ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含4張CAD圖紙帶開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】-jxsj80

ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含4張CAD圖紙帶開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】-jxsj80

ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘  要

數(shù)控機(jī)床是來(lái)自于數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，這是一種裝有可編程程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該可編程程序控制系統(tǒng)能夠邏輯處理數(shù)字控制編碼或其他規(guī)定的指令程序，并將其譯碼成執(zhí)行元器件的動(dòng)作信號(hào)從而驅(qū)動(dòng)機(jī)床動(dòng)作以加工零件。數(shù)控機(jī)床的控制電路是由各種不同的控制電氣元器件組成，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制性能在一定程度上決定了數(shù)控機(jī)床的等級(jí)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是以ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為中心，全面、系統(tǒng)地介紹了低壓電器、電氣控制系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及接口、步進(jìn)與伺服驅(qū)動(dòng)器等內(nèi)容，利用數(shù)控機(jī)床以機(jī)械與電氣相結(jié)合的形勢(shì)，完成相關(guān)電氣控制線路排布以及各種保護(hù)控制線路的設(shè)計(jì)。

為使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制精度能達(dá)到所要求的步距角()精度，于是在該機(jī)床選配所用驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)要考慮到該電機(jī)的過(guò)載能力和機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)中絲杠與電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量是否匹配以及所提供轉(zhuǎn)矩是否足夠，在該設(shè)計(jì)中的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用混合式五相十拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。由于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，精度要求不高，可靠性和穩(wěn)定性相對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床好，故采用五相十拍的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，同時(shí)也能因其相數(shù)大而達(dá)到明顯的振動(dòng)抑制效果。

隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉了各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)及作用，各種電氣線路的保護(hù)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的控制等。通過(guò)掌握電氣控制系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)的原理、電氣元器件在線路中的作用，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的精度控制。這次的電氣控制部分設(shè)計(jì)也滿足一些企業(yè)對(duì)機(jī)床電氣高可靠高穩(wěn)定性、電氣使用壽命長(zhǎng)等要求，具有進(jìn)一步研發(fā)的潛力。

關(guān)鍵詞：ZK5132；數(shù)控系統(tǒng)；機(jī)電結(jié)合；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

Abstract

CNC machine is referred to Digital control machine tool, is a machine equipped with the automated process control system. The control system can have a control logic to process the instruction codes or other symbols required, decoded and processed so that making machine action and machining parts. CNC machine control circuit is controlled by a variety of electrical components whose performance servo feed control system to some extent determines the level of CNC machine tools. The design task is designing ZK5132 CNC Vertical Drilling electrical control system, there is a comprehensive and systematic introduction to the low-voltage electrical appliances, electrical control systems, numerical control systems and interfaces, stepper and servo drives, etc. By combining CNC machine tools with electrical machinery, finish the completion of related electrical control circuit and various protection control design.

To control the stepping motor step to achieve the required angle ( α= 0.36 °) the control precision, the machine motor is optional to consider the motor overload, overload conditions, the machine screw and the motor drive system rotor inertia matching. This design’s feed servo drive system used Five-phase-ten-pat hybrid stepping motor control. Because the open-loop control system is simple, less precision, reliability and stability with respect to the good economic type CNC machine tools, so using Five-phase-ten-pat hybrid stepping motor drive, vibration suppression effect is obvious because of the large number of phases.

With the deepening of the design, we know more about the applicable conditions of various systems, selecting criteria and effects of various devices,various electrical circuit protection designing and feeding drive control system and so on . By mastering the principles of electrical control system circuit design，the role of the electrical components in the circuit and feeding drive system designing so we can well completed the motor accuracy control. My electrical control part of the design but also to meet the high reliability, high stability, long life and other electrical requirements for some company, thus it worth well potential for further development.

Keywords: ZK5132 ; CNC system ; Electrical components ; Stepping motor

目    錄

引言 1

1.  數(shù)控機(jī)床常用電氣控制元件 3

1.1 低壓斷路器 3

1.2 接觸器 3

1.3 繼電器、變壓器及其他電器 4

2.  數(shù)控系統(tǒng) 5

2.1 數(shù)控鉆床系統(tǒng)的組成 5

2.1.1 操作面板 6

2.1.2 輸入/輸出裝置 6

2.1.3 CNC裝置 6

2.1.4 伺服單元 7

2.1.5 驅(qū)動(dòng)裝置 7

2.1.6 機(jī)床本體 7

2.2 數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)控制的分類以及選擇 7

2.2.1 開(kāi)環(huán)控制 8

2.2.2 閉環(huán)與半閉環(huán)控制 8

2.2.3 數(shù)控系統(tǒng)類型 8

2.3 數(shù)控鉆床用途及特點(diǎn) 9

2.4 數(shù)控鉆床的相關(guān)技術(shù)參數(shù) 9

2.5 數(shù)控機(jī)床對(duì)于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)要求 10

3.  傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算 10

3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)要求 11

3.1.1  X、Y水平直線運(yùn)動(dòng)軸 11

3.1.2  Z垂直直線運(yùn)動(dòng)軸 12

3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度的控制 13

4.  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng) 13

4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用原則以及性能指標(biāo) 13

4.1.1 選用原則 13

4.1.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo) 14

4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 14

4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 15

4.4 主軸步進(jìn)電機(jī)的控制 16

4.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置控制 18

4.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 19

4.7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制 19

5.  機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20

5.1 主電路電氣控制設(shè)計(jì) 20

5.1.1 主軸正轉(zhuǎn) 20

5.1.2 主軸反轉(zhuǎn) 21

5.1.3 主軸停轉(zhuǎn) 21

5.1.4 冷卻泵 21

5.2 電路電源分析 21

5.3控制電路設(shè)計(jì) 22

5.3.1 電機(jī)制動(dòng)方式 22

5.3.2 零壓保護(hù)啟動(dòng) 22

5.4 數(shù)控系統(tǒng)中的啟動(dòng)與停止 23

5.5 輸入/輸出及各軸限位 23

5.6 光軸輸出接口 23

5.7 M功能輸出 23

5.8 X、Y、Z軸的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)接口 24

6.  ZK5132數(shù)控立鉆機(jī)床電氣控制原理設(shè)計(jì) 25

7.  ZK5132數(shù)控立鉆機(jī)床電氣外觀設(shè)計(jì) 28

結(jié)論 29

謝辭 30

參考文獻(xiàn) 31

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ZK5132數(shù)控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).doc

