数控机床电气控制系统的设计.docx

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1、数控机床电气控制系统的设计南京工程学院康尼学院本科毕业设计（论文）摘 要数控技术发展飞速的今天，数控技术在现代制造业发挥越来越重要的作用， 数控机床是数控制造业的核心，本文主要介绍了对数控车床的电气系统设计的 过程。CK6140数控车床，对其电气系统设计使尤为重要的，其内容包括强电设计、 弱点设计、PLC输入输出及接口设计，绘制出整个机床的电气系统原理图等。本设计给出了整个机床的原理图绘制过程，重点部分模块化，较详细地介 绍了各个部分的功能及用途。分为380V强电回路，控制回路，PLC输入输出控 制，主轴驱动模块和进给伺服驱动模块，并介绍了相关的电气知识。通过本设计说明书可以基本上掌握数控车床

2、的电气原理，以及基本的电气 常识，使读者无论是从整体上还是各个模块中都能够了解到数控车床相关的一 系列电气知识。关键词：数控系统；数控车床：主电路：控制电路：PLC控制：电气原理图inABSTRACTThe numerical controls that the technique development fast today, the numerical controls technique at the modem manufacturing industry exertive more and more importance function, numerical control too

3、l machine is number control a manufacturing industry of core, this text mainly introduced logarithms to control the processed that the electricity system of lather design.CK6140 NC lathe, as to it*s the electricity system design make is important, its contents includes a strong electrically design,

4、weakness design, PLC importation output and Interface design, draw the electricity system principle diagram of a the whole tool machine etc.This principle diagram which designs to the whole tool machine draws process and the point parts of mold piece turn and compared to in detail introduce each fun

5、ction and use of part. Is divided into the 380 Vs strong electricity back track, control back track, the PLC importation outputs a control, the principal axis drives a mold piece and enters to servo drive a mold piece, and introduced related electronic knowledge.Through this design system can basica

6、lly control numerical control the electricity principle of lather, and basic electronic common sense, make the reader regardless can understand numerical control the lather related series of electricity knowledge from wholly the top still each mold piece.Key Words： NC system; NC lathe; Main circuit;

7、 Control circuit; PLC control; Electric principle chartsIII目 录第一章绪论11.1引言11. 2数控机床概述11.3数控技术的发展趋势31.3. 1高速、高精加工技术及装备的新趋势31. 3. 2五轴联动加工和复合加工机床快速发展41.3.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势41.3.4重视新技术标准、规范的建立51.4 CK6140数控车床主简介6第二章数控车床的基本组成和工作原理72. 1数控车床组成72. 2数控车床工作原理92. 3 CK6140数控车床运动分析102.4 CK6140数控车床电气系统简述11

8、第三章CK6140数控车床主轴驱动系统143. 1主轴驱动系统概述143. 1.1主轴电动机143. 1. 2主轴电动机选型的要求： 143. 1.3主轴电动机选型153. 2变频器电动机主轴驱动装置153. 2. 1 FANUC 0i Mate 主轴驱动装置153. 2. 2设备的选型方法163. 2.3 FANUC通用变频器183. 2.4变频器主轴伺服驱动电路19第四章CK6140数控车床进给伺服系统设计204.1机床进给伺服系统概述204.2 CK6140数控车床对伺服驱动进给系统的要求204.3进给伺服系统的选型与控制原理214.4伺服电机的选型224. 4.1负载力矩的计算234.

9、 4.2负载惯量的计算244. 4.3加速力矩的计算254. 4.4计算力矩的均方根值26第五章CK6140数控车床辅助系统设计285. 1 CK6140数控车床辅助系统概述285.2刀架传动系统设计285. 2. 1 CK6140数控车床电动刀架的选型285. 2.2电动刀架连接电路295.3冷却系统的设计315. 4液压系统设计32南京工程学院康尼学院本科毕业设计（论文）第六章常用电器元件的选型346.1低压电器选型的一般原则346. 2断路器的选型346. 3电动机保护用自动开关的选型356.4熔断器选型356.5接触器的选型356.6热继电器的选型366.7中间继电器36第七章CK61

