丝杠上调节用锥齿轮 (30) 第九部分箱体设计 (30) 致谢 (31)