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電氣主控制原理圖.dwg

電氣伺服控制原理圖.dwg

電氣控制原理圖.dwg

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摘 要 數(shù)控機(jī)床是 來(lái)自于 數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱， 這 是一種裝有 可編程 程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床 。 該 可編程 程序控制系統(tǒng)能夠邏輯處理 數(shù)字 控制編碼或其他規(guī)定的指令程序，并將其譯碼 成執(zhí)行元器件的動(dòng)作信號(hào) 從而 驅(qū)動(dòng) 機(jī)床動(dòng)作 以 加工零件。數(shù)控機(jī)床的控制電路是由各種不同的控制電氣元器件組成，進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制性能在一定程度上決定了數(shù)控機(jī)床的等級(jí)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是以 控立鉆電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為中心，全面、系統(tǒng)地介紹了低壓電器、電氣控制系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)及接口、步進(jìn)與伺服驅(qū)動(dòng)器等內(nèi)容 ，利用數(shù)控機(jī)床 以 機(jī)械與電氣相結(jié)合 的形勢(shì) ，完成相 關(guān) 電氣控制 線路 排布以 及各種保護(hù)控制 線路的 設(shè)計(jì)。 為使 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 控制 精度 能達(dá)到所 要求 的步距角 ( ?? )精度， 于是 在 該 機(jī)床選配 所用驅(qū)動(dòng) 電機(jī)時(shí) 要考慮 到 該電機(jī)的過(guò)載能力 和 機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng) 中 絲杠與電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量 是否 匹配 以及所提供轉(zhuǎn)矩是否足夠 ， 在該 設(shè)計(jì) 中 的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用混合式五相十拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行 驅(qū)動(dòng) 控制。 由于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，精度要求不高，可靠性和穩(wěn)定性相對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床好， 故 采用五相十拍的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)， 同時(shí)也能因其 相數(shù)大 而達(dá)到明顯 的 振動(dòng)抑制效果。 隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉 了 各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)及作用，各種電氣線路的保護(hù)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的控制等 。通過(guò) 掌握電氣控制系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)的原理、電氣元器件在線路中的作用，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的精度控制。這次的電氣 控制 部分設(shè)計(jì)也滿足一些企業(yè)對(duì)機(jī)床電氣高可靠高穩(wěn)定性 、 電氣使用壽命長(zhǎng)等要求 ，具有進(jìn)一步研發(fā)的潛力。 關(guān)鍵詞： 控系統(tǒng)； 機(jī)電結(jié)合 ；步進(jìn)電動(dòng)機(jī) NC is is a a to or so is by a of to NC is is a to By NC of To to α= ) is to s is to NC so is of of of we of of so By of of in so we My of to it 錄 引言 ....................................................... 數(shù)控機(jī)床常用電氣控制元件 ................................壓斷路器 ............................................................ 3 觸器 ................................................................ 3 電器、變壓器及其他電器 .............................................. 4 2. 數(shù)控系統(tǒng) ...............................................控鉆床系統(tǒng)的組成 .................................................... 5 作面板 ............................................................ 6 入 /輸出裝置 ....................................................... 6 置 ............................................................ 6 服單元 ............................................................ 6 動(dòng)裝置 ............................................................ 7 床本體 ............................................................ 7 控機(jī)床驅(qū)動(dòng)控制的分類以及選擇 ........................................ 7 環(huán)控制 ............................................................ 7 環(huán)與半閉環(huán)控制 .................................................... 8 控系統(tǒng)類型 ........................................................ 8 控鉆床用途及特點(diǎn) .................................................... 9 控鉆床的相關(guān)技術(shù)參數(shù) ................................................ 9 控機(jī)床對(duì)于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)要求 ................................... 10 3. 傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)計(jì) 算 ......................................動(dòng)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)要求 ......................................... 11 X、 Y 水平直線運(yùn)動(dòng)軸 ............................................... 11 Z 垂直直線運(yùn)動(dòng)軸 .................................................. 11 進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度的控制 ................................................. 