10、40数控车床控制面板设计377. 1数控车床控制面板概述377.2软件操作界面387.3 MPG手持单元41第八章控制系统设计428. 1 CK6140数控车床数控系统选型428.2 FANUC Oi Mate硬件连接简要说明438.3 FANUC Oi Mate 电源装置458.4 FANUC Oi Mate数控系统的综合连接48第九章可编程控制器（PLC）的设计509. 1可编程控制器概述509.1. 1可编程控制器（PLC）的特点： 509. 1. 2可编程控制器的组成及工作方式： 519.2 PLC选型及I/O接线图529.3 PLC输入/输出与通信接口529. 3. 1 PLC输入/

11、输出点529. 3. 2基本功能面板设计549. 3.3通讯接口549.4 PLC程序设计56第十章结论66致 谢67参考文献68附录A：强电控制电路图69附录B：电源电路图70附录C：系统电路图71第一章绪论1.1引言V随着我国市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为 迅速，中、小批量的生产越来越多。在机械、军工、航空工业，中、小批零件 的生产几乎占产品数量75%80%,而且零件外形越来越复杂，精度要求也越来 越高。传统的机床己不能满足要求，柔性加工的重要性更加突出，数控技术相 关装备的需求日益增大。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备 是以数控技

12、术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电 一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：（1）机械制造技术：（2）信息处理、加工、传输技术：（3）自动控制技术：（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。1. 2数控机床概述数字控制（Numerical Control缩写为NC）简称为数控，是指用数字指令来 控制一台或多台设备的动作。它所控制对象有以下几种：1、动作顺序的程序控制。2、主轴、坐标进给速度、更换刀具、开闭冷却液等辅助功能控制。3、有关部件位移量和相对位置关系的坐标控制。数控技术是与机床的控制密切结合而发展起来的，通常把采用数控装置来 实现自

13、动化和高效率加工的机床统称为数控机床。在实现加工合理化及高效率 方面，数控机床与普通机床相比具有许多优势，它突出地表现为：1、数控加工是用机械加工多品种，小批量生产的一种自动化手段。自动化 程度高、加工速度快是数控机床的突出特点。2、数控加工能保持加工条件不变，而使产品质量稳定。由于加工所的条件 （吃刀深度、进给量、主轴转速、刀具等）都己事先由指令规定，所以无论由谁 操作都能得到同一加工质量。3、数控加工极大地提高外形复杂零件的加工效率和加工精度。4、通过数控加工的零件，由于提高了工件与基准面相关尺寸的加工精度， 有可能大大提高零件装配的互换性，而提高装配质量和效率。5、由于加工时间固定，有利

14、于管理，更进一步促使加工定量化，以达到生 产管理的合理化、标准化。这为实现计算机管理生产乃至建立计算机集成制造 系统都打下了坚实的基础。6、由于操作技术被数据化后，熟练工人就可以减少。7、可以大幅度减少人为的操作失误，而降低废次品率。可以不间断地连续 加工，从而缩短了加工周期.由于工夹具的标准化，减少了工夹具的需用量。正是由于数控机床的这些特点，从本世纪五十年代以来，随着电子、计算 机、自动控制以及精密机械与测试技术的不断提高和发展，数控机床也在迅速 发展和演变。世界上的第一台数控机床是由美国在五十年代开发研制的，使用 电子管元件，体积庞大。到六十年代，由于半导体晶体管的开发应用，数控系 统的

15、可靠性提高、价格下降。七十年代随着中小规模集成电路的应用并伴随着纸带传输系统的出现，大 大提高了机床的加工效率及使用的灵活性，也使数控机床日趋完善。八十年代 以来，微处理器的发展与应用，数控技术也迎来了计算机数字控制（Computer Numerical Control缩写为CNC）时代，随着微处理器的运算速度的不断提高， 数控机床的功能和应用范围也在不断的发展与扩大。从这些年数控机床的发展可以看出，它正向着高精度、多功能、高速化。1、高精度化当代工业产品对精度的要求越来越高，近十年来，普通数控机床的加工精 度已由10um提高到5um,精密加工中心则从35皿提高到1l5um,并且 超精密加工精

16、度已开始进入纳米级（O.Olum）。超精密加工机床在向更高精度 （纳米级）发展的同时，也向高效率、和大型化发展。与之相适应，在计算机 技术发展的推动下，各种加工精度补偿技术得到了应用和发展，机床结构材料 也开始普遍采用各种性能稳定、温度影响小的新型材料，如:花岗岩、精密陶瓷 等，使得数控机床的各项精度越来越高。2、高速度化提高生产效率是机床技术发展的永恒主题，这也表现在提高机床主轴的转 速上。中等规格的机加中心的最高转速为4000-6000rpm,到了九十年代，则达 到8000-12000rpm;另一方面，坐标轴的快速移动速度的提高，换刀时间和托盘 交换时间等非切削时间的缩短，也使机床的加工效

