車床主軸控制系統(tǒng)開題報(bào)告

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目名稱：CH460數(shù)控車床主軸控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號：系/專業(yè)：機(jī)械工程學(xué)院/數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)班級：指導(dǎo)教師：2012年2月15日開題報(bào)告填寫要求1．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑或藍(lán)黑墨水筆工整書寫，或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)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(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；2．學(xué)生查閱資料的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于3篇（不包括辭典、手冊）；3．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年4月26日”

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告1．本課題的背景及意義數(shù)控技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)（CNC，ComputeNumericalControl），目前它是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)，其水平高低關(guān)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(shù)的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)的制造業(yè)的生產(chǎn)方式，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化。也給傳統(tǒng)的機(jī)械，機(jī)電專業(yè)的人才帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我國經(jīng)濟(jì)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(yīng)用現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)參與國際競爭。數(shù)控技術(shù)是制造實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，集成化的基礎(chǔ)，是提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率不可少的物資手段。在數(shù)控機(jī)床中，主軸是機(jī)床里的一個(gè)非常重的部分，對于它的控制的好壞一定程度上反應(yīng)一個(gè)機(jī)床的控制柔性的程度。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制數(shù)控車床主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為車床主軸提供驅(qū)動(dòng)功率以及所需的切削力。目前在數(shù)控車床中，主軸驅(qū)動(dòng)常使用交流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)已逐漸被淘汰，由于受永磁體的限制，交流同步電動(dòng)機(jī)功率做得很大時(shí)，電動(dòng)機(jī)成本太高。因此目前在數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)中，均采用籠型異步電動(dòng)機(jī)。為了獲得良好的主軸特性，設(shè)計(jì)中采用矢量變頻控制的交流主軸電動(dòng)機(jī)，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(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)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(shù)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(yīng)用也越來越多。論文以我所在南京二機(jī)數(shù)控車床有限責(zé)任公司CH460數(shù)控車床為研究對象，結(jié)合所學(xué)知識參考數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)綜合實(shí)訓(xùn)，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(shè)計(jì)，PMC程序的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。在半年的實(shí)習(xí)期間里，培養(yǎng)了自己的職業(yè)能力，培養(yǎng)社會(huì)生存能力，激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，鍛煉自己理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，回顧、運(yùn)用所學(xué)的理論知識，并為將來走上工作崗位奠定基礎(chǔ)。2．本課題的基本內(nèi)容及關(guān)鍵問題按照以下要求，設(shè)計(jì)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(jī)為交流異步電動(dòng)機(jī)，主軸電動(dòng)機(jī)帶位置編碼器用于螺紋切削。主要技術(shù)參數(shù)：變頻器功率3.7KW，動(dòng)力電源交流3相380V，轉(zhuǎn)速2890r/min。主要任務(wù)：1.總體方案的設(shè)計(jì)；2.查閱相關(guān)資料及參考文獻(xiàn)，編寫開題報(bào)告；3.根據(jù)電氣控制要求設(shè)計(jì)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(xì)表；5.根據(jù)強(qiáng)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(jì)算；PLC指令系統(tǒng)的應(yīng)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(jìn)行調(diào)研。數(shù)控機(jī)床的主軸控制系統(tǒng)，它是利用數(shù)字化的信息對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及工作過程進(jìn)行控制的一種方法。課題采用PLC來控制這些器件，實(shí)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(jī)床繼電器連接觸器組成的電氣控制部分，是為了提高機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的可靠性，這種方法主用于組合機(jī)床以及生產(chǎn)線上的專用機(jī)床用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。要實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對運(yùn)動(dòng)以及用工藝信息來描述機(jī)床加工必須具備的一些工藝參數(shù)。數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也就是主傳動(dòng)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(jī)床的維修和維護(hù)中，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)顯得很重要。

主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng)，是在系統(tǒng)中完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工出理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一，它的精度對零件的加工精度有較大的影響。