13 4. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng) .................................進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用原則以及性能指標(biāo) ..................................... 13 用原則 ........................................................... 13 進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo) ................................................. 14 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 ..................................................... 14 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 ................................................. 14 軸步進(jìn)電機(jī)的控制 ................................................... 16 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置控制 ................................................. 18 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 ................................................. 19 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制 ........................................... 19 5. 機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................電路電氣控制設(shè)計(jì) ................................................... 20 軸正轉(zhuǎn) ........................................................... 20 軸反轉(zhuǎn) ........................................................... 20 軸停轉(zhuǎn) ........................................................... 21 卻泵 ............................................................. 21 路電源分析 ......................................................... 21 制電路設(shè)計(jì) ......................................................... 22 機(jī)制動(dòng)方式 ....................................................... 22 壓保護(hù)啟動(dòng) ....................................................... 22 控系統(tǒng)中的啟動(dòng)與停止 ............................................... 22 入 /輸出及各軸限位 .................................................. 22 軸輸出接口 ......................................................... 23 功能輸出 ........................................................... 23 、 Y、 Z 軸的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)接口 ......................................... 23 6. 控立鉆機(jī)床電氣控制原理 設(shè)計(jì) ...................... 控立鉆機(jī)床電 氣外觀 設(shè)計(jì) .........................論 .....................................................辭 .....................................................考文獻(xiàn) ..................................................引言 隨著科學(xué)技術(shù) 日益 發(fā)展、制造技術(shù)的 突飛猛進(jìn) 和人類生活水平提高 物質(zhì)要求增加 ，以及社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和品種的多樣 化要求趨勢(shì) 不斷 增強(qiáng) ， 中小批量生產(chǎn)的比例明顯增加， 由此要求 數(shù)控機(jī)床 更高的 的柔性和通用性 。人們迫切 希望能提供不同加工需求 且 成本低迅速高效 又 面向 普通 用戶的控制系統(tǒng)， 同時(shí)期待在 維護(hù)和培訓(xùn)成本 上有 大幅降低 。若該系統(tǒng)具備 網(wǎng)絡(luò)功能 能夠 適應(yīng) 以后 車間面向任務(wù)定單的 批量或零碎 生產(chǎn)管理模式 將更能俘獲用戶的青睞 。 在此大背景下 ，計(jì)算機(jī) 數(shù)字 技術(shù) 在近十年來(lái)以極快的速度高歌猛進(jìn) ， 不斷醞釀產(chǎn)生多 種不同層次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)現(xiàn)階段 正 向 標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的 大 方向 邁 進(jìn)。 單 就體系結(jié)構(gòu) 來(lái)說(shuō) ， 現(xiàn)世全球 的數(shù)控系統(tǒng)大致 可以 分為 以下四 類：傳統(tǒng)數(shù)控 系統(tǒng)、“ 入 構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)、“ C”結(jié)構(gòu)開(kāi)放式數(shù)控 系 統(tǒng)、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。特別是進(jìn)入 21世紀(jì) 之初 ， 拌 隨著 全球大環(huán)境 計(jì)算機(jī)技術(shù) 的迅猛 發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制等領(lǐng)域的技術(shù)成就 陸續(xù)引進(jìn)到 數(shù)控技術(shù) 的開(kāi)發(fā)中去 。 現(xiàn)階段 高速高精度、高效率高自動(dòng)化、高柔性、高可靠性、高智能化復(fù)合化網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu) 是 國(guó)外數(shù)控機(jī)床性能 的 發(fā)展方向 ， 這 要求 更高的數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量 及 可靠性。機(jī)床工業(yè)是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志和產(chǎn)業(yè)地位的重要象征?！笆晃濉逼陂g，我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)平均以百分之三十的高增長(zhǎng)率快速發(fā)展，已連續(xù) 10 年成為世界第一機(jī)床消費(fèi)大國(guó)，并成為世界機(jī)床第一生產(chǎn)大國(guó)。而“十二五”期間，我國(guó)進(jìn)一步加速對(duì)高速鐵路的建設(shè)、日益加快的城鎮(zhèn)化進(jìn)程都為機(jī)械行業(yè)帶來(lái)最直接最大化的收益。 