17、率大幅提高。3、高柔性化&代产品的多样化和个性化，对机床提出了更高的柔性加工要求。如铢削 加工中心可以铢削、钻孔、攻丝.等。这种将各种加工功能在一台机床上进行集 成，均是为了在一台机床上实现一次装夹就能完成对零件的不同加工要求，这 充分展示了机床加工的柔性，并有利于提高加工精度。4、高自动化自动化是指在全部加工过程中，减少“人”的介入，而能自动地完成规定 的任务。传统的自动化往往与大批量生产联系在一起，使用大量的专用设备和 组合机床。而目前可以通过数控机床和机械加工中心，既可在大批量生产中实 现自动化，也可在小批量、多品种产品生产中实现自动化加工。5、造型宜人化好的数控机床不仅功能齐全、操作安

18、全可靠、性能良好，而且要成为外观 宜人和符合操作人体学的一件艺术品。6、操作简单化从LED显示到TFT液晶显示，操作从按大量按钮到菜单选择甚至对话框操 作使操作越来越简单，显示信息越来越多、越来越明快。7、高可靠性大规模集成电路及计算机的应用，使得数控机床越来越可靠。同时，数控 机床的这些特点也使得机床的数控化不仅从传统的铳、铿、车、钻一类切削机 床，日益广泛地向磨床、压力机等塑性加工机床、绘图机、气割机等特殊加工 设备方面发展，也向柔性制造系统（FMS）,高速机床、专业机床发展。应用范围 日益扩大。但是，数控机床毕竟是一种高自动化的设备，技术复杂、成本较高, 从其使用的经济效益出发，在目前阶

19、段，特别是在我国，仍多用于精度高、形 状复杂的批量零件的加工。相信在不远的将来，随着数控技术的发展，以数控 机床为核心的柔性制造系统、无人工厂必将逐步取代现有的生产模式，成为机 加行业的主导力量。31. 3数控技术的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，他对国计民生 的一些重要行业(IT、汽车、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。从目前世界上数控技 术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1.3.1高速、高精加工技术及装备的新趋势

20、效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效 率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先 端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会(CIRP)将 其确定为21世纪的中心研究方向之一。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10um提高 到5um,精密级加工中心则从3-5um,提高到1l.5nm,并且超精密加工 精度已开始进入纳米级(O.Olum)o在可靠性方而，国外数控装置的MTBF值己达6000小时以上，伺服系统的 MTBF值达到30000小时以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加 工，与之配套的功能部

21、件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进 一步扩大。1. 3.2五轴联动加工和复合加工机床快速发展采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削， 不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，一台五轴联动机床的效率 可以等于二台三轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铳刀进行高速 铳削淬硬钢零件时，五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益。但过去 因五轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比三轴联动数控机床高 出数倍，加之编程技术难度较大，制约了五轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现五轴联动加工的复合主轴头结构大为简 化，其制造难度和成本大幅度

22、降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复 合主轴头类型五轴联动机床和复合加工机床(含五面加工机床)的发展。1.3.3智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势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：为迫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便的智能化， 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、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系

23、统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC (TheNextGeneration Work-Station/Machine Control )x 欧盟的 OSACA (Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的 OSEC (Open System Environment for Controller),中国的 ONC (Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之 5南京工程学院康尼学院本科

24、毕业设计（论文）路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向 机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列 化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不 同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、 数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。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

25、基础单元。1.3.4重视新技术标准，规范的建立a. 关于数控系统设计开发规范如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美 国、欧盟和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统 规范（OMAC、OSACA、OSEC）的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行 了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的 来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。b. 关于数控标准数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信 息交换都是基于ISO6983标准，即采用G, M代码描述如何加工，其本

26、质特征是 面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为 此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649 （STEPNC）,其 目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内 的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准 化。STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃 至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念， 传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程 序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次

27、， STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75%）、加工程序编制时间（约 35%）和加工时间（约50%）。目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了 STEP-NC的IMS计 划（1999. 1. 12001. 12.31 ）。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个 CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范 围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换 的超级模型（Super Model）,其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这 种新的数据交换格式已经在配备了 SIEMENS. FIDIA以及