數(shù)控機(jī)床對主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)有較大的差別。機(jī)床主軸的工作運(yùn)動(dòng)通常是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不像進(jìn)給驅(qū)動(dòng)需要絲杠或其它直線運(yùn)動(dòng)裝置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床通常通過主軸的回轉(zhuǎn)與進(jìn)給軸的進(jìn)給實(shí)現(xiàn)刀具與工件的快速的相對切削運(yùn)動(dòng)。在20紀(jì)60-70年代，數(shù)控機(jī)床的主軸一般采用三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)配上多級齒輪變速箱實(shí)現(xiàn)有級變速的驅(qū)動(dòng)方式。隨著刀具技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、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(dòng)已不能滿足生產(chǎn)的需要?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床對主軸傳動(dòng)提出了更高的要求：

(1)調(diào)速范圍寬并實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速為保證加工時(shí)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(dòng)換刀功能的數(shù)控加工中心，為適應(yīng)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(dòng)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，并減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，簡化主軸箱。目前主軸驅(qū)動(dòng)裝置的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍已可達(dá)1∶100，恒功率調(diào)速范圍也可達(dá)1∶30，一般過載1.5倍時(shí)可持續(xù)工作達(dá)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(jì)型數(shù)控機(jī)床，大多數(shù)數(shù)控機(jī)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(jī)床，交流伺服主軸則用于中、高檔數(shù)控機(jī)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(dòng)機(jī)的最大功率。由于主軸電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)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(jī)床低速、強(qiáng)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(jī)械減速裝置)，以擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩。

(3)具有4象限驅(qū)動(dòng)能力。

要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加、減速控制，并且加、減速時(shí)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(jìn)給功能(C軸功能)和定向功能(準(zhǔn)停功能)，以滿足加工中心自動(dòng)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(dòng)平穩(wěn)，噪音低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高與主軸系統(tǒng)的精度密切相關(guān)。為了提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，采用齒輪傳動(dòng)時(shí)齒輪齒面應(yīng)采用高頻感應(yīng)加熱淬火工藝以增加耐磨性。最后一級一般用斜齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。采用帶傳動(dòng)時(shí)應(yīng)采用齒型帶。應(yīng)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(gòu)允許的條件下，應(yīng)適當(dāng)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(dòng)，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?yàn)檫@種定心方式傳動(dòng)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(jī)床加工時(shí)，可能由于持續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)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(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)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(dòng)效率，影響零部件之間的相對位置精度和運(yùn)動(dòng)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(dòng)平衡，且要保持合適的配合間隙，并要進(jìn)行循環(huán)潤滑4．本課題的方案論證本課題主要設(shè)計(jì)車床的主軸控制系統(tǒng)，我們要對內(nèi)置PLC與變頻器進(jìn)行論證數(shù)控機(jī)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(yùn)算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)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(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒有實(shí)現(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)上的具體要求。1.可編程控制器（PLC）具有如下特點(diǎn)：（1）PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機(jī)系統(tǒng)。為了適應(yīng)順序控制的要求，PLC省去了微機(jī)的一些數(shù)字運(yùn)算功能，而強(qiáng)化了邏輯運(yùn)算控制功能，是一種介于繼電器控制和微機(jī)控制之間的自動(dòng)控制裝置；（2）PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的，所以具有很強(qiáng)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(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器等也設(shè)置了多種保護(hù)和屏蔽。PLC沒有繼電器那種機(jī)械觸點(diǎn)，因此，不存在觸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)用戶控制邏輯，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)作復(fù)雜的控制邏輯和數(shù)控機(jī)床的機(jī)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(gè)人計(jì)算機(jī)等聯(lián)接，可以很方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲(chǔ)和傳送等操作。2.變頻器優(yōu)缺點(diǎn)：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(dòng)態(tài)特性優(yōu)良。廣泛適用于機(jī)床、拉絲機(jī)、注塑機(jī)、起重機(jī)械、印刷機(jī)