當(dāng)前我國(guó)的 機(jī)床 數(shù)控系統(tǒng)正處在 一個(gè)發(fā)展的 關(guān)鍵時(shí)期 ，正尋求 由研究開(kāi)發(fā)向推廣應(yīng)用 轉(zhuǎn)變， 也 正 是 從 封閉型 的 系統(tǒng)向開(kāi)放型 的 系統(tǒng) 尋求轉(zhuǎn)變 的時(shí)期。我國(guó) 的機(jī)床 數(shù)控系統(tǒng)在重大關(guān)鍵技術(shù) 、 核心技術(shù)上 日 趨成熟，開(kāi)發(fā) 及衍生 出數(shù)控系統(tǒng) 八十余 種，已 趕上 國(guó)外先進(jìn)水平。 近 幾年 以 來(lái) ，借由 對(duì)國(guó)內(nèi)外 機(jī)床 數(shù)控機(jī)床 從 機(jī)械結(jié)構(gòu) 解剖分析到 使用性能 用戶需求 的調(diào)研 ，思考鉆研 了 機(jī)床 數(shù)控機(jī)床 在 機(jī)械結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 方面 和制造 方法方面 的新技術(shù)。 但 現(xiàn)時(shí) 還 主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題 函待解決 ： 一是 缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)模 ，沒(méi)有足夠規(guī)模的產(chǎn)業(yè)集群 ； 二是 缺乏 專門針對(duì) 發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策和 相應(yīng)的 技術(shù)配套體系； 三是 缺乏技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品更新； 四是 缺乏產(chǎn)業(yè)調(diào)整的內(nèi)在動(dòng)力； 五是 面臨國(guó)外強(qiáng)手競(jìng)爭(zhēng) ，擴(kuò)展海外市場(chǎng) 壓力巨大。 其中數(shù)控鉆床 作為 科學(xué)技術(shù)發(fā)展 的象征 以及世界先進(jìn)制造技術(shù)興起和不斷成熟 的標(biāo)志，它是 在數(shù)控加工中心領(lǐng)域 的 典型機(jī)床 ，最具 代表性 且占據(jù) 數(shù)控機(jī)床中的 絕大 比率，現(xiàn)代 數(shù)控加工中心 及 柔性制造單元等都是 在 數(shù)控銑床 的 基礎(chǔ)上派生發(fā)展起來(lái)的。功能性強(qiáng)、加工范圍廣、工 藝較復(fù)雜等 都是 數(shù)控銑床 的特 點(diǎn)，各種復(fù) 雜 平面、輪廓 及 曲面等零件的銑削加工 都需依靠 銑床 來(lái)完成 ， 又因?yàn)樗?可以進(jìn)行 鉆通孔、盲孔 ，并在 更換特殊刀具 后 可擴(kuò)孔、锪孔 、 鉸孔或進(jìn)行攻絲等 使得其在 機(jī)械加工 領(lǐng)域 和模具制造業(yè)中應(yīng)用廣泛可謂是必不可少的基礎(chǔ)機(jī)床 。 本次所選的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題主要是對(duì)現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)械產(chǎn)品中的數(shù)控立式鉆床進(jìn)行 結(jié)構(gòu)總圖的繪制，還有經(jīng)濟(jì)型機(jī)床本身的各部分組成，在達(dá)到加工要求的情況下進(jìn)行合理的選擇設(shè)計(jì)，再結(jié)合對(duì)實(shí)際生產(chǎn)加工中數(shù)控立式鉆床的電氣控制原理的了解，設(shè)計(jì) 并繪制數(shù)控立式鉆床 它 的電氣控制原理圖，包括各種保護(hù)電路 的設(shè)計(jì)控制。目前 床的普及以及快速的發(fā)展 勢(shì)頭 ，要求 我 對(duì) 統(tǒng)進(jìn)行基本的了解， 并掌握 編程的主要 思路和方法 。 本 課 題畢業(yè)設(shè)計(jì)是以 數(shù)控立 式 鉆床為 主要 對(duì)象 對(duì)其 電氣控制系統(tǒng) 進(jìn)行了 設(shè)計(jì)，熟悉了解電氣控制原理、低壓電器 使用 、機(jī)床電氣控制系統(tǒng) 排布 、數(shù)控系統(tǒng)及接口 功能 、變頻器 使用 、步進(jìn)與伺服驅(qū)動(dòng) 的選用 等內(nèi)容。 數(shù)控立鉆在加工工件的過(guò)程中，主軸的運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)怎么結(jié)合，如何選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的步距角， 以及對(duì)于 各個(gè)電動(dòng)機(jī)的 類型及控制方法的 選擇都是本次 設(shè)計(jì) 的研究對(duì)象。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)與其內(nèi)容 及 任務(wù)相符，并 使 步 進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的 精度控制為 完成 數(shù)控立 式 鉆 床 電氣控制系統(tǒng)原理圖 和 各種保護(hù)電路 元器件 的繪制 及 總裝原理圖設(shè)計(jì)。 1. 數(shù)控機(jī)床常用電氣控制元件 各種不同 功用 的電氣控制元器件 按設(shè)計(jì)排布便 組成 了 數(shù)控機(jī)床的控制電路，要 想做到 設(shè)計(jì) 更優(yōu)的 數(shù)控機(jī)床控制電路， 就 首先要 了解 熟悉各 種功用的各式樣 電氣控制元器件， 而 本設(shè)計(jì) 是在 數(shù)控立式鉆床為 基礎(chǔ)的前提下進(jìn)行的 。 壓斷路器 低壓斷路器又稱自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)， 它 將控制和保護(hù) 兩種 功能 合而 為一體 ， 常 用來(lái)做 不頻繁接通和斷開(kāi)的電路的總電源開(kāi)關(guān)或 是 部分電路的電源開(kāi)關(guān) 。 當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲?所在的電路 發(fā)生過(guò)載、短路或欠壓等故障時(shí) 它 能自動(dòng) 工作瞬間把 電路切斷， 從而 有效保護(hù)串 連 在它后面的 其他 電氣 原件或 設(shè)備 。同時(shí)由于 低壓斷路器 的設(shè)計(jì)特點(diǎn)， 在 分 斷 故障電路的 電流后 通常是 不需要更換 該斷路器 零部件 的 。本設(shè)計(jì)中的 ，圖形及文字符號(hào)如圖 圖 壓斷路器圖形及文字符號(hào) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到了兩種斷路器，分別為單極斷路器和三級(jí)斷路器，它們被用于照明配電系統(tǒng)回路和控制回路，交流電線路及單極和二極至四極線路的過(guò) 載及短路保護(hù)。 觸器 接觸器是一種帶有負(fù)載的 終端 控制電器 被設(shè)計(jì)用于需要 頻繁接通或 者 分?jǐn)?的 電路中 。 通常 接觸器 是 由四部分 構(gòu) 成 ，分別有 電磁機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、滅弧裝置及其它部件。當(dāng)線圈 得到 電后，鐵芯 所 產(chǎn) 生的 電磁吸力將吸合銜鐵 ， 銜鐵 則 帶動(dòng)觸點(diǎn)系統(tǒng)動(dòng)作使常閉觸點(diǎn)斷開(kāi) 同時(shí) 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。當(dāng)線圈 失去電流 斷電時(shí)， 它的 電磁吸力 便會(huì) 消失，在反作用彈簧力的作用下釋放銜鐵， 以致 觸點(diǎn)系統(tǒng)隨 后 復(fù)位。 目前 接觸器可分為直流和交流 僅兩種， 而 機(jī)床上常用 的是 交流接觸器。其圖形及文字符號(hào)如圖 圖 觸器電氣圖形及文字 符號(hào) 電器、變壓器及其他電器 繼電器是一種 可以 根據(jù)輸入信號(hào)的變化 動(dòng)作從而 接通或 是 斷開(kāi)控制電路的電器 件 。出入繼電器的信號(hào) 一方面 可以是電流 或 電壓等電量 信號(hào) ， 另一方面 也可以是溫度、速度或 壓力等非電量 信號(hào)。 繼電器 的 輸出 信號(hào)則是 為響應(yīng)觸點(diǎn) 的 動(dòng)作。繼電器 可以 按輸入信號(hào) 的 性質(zhì) 來(lái)分類 ： 可分為 電壓繼電器、電流繼電器 或 時(shí)間繼電器等， 若 按原理 分類又 可分為：電磁式繼電器 或 熱繼電器（圖 1.4 a 所示）等 。 