28、欧洲0SACA-NC数控系 统的原型样机上进行了验证。1.4 CK6140数控车床主简介不同制造厂商制造的CKA6140数控车床选用FANUC OTD, FANUC Oi-MATE TC, FANUC Oi-TA, FANUC Oi-TB、安川 J50L、SIEMENS 802D, FAGOR 8025T, FAGOR 8055T等世界知名公司的数控系统。本次设计的CKA6140数控车 床采用FANUC Oi-MATE数控装置；FANUC通用变频器主轴变速：SVM1-2O进给驱 动装置等数控系统。该机床为万能型通用产品。特别适合于军工、汽车、拖拉机、冶金等行业 的机械加工。主要承担各种轴类及盘

29、类零件的半精加工及精加工。可加工内、 外圆柱面、锥面、车削螺纹、锲孔、钗孔以及各种曲线回转体，可对工件可进 行多次重复循环加工。基本配置：（1）机床采用卧式平床身结构，床身及床腿采用树脂砂铸造，时效处理， 导轨采用高频淬火，整体刚性强。（2）主传动采用变频电机，可实现手动三档，档内无级调速。（3）进给系统采用伺服电机，精密滚珠丝杠，高刚性精密复合轴承结构。 定位准确、传动效率高。（4）配置立式四工位刀架。（5）配有独立的集中润滑器对床鞍及机床滑板进行自动润滑。主轴箱配有 独立润滑系统。（6）机床配有独立的冷却系统。（7）主控制系统为FANUC Oi-MATE。（8）大孔径主轴，其主轴通孔直径中

30、60,能通过较大直径的棒料。主轴 扭矩大，刚性强，可强力切削。（9）独立放置的操纵箱可纵向滑移，便于操作者就近对刀，操纵箱而板采 用触摸式按键，美观可靠。（10）配有内冷却，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷却液飞溅。（11）床鞍及滑板导轨结合而采用“贴塑”处理，移动部件可实现微量进 给，防止爬行。第二章 数控车床的基本组成和工作原理2. 1数控车床组成数控车床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱 动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床 本体及测量反馈装置组成。如下图是数控车床的组成框图。、机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由

31、主轴传动装置、进给传动装置、床身、 工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数 控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方 面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分 发挥数控机床的特点。(2)、CNC 单元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。CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译 码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行 部件作进给运动。输入/输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期, 输

32、入装置为穿孔纸带，现己淘汰，后发展成每式磁带，再发展成键盘、磁盘等 便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通讯串行通信的方式 7南京工程学院康尼学院本科毕业设计(论文)输入。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。伺服单元伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部 件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机 床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电

33、机转过一个角度， 进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应 的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。驱动装置驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱 动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图 纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和 交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置， CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床 的重要组成部分。可编程控制器可编程控制器(PC, Programmable Controlle

34、r)是一种以微处理器为基 础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这 种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制，故把称它为可编程逻辑 控制器(PLC, Programmable Logic Controller) o 当 PLC 用于控制机床顺序 动作时，也可称之为编程机床控制器(PMC, Programmable Machine Controller )。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合, 共同完成对数控机床的控制。测量反馈装置测量装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。 通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机

35、床工作台的实际位移转变成电信号 反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除 该误差的方向移动。2. 2数控车床工作原理使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定 的代码和格式编写成加工程序；然后将加工程序输入到数控装置，按照程序的 要求，经过数控系统信息处理、分配，使各坐标移动若干个最小位移量，实现 刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。CK6140数控车床的技术参数：床身上最大工件回转直径：中400mm。拖板上最大工件回转直径：中200mm最大工件长度：lOOOmino最大车削长度:850mm。#主轴转速范围（变频）：401800r/min

36、可实现无级调速及恒线速切削。主轴通孔直径：中52mnuX向行程：220ninbZ向行程：lOOOmino快速进给速度X/Z: 6000/8000!nin/min每转切削进给量0. 005-100mm/r进给电机扭矩（功率）：X向4Nm, Z向6Nm定位精度（全程）：X向0.01mm, Z向O.Olmni重复定位精度：X向0. 007mm, Z向0.01mm尾架套筒内孔锥度：莫氏5号脉冲当量：0. 001mm最高加工精度：IT6表面粗糙度：Ral.6四工位电动刀架刀杆截面尺寸：25mmX 25mm主轴电动机Ml： 7.5KW 1000r/min刀台电动机 M2： 0. 18KW 1500r/mi

37、n润滑电动机 M3： 0.09KW 1400r/min冷却电动机 0. 12KW 2900r/min尾座套筒压紧力90000N尾座套简直径85尾座套筒行程1102.3 CK6140数控车床运动分析数控车床的运动系统包括，主轴驱动系统，对主轴的控制，进给系统，各 个坐标轴的控制，包括各坐标轴伺服电机速度、位置控制，刀具库（对于数控 车床指电动刀架）、润滑系统、冷却系统、液压系统等辅助功能的控制。1、主运动传动数控车床的主运动传动链的两端部件是主电动机与主轴，它的功能是把动 力源（电动机）的运动及动力传递给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动， 并满足数控车床主轴变速和换向的要求。主运动传动由交流主

38、轴电动机配备变频器实现无级变速调速。2、进给运动传动进给运动传动是指机床上驱动刀架实现纵向（Z向）和横向（X向）运动的 进给传动，在CK6140车床上，各轴都由交流流伺服电动机直接驱动。3、刀架传动刀架运动是指实现刀架上刀架的转动和刀架的开定位、定位与夹紧的运动， 以实现刀具的自动转换。刀架运动是由换刀交流电动机实现的。4、冷却系统数控机床的冷却系统主要包括用于在切削过程中的冷却刀具和工件，同时 也起冲屑作用，由冷却泵实现。5、液压系统CK6140数控车床液压系统主要进行主轴变速换挡，中心跟刀架电机排屑器6、润滑系统CK6140数控车床中的润滑系统为对机床导轨、滚珠丝.杠等的润滑。润滑形 式有

39、电动间歇润滑泵和定量式集中润滑泵。7、尾座数控车床尾座一般是在加工时对工件起辅助支撑作用，它由尾座体和尾座套 简两部分组成。尾座体可在床身上移动和固定。尾座套筒前安装顶针，套简可 以自动伸出和缩回，实现顶尖对工件的支撑作用。2.4 CK6140数控车床电气系统简述CKA6140数控卧式车床的电气控制系统是由CNC主控制装置、交流伺服驱 动系统、主轴系统、强电控制部分等构成。CNC主控制装置以及伺服驱动装置, 采用日本FANUC公司的产品，使机床性能价格比十分优越：主轴系统采用日本 FANUC变频器主轴变速，方便灵活。机床电气控制系统框图如图2-1所示。图2-1 CK6140数控车床电气控制系统

40、框图(1) 机床电气容量及要求电源总容量：24KVA满载电流：34A电源总熔断电流：40A防护等级：IP54(2) 机床电气主要技术要求机床供电电源要求采用三相四线制，380V50Hz交流电。三根相线(LI, L2, L3)和一根中性线(N)均从电柜底部引入电气柜内电盘上的主接线板 LI, L2, L3和PE端子上，出厂前PE和N端子已联接，只要将供电电源中性线 接在PE端上即可。供电电源的电缆或电线的截面积应采用不小于6mm2导电率 高的铜线。保护地线还必须与机床所设置的专用接地螺钉牢固、可靠地连接， 接地电阻R10Qo如有三相五线制的用户，应把供电电源引接在端子上，将接 线板上的PE和N的

41、连线分开，分别接在五线制中的PE和N端子上。电网电压：交流380V(10%)电网频率：50Hz (lHz)工作环境温度：540度相对湿度：25时80%(3) 机床电气的构成1) 数控系统CNC日本 FANUC 公司：FANUC Oi MATE2) 伺服驱动装置及伺服电动机X轴：3 -SVM1-20伺服驱动装置aC 12/2000伺服电动机Z轴：3 -SVM1-20伺服驱动装置aC 12/2000伺服电动机本伺服电动机配有绝对值编码器，在加工过程中有断电保护功能X轴：理论最大进给速度6000in/minoZ轴：理论最大进给速度8000ni/mino3) 强电控制单元主轴电动机Ml： 7.5KW

42、1000r/min变频电动机刀台电动机 M2： 0. 18KW 1500r/min润滑电动机 M3： 0.09KW 1400r/min冷却电动机 M4： 0. 12KW 2900r/min控制变压器TC1：交流380V/220V/24V/26V/28V630VA。主要为控制回路和冷却风扇提供220V电源：为整流桥提供26V交流电源；为稳压电源GS1提供 220V交流输入稳压电源GS1：为控制回路提供稳定的220V交流。控制变压器TC2：交流380V/220V 2200VA。主要为稳压电源GS2、伺服驱 动装置和伺服电动机提供220V交流。稳压电源GS2：主要为CNC装置、LCD/MDI. I/