繼電器圖形及文字符號(hào) 表示見(jiàn)下圖 圖 電器圖形及文字符號(hào) 繼電器和接觸器工作原理是一樣的但也有不同 之處： 繼電器主要用于二次回路的作用是 信號(hào)檢測(cè)、傳遞、變換或處理用的，它通斷的電路電流通常較小 (幾 A 到十幾 A)，一般用在控制電路里，控制弱信號(hào)。接觸器主要是用于一次回路的，可以通過(guò)較大的電流 (可達(dá)幾百到一千多 A)，常用來(lái)接通或斷開(kāi)主電路的。在繼電器的觸點(diǎn)容量滿足不了要求時(shí)，也可以用接觸器代替。當(dāng)接觸器的輔助觸點(diǎn)不夠用時(shí)可加一繼電器作輔助觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制。 變壓器是一種靜止電器 它能 將 任 一數(shù)值的交流電壓變換成頻率相同但數(shù)值 大小卻不 相 同的交流電壓。機(jī)床控制變壓器 它 適用于輸入電壓不超過(guò)交流 660 伏而 頻率 為500間 的電路 ，以此 常作 為 機(jī)床中一般電器的控制電源 、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 電源 、局部照明 電源還有 指示燈電源 等 。其圖形文字符號(hào)如圖 1.4 b） 所示。 在 機(jī)床電氣 控制電路中還有其他的控制電器元件 ，如 熔斷器 就 是一種最簡(jiǎn)單 而且 有效的保護(hù)電器 正被業(yè)界 廣泛 應(yīng)用。 熔斷器 在 使用時(shí) 被 串 聯(lián) 接在所 需要 保護(hù)的電路中， 一旦 電路發(fā)生短路或 是 嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，熔斷器的熔斷體 就會(huì) 自動(dòng)地迅速熔斷，從而 達(dá)到 切斷電路使導(dǎo)線和電氣設(shè)備不致?lián)p壞 的效果 。 行程開(kāi)關(guān)用于對(duì)機(jī)械的電氣安全控制，機(jī)床導(dǎo)軌兩端，通常串聯(lián)電路中，也稱限位開(kāi)關(guān)。按鈕 被 用于 電氣 電路控制的 接通或 是 斷開(kāi)。行程開(kāi)關(guān)又稱限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)工件在工作臺(tái)上運(yùn)行超過(guò)行程，會(huì)損壞工作臺(tái)及整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，這時(shí)限位開(kāi)關(guān)就起到了保護(hù)作用，當(dāng)運(yùn)行過(guò)程碰到限位開(kāi)關(guān)時(shí)，使得電路斷開(kāi)，停止工作。 它們的圖形及文字符號(hào)如圖 示。圖 他電氣圖形及文字符號(hào) 2. 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)字控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱 為 數(shù)控系統(tǒng)， 它是一種 能 夠 按照 預(yù)先編程好的 零件加工程序指令進(jìn)行 作業(yè) 控制 ，從未 使機(jī)床完成 既定 工作運(yùn)動(dòng)加工 出 零件的控制系統(tǒng)。 它的工作原理是根據(jù) 計(jì)算機(jī) 存儲(chǔ)器中 已 存儲(chǔ)的控制 程序 ， 選擇 執(zhí)行部分或 是 全部 指令 功能 。該 數(shù)字控制專用計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置 ，可 通過(guò) 執(zhí)行 數(shù)字、文字 或是 符號(hào) 相 組成的指令來(lái)控制 若干 機(jī)械設(shè)備動(dòng)作 ， 控制 范圍包括 位置、 角度、速度等機(jī)械量和開(kāi)關(guān)量。 控鉆床系統(tǒng)的組成 數(shù)控機(jī)床 它 是采用數(shù)字控制技術(shù) 來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)機(jī)床加工 作業(yè) 過(guò)程自動(dòng)控制的 一種現(xiàn)代化 機(jī)床，是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用 的 典型 例子 。本設(shè)計(jì)以 數(shù)控立式鉆床為例，數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn) 得依靠 數(shù)控系統(tǒng) ，而 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 又 是以計(jì)算機(jī)為 最 核心的數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控立式鉆床系統(tǒng)組成 可見(jiàn)下 圖 圖 控立式鉆床系統(tǒng)組成框圖 數(shù)控立式鉆床系統(tǒng)通常有以下若干部分組成：操作面板、輸入 /輸出裝置、 制面板、機(jī)床主體、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、機(jī)床 路、進(jìn)給驅(qū) 動(dòng)裝置 、伺服單元 及 傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 等。 作面板 操作人員 和 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行信息交流 及作業(yè)操作全部依賴 操作面板，操作面板由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列 及 顯示器 共同 組成。 而一般常見(jiàn)的是 集成式操作面板， 其上可 分為顯示區(qū) 、 鍵盤區(qū) 和 機(jī)床控制面板區(qū)三大區(qū)域。顯示區(qū) 里有 顯示器 ，是 用于顯示菜單 選項(xiàng) 、系統(tǒng) 作業(yè) 狀態(tài)、故障報(bào)警 信息以及 加工軌跡圖形 的 仿真 演示 。 鍵盤區(qū)的 鍵盤 是用于編制 所需加工 零件 的切削 程序、輸入 控制量 參數(shù)、手動(dòng)輸入數(shù)據(jù) 及 管理操作系統(tǒng)。而主板芯片則是 用于 實(shí)現(xiàn) 機(jī)床動(dòng)作或加工過(guò)程的直接控制。 入 /輸出裝置 輸入裝置它的作用方法 則是將存儲(chǔ)在載體上的數(shù)控代碼讀取出來(lái)，然后轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的數(shù)字控制信號(hào)后，傳輸?shù)綌?shù)控裝置里面。輸出裝置它的作用則是先讀取加工過(guò)程中的一些信息，然后再顯示信息，這些信息包括有坐標(biāo)值或報(bào)警信號(hào)等。 輸入 /輸出接口電路是微芯片處理器與外界控制變量聯(lián)系的通路，它通過(guò)物理連接手段能夠?qū)崿F(xiàn)完成數(shù)據(jù)格式和信息形式的互相轉(zhuǎn)換。在 統(tǒng)中若按功能分類可將I/O 接口分為兩類：其中一類接口是用于連接常規(guī)的輸入輸出設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)程序的輸入輸出及人機(jī)界面的交互，這一類被稱之為通用 I/O 接口；另一類接口是用于連接專用的控制檢測(cè)裝置， 從而實(shí)現(xiàn)控制與檢測(cè)機(jī)床的位置和工作狀態(tài)的目的，這一類是 控裝置專用的接口其被稱之為機(jī)床控制 I/O 接口。 置 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的最根本核心便是 置，它能夠根據(jù)被輸入其中的加工程序按照運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行處理和完成輸入機(jī)床的信號(hào)的處理，最后向各部分輸出信號(hào)命令以控制相應(yīng)的執(zhí)行部件完成既定動(dòng)作。可用可編程控制器控制數(shù)控機(jī)床完成諸如刀具的選擇和更換、切削液的啟停等輔助動(dòng)作。在現(xiàn)階段的現(xiàn)代化程度高的數(shù)控系統(tǒng)中，通常都會(huì)配置有 加電路板，這樣的結(jié)構(gòu)形式有利于免去 的連線從而使結(jié) 構(gòu)緊湊可靠且方便操作，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是雙贏的。 