43、O LINK、PLC I/O、伺服驱 动装置等提供24V稳定的直流电源。接触器构成该车床电气输出执行元件：继电器构成该车床电气输出放大元 件：各种压力开关、防护开关、脚踏开关、按钮等构成该车床电气输入元件。 5)保护接地本车床接地系统如图2-2所示。11操纵台电气柜图2-2 CKA6150数控车床接地系统电柜与车床接地线用6顾2黄绿双色线：电柜与其它部件接地线用13mm2 黄绿双色线。第三章CK6140数控车床主轴驱动系统3. 1主轴驱动系统概述主轴驱动系统包括主轴驱动装置和主轴电动机。主轴驱动系统分为直流驱 动系统和交流驱动系统。目前数控机床的主轴驱动多采用交流主轴驱动系统即交流主轴电动机配

44、备 变频器或主轴伺服驱动控制的方式。本课题数控车床主轴驱动系统采用交流主轴电动机配备变频器控制的方式。3.1.1主轴电动机主轴驱动部分是数控机床的大功率执行机构，其功能是接受数控系统 （CNC）的S代码速度指令及V代码辅助功能指令，驱动主轴进行切削加工。在 数控机床上，同样由主轴夹持工件或刀具旋转，直接参加表面成形运动。主运 动的最高与最低转速、转速范围、传递功率和动力特性，决定了数控机床的切 削加工效率和加工工艺能力。主轴组件的回转精度、刚度、抗振性和热变形， 直接影响加工零件的尺寸、位置精度和表面质量3.1.2主轴电动机选型的要求：一般要求1. 调速为了适应不同工件材料及刀具等各种切削工艺

45、要求，主轴必须具有 一定的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳切削效率、 加工精度和表而质量。调速范围的指标，主要由各种加工工艺对主轴最低速与 最高速的要求来确定。2. 功率要求主轴有足够的驱动功率或输出扭矩，能在整个速度范围内均能 提供切削所需的功率或转矩，特别是满足机床强力切削时的要求。并且有一定 的过载能力和较硬的调速机械特性，即在负载变化的情况下（如断续切削时）， 电动机转速波动较小。即要求在大力矩、强过载能力的基础上实现宽范围无级 变速3. 精度这里主要指主轴回转精度。并具有足够的刚度和抗振性，具在较好 的热稳定性，即主轴的轴向和径向尺寸随温度变化较小。4. 动态响

46、应性要求主轴升降速时间短，调速时运转平稳。对有的机床需同 时能实现正反转切削，则要求换向时均可进行自动加减速控制，即要求有四象 限驱动能力。3.1.3主轴电动机选型查机电一体化手册车削功率在5-8kw之间根据切削功率PC与主传动链的总Pc效率n估算，即p= o主传动链的功率效率0=0.70.85,数控车床多采用 调速电动机和较短的机械传动链，效率较大，因此取=0.78,则估计P在6.41kw0. 25kw.之间。数控车床的加工范围一般都比较大，切削功率PC可根据有代表性的加工情 况，由其主切削抗力&FzVPC= 60000 KWFz 主切削力的切向分力，N：v一-切削速度查金属切削手册知，以硬

47、质合金刀具车削合金结构钢为例，数控车床有代 表型的主切削力的切向分力&大约在2500左右，切削速度取90250r/min, 则知道PC=2500xi20/60000=5kwPcP= =6.4kw考虑到空转运转的功率损失，如各传动件在空转运行时的摩损功耗，传动 件的搅油和克服空气阻力功率以及其其它动载荷的摩擦损耗等。CK6140数控车床床是中等规格数控车床，参照国内外同类机床的电动机功 率，此机床可以选取7. 5kw的电动机，考虑到数控机床变速范围比较大，选用 交流变频电动机TLD12-YVP112,标称功率7. 5kw,额定转矩60Nm。3. 2变频器电动机主轴驱动装置3. 2.1 FANUC Oi Mate主轴驱动装近主轴系统主要由主轴驱动装置及主轴电动机组成。FANUC Oi Ma