服單元 伺服單元是包括了主軸伺服和進(jìn)給伺服，兩者分別用來(lái)控制主軸電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度進(jìn)給，使刀具和工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行加工作業(yè)。數(shù)控裝置與機(jī)床本體的聯(lián)系是依靠伺服單元來(lái)達(dá)成實(shí)現(xiàn)的，如伺服單元先將接收來(lái)自于置的進(jìn)給指令信號(hào)，然后將該指令放大成足夠控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)后傳送給機(jī)床本體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。伺服單元自身還擁有過(guò)電壓電流、欠壓、過(guò)熱保護(hù)等故障檢測(cè)電路，并且為了更好的保護(hù)元器件，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)減小啟動(dòng)沖擊，故其還在 主回路電路中加入了軟啟動(dòng)電路排布。 功率驅(qū)動(dòng)單元的作用是讓輸入的三相電或者市電通過(guò)三相全橋 整流電路進(jìn)行整流從而得到相應(yīng)的直流電。為了驅(qū)動(dòng)三相永磁同步交流伺服電機(jī)，三相電或市電在經(jīng)過(guò)整流后，還要再通過(guò)三相正弦 壓型逆變器，實(shí)現(xiàn)變頻才能符合電機(jī)的供電要求?？梢杂?表示來(lái)說(shuō)明功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)工作過(guò)程。三相全橋不控整流電路是其整流單元（ 主要的拓?fù)潆娐贰? 動(dòng)裝置 伺服單元和驅(qū)動(dòng)單元一樣都是數(shù)控裝置與機(jī)床傳動(dòng)部件之間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，驅(qū)動(dòng)單元裝置把伺服單元輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)變 成執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)，諸如過(guò)幾軸聯(lián)動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)和刀具通加工出既定形狀尺寸和合乎精度要求的零件。 床本體 數(shù)控鉆床計(jì)算機(jī)部分之外的機(jī)床本體便是數(shù)控鉆床的機(jī)械部分，主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件、支承部件（底座、支柱等）和冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位還有夾緊之類的輔助裝置共同構(gòu)成了這樣的一個(gè)機(jī)械部分。電動(dòng)機(jī)的要將扭矩或功率傳遞給主軸部件便要依靠機(jī)床上的主傳動(dòng)系統(tǒng)，主傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件通常都被設(shè)計(jì)成一個(gè)主軸箱以使安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具可以實(shí)現(xiàn)主切削運(yùn)動(dòng)。 控機(jī)床驅(qū)動(dòng)控制的分類以及選擇 機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)按所 能控制的運(yùn)動(dòng)軌跡可以分為三種類型，如點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)、直線切削數(shù)控系統(tǒng)和連續(xù)切削數(shù)控系統(tǒng)。點(diǎn)位控制不管所走的軌跡如何，且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何加工，而只控制機(jī)床移動(dòng)部件的終點(diǎn)位置。直線切削控制用于臺(tái)階軸加工，只沿 45°斜線進(jìn)行加工，控制兩個(gè)坐標(biāo)軸以同樣的速度運(yùn)行。加工輪廓、曲線或曲面通常需要使用機(jī)床的連續(xù)加工功能。因?yàn)楸菊n題是以數(shù)控鉆床為設(shè)計(jì)對(duì)象，所以在本設(shè)計(jì)中應(yīng)選用點(diǎn)位控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)、半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，以及全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的三種類型。 環(huán)控制 在開(kāi)環(huán)控制中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)多是采用功 率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元接收一個(gè)輸入脈沖后，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就相應(yīng)地轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，通過(guò)電機(jī)與機(jī)床之間傳動(dòng)部件的傳動(dòng)，使工作臺(tái)相應(yīng)地產(chǎn)生一個(gè)位移量，這樣的一個(gè)位移量被稱為一個(gè)脈沖當(dāng)量或一個(gè)最小設(shè)定單位。 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制線路接受來(lái)自數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換，成為控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各定子繞組依次通電、斷電的信號(hào)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是與機(jī)床絲桿通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接在一起的，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)絲桿，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)從而使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是沒(méi)有設(shè)置位置反饋元器件的，故不用位置檢測(cè)元件定位。圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)圖： 圖 進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的 開(kāi)環(huán) 控制 系統(tǒng) 環(huán)與半閉環(huán)控制 在控制方式上來(lái)說(shuō)，半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)相似但也存在區(qū)別，主要區(qū)別在于半閉環(huán)控制系統(tǒng)比閉環(huán)控制系統(tǒng)多在電動(dòng)機(jī)軸上裝有表示其角位移的編碼器。這種閉環(huán)控制系統(tǒng)可以使電動(dòng)機(jī)達(dá)到所要求的高精確角位移，盡管并不能糾正機(jī)床傳動(dòng)部件自身的加工誤差和由此帶來(lái)的傳動(dòng)誤差。 控系統(tǒng)類型 伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是機(jī)床中重要的兩大部分，它們共同組成了機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)。而絲杠、機(jī)床導(dǎo)軌和工作臺(tái)拖 板等則是組成了通常所說(shuō)的機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制無(wú)位置檢測(cè)及反饋，單向信號(hào)，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床；半閉環(huán)控制系統(tǒng)，使用的旋轉(zhuǎn)編碼器反饋檢測(cè)元件與伺服電機(jī)同軸連接，與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子后部直接相連接與伺服電機(jī)構(gòu)成一體，不足之處是其精度比閉環(huán)控制系統(tǒng)的要低；對(duì)于精度要求很高的數(shù)控車床、銑床和超精車床基本都得需要用閉環(huán)控制系統(tǒng)作為加工過(guò)程的位置檢測(cè)及反饋從而保證成品品質(zhì)。 數(shù)控系統(tǒng)若按功能水平來(lái)分類可分為經(jīng)濟(jì)型、普及型和高檔型三種。它們相關(guān)參數(shù)如下表 示： 表 類 數(shù)控系統(tǒng) 對(duì)比 名稱 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 普及型數(shù)控系統(tǒng) 高檔型數(shù)控系統(tǒng) 顯示 數(shù)碼管、 色顯示器 彩色 晶 板機(jī)或單片機(jī) 16 位或 32 位 32 位以上 內(nèi)存 小于 10050于 150速進(jìn)給速度 小于 10m/000m/更高 進(jìn)給分辨率 101反饋控制方式 開(kāi)環(huán)控制 半閉環(huán)控制 全閉環(huán)控 制 聯(lián)動(dòng)方式 三軸或三軸以下 三軸或 四 軸 五軸以上 適用范圍 數(shù)控鉆、磨、銑 經(jīng)濟(jì)實(shí)用的車銑等 高速高精加工的銑床等 根據(jù)以上表格參數(shù)，本課題設(shè)計(jì)應(yīng)選用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，其型號(hào)為 數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床進(jìn)給采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，價(jià)格便宜，滿足一般精度加工要求。 控鉆床用途及特點(diǎn) 鉆床是通過(guò)用鉆頭或其他特種刀具在工件上加工成孔或特殊造型的機(jī)床。鉆床的主運(yùn)動(dòng)是為主軸帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為鉆頭軸向移動(dòng)，鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可鉆通孔、盲孔，在更換特種刀具后還可進(jìn)行擴(kuò)、锪孔、鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工，但加工 精度相對(duì)較低。鉆床的特點(diǎn)是在加工過(guò)程中僅移動(dòng)刀具而工件不動(dòng)，讓刀具中心對(duì)正孔中心后啟動(dòng)機(jī)床使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)，操作可以是手動(dòng)，也可以是自動(dòng)。工作臺(tái)面的寬度和長(zhǎng)度是在選用鉆床進(jìn)行加工時(shí)需參考的主參數(shù)之一。 鉆床的工藝特點(diǎn)如下： (1)鉆床的鉆頭或特種刀具由主軸帶動(dòng)來(lái)做高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；(2)刀具具備多齒、多刃且軸對(duì)稱的特點(diǎn)，加工工件時(shí)進(jìn)行連續(xù)切削； (3)工件被固定在工作臺(tái)上由工作臺(tái)帶動(dòng)做直線或曲線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)； (4)刀具在切削時(shí)每個(gè)刀齒是斷續(xù)的進(jìn)行切削作業(yè)，每一時(shí)刻參與切削作業(yè)的刀齒齒數(shù)和每個(gè)刀齒的切削厚度都是變化的，這也正 是刀具進(jìn)行加工作業(yè)時(shí)容易引起機(jī)床振動(dòng)的原因； (5)切削時(shí)，刀具同時(shí)參加切削的齒數(shù)較多，便于采用較大的切削速度和進(jìn)給給量，因而生產(chǎn)效率高。 控鉆床的相關(guān)技術(shù)參數(shù) 數(shù)控立式鉆床有很多種，主要用鉆頭在 工件 上加工孔（如鉆孔、擴(kuò)孔、 鉸孔 、攻絲、锪孔等）的 機(jī)床 ，機(jī)械制造和各種修配工廠必不可少的設(shè)備。根據(jù)本次設(shè)計(jì)型號(hào) 經(jīng)濟(jì)數(shù)控立式鉆床，工作臺(tái)和主軸箱可以在立柱上垂直移動(dòng)，用于加工中小型工件。該機(jī)床 X,Y,Z 三軸均由數(shù)控系統(tǒng)協(xié)同步進(jìn)電機(jī)控制以產(chǎn)生大扭距和高定位精度。該系列機(jī)床 具有加工 剛性好、編程簡(jiǎn)單操作方便易上手和使用可靠安全的優(yōu)點(diǎn)。該數(shù)控立式鉆床的主要技術(shù)參數(shù)規(guī) 格見(jiàn)下表 示 ： 表 床參數(shù) 主軸箱行程 (450 最大鉆孔直徑 (32 主軸電動(dòng)機(jī)功率 (軸端面至工作臺(tái) 最大 面積 (600 主軸轉(zhuǎn)速范圍 (r/50作臺(tái)面積 (6303 400 主軸最大進(jìn)給抗力 (9 軸最大扭矩 (160 作臺(tái) X 軸行程 (500 作臺(tái) Y 軸行程 (300 重復(fù)定位精度 ( 軸行程 (225 外形尺寸（長(zhǎng)寬高） (10803 13103 2400 控機(jī)床對(duì)于進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)要求 (1)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速范圍要寬，即指 進(jìn)給電機(jī)能提供的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速具有具備足夠廣的調(diào)整幅度。對(duì)于一般的數(shù)控機(jī)床，作業(yè)能力要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能在 40~0 m 速度范圍內(nèi)工作就合乎要求了。 (2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的定位精度要高要能達(dá)到較高的精度和剛度且傳動(dòng)平穩(wěn)噪聲低的要求。主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度直接 關(guān)系到數(shù)控機(jī)床的加工精度以及后期的精度提高。所以一般采用高精度軸承以提高主軸件的剛性以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)件制造精度和剛度的提高。 (3)快速響應(yīng)，無(wú)超調(diào)。所有被控制的電動(dòng)機(jī)要求起動(dòng)平穩(wěn)響應(yīng)快速、無(wú)沖擊震動(dòng)、無(wú)振蕩、電氣檢修噪聲無(wú)異常并且溫升無(wú)異常。 (4)可做到 低速大轉(zhuǎn)矩，具備強(qiáng)過(guò)載能力。進(jìn)行作業(yè)時(shí)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被要求在低速時(shí)能保持恒力矩輸出不發(fā)生爬行現(xiàn)象，并且在相對(duì)一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能承受頻繁的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)，擁有較強(qiáng)的過(guò)載能力。 (5)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性要高以滿足數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)需求。因此可靠性技術(shù)、容錯(cuò)技 術(shù)及冗余技術(shù)作為電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部件選用是一個(gè)常用的做法手段，而且部件應(yīng)選用符合有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)且取得授權(quán)認(rèn)證的最成熟的產(chǎn)品。 3. 傳動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算 鉆頭主切削運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)自主軸，主軸得在電機(jī)帶動(dòng)的高速旋轉(zhuǎn)下同時(shí)承載鉆頭切削工件時(shí)從主軸電機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的的強(qiáng)勁動(dòng)力，而且高精度是在任何情況下都必須首先保證的硬性指標(biāo)。在機(jī)床中最關(guān)鍵重要的部件就是主軸，主軸的技術(shù)指標(biāo)是也決定了機(jī)床的技術(shù)水平以及精度水平。主軸按結(jié)構(gòu)來(lái)分的話是分為機(jī)械主軸和電主軸。機(jī)械主軸是由刀具裝夾機(jī)構(gòu)、軸承元件、主軸冷卻系統(tǒng)、配套的主軸電機(jī)、測(cè)量 反饋部件和驅(qū)動(dòng)裝置等組合構(gòu)成。部分機(jī)械主軸還配備有液壓或是氣動(dòng)操作的換擋機(jī)構(gòu)。電主軸則是指那些主軸電機(jī)被集成到主軸的機(jī)械部件中的主軸系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中的機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)主要相關(guān)參數(shù)如下表 示： 表 軸傳動(dòng)系統(tǒng) 主要相關(guān)參數(shù) 工作臺(tái)重量 )(1 500 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ).( 2具重量 )(2 300 絲桿導(dǎo)程 )(10 靜摩擦 系數(shù) 0? 桿總長(zhǎng) )(1000 動(dòng)摩擦系數(shù) ? 位精度 )(桿預(yù)緊時(shí)效率 0? 距角 )(?? 動(dòng)時(shí)總效率 ? 量 )(16 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (150 最大進(jìn)給速度 (表 主軸工作情況 切削 方式 縱向切削力N） 垂向切削力N） 進(jìn)給速度 m/ 工作時(shí)間百分比 t % 絲桿軸向載荷（ N） 絲桿轉(zhuǎn)速r/力切削 2000 1200 0 2920 60 一般切削 1000 500 0 1850 80 精切削 500 200 1 50 1320 100 快速進(jìn)給 0 0 0 800 150 動(dòng)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的相關(guān)要求 X、 Y 水平直線運(yùn)動(dòng)軸 空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩為 3 1 0 05 0 0(1 ??? ?????? ??? ???? i PW （ 3 ）工作臺(tái)及夾具重量（從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比，傳動(dòng)系統(tǒng)的效率摩擦系數(shù)絲杠導(dǎo)程式中h:)/()(:::??加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 ??? ?? ???? i ]([T 13 2000300500( ?? ?????? ? ）工作臺(tái)及夾具重量（縱向走刀最大抗力式中Z 垂直直線運(yùn)動(dòng)軸 加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 0 8 0 0 0 0(2 )(T 2?? ?????? ??? ??? ? i （ 3 ）軸上負(fù)載總重（主軸最大進(jìn)給抗力式中2根據(jù)上面的計(jì)算，工作臺(tái) X、 10轉(zhuǎn)矩為 16 N2 m 的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；主軸箱 Z 垂直直線運(yùn)動(dòng)軸則選用 130轉(zhuǎn)矩為 25 N2 m 的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；主軸鉆頭由 功率為 W 的交流異步電機(jī)帶動(dòng)；液壓泵使用 功率為 W 的三相電 泵。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速取為 50m ax 。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠直連，即 1?i ，工作臺(tái)快速進(jìn)給的最高速度要求達(dá)到 a x ，則絲杠的最高轉(zhuǎn)速為50m a x rn s ? 。 根據(jù)絲杠導(dǎo)程公式： )/( 3 )/()(:m i n/:m i n/:mm:m a xm a 動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速工作臺(tái)最高移動(dòng)速度絲杠導(dǎo)程式中?3得絲杠的導(dǎo)程為： h /10)1 m 5 0(m 5 0 0 ?? （ 3 根據(jù)精度要求，數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量可定為 脈沖/01.0 。脈沖當(dāng)量是指 每一脈沖信號(hào) 輸入 機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件 所產(chǎn)生 的位移量， 這 又 被 稱作最小設(shè)定單位。 步進(jìn)電機(jī)完成每轉(zhuǎn)，控制器所應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù) b 由以下 公式可知： 因?yàn)? )/( 有 ?? ???? 360h（ 3 代入式（ 3得： 1 0 0 0/101 脈沖脈沖 ???（ 3 驗(yàn)算，以上結(jié)果與 1 0 0 0 脈沖????相符合。 進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度的控制 步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，取決于輸入脈沖的頻率，在控制軟件中，控制兩個(gè)節(jié)拍進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔，就可以方便的實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度的控制。 根據(jù)數(shù)控鉆床的加工要求，由上面已經(jīng)選擇好的 130號(hào)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 n ，要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角 ? = 由下式（ 3式（ 3出相應(yīng)的兩個(gè)節(jié)拍間的時(shí)間間隔 f（ 即 ? 360/? （ 3 ? （ 3 當(dāng)需要快速進(jìn)給， n=150r/s， ? = ，求得： T=s ， f=2500 需要精切削進(jìn)給， n=100r/? = ，求得： T=s ， f≈ 1667 需要一般切削進(jìn)給， n=80r/? = ，求得： T=s ， f≈ 1333 需要強(qiáng)力切削進(jìn)給， n=60r/? = ，求得： T=s ， f=1000 . 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng) 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用原則以及性能指標(biāo) 用原則 步進(jìn)電機(jī)在機(jī)床產(chǎn)業(yè)中通常被用來(lái)控制定位和定速可以說(shuō)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中至關(guān)重要的部件之一。步進(jìn)電機(jī)自身具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低、定位精度高、無(wú)累積角誤差、控制方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。例如在計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、包裝產(chǎn)業(yè)機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)以及傳真機(jī)中都不可或缺地使用了步進(jìn)電機(jī)。 選用步進(jìn)電機(jī)的前提首先是得確保所用步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，然后要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時(shí)要電機(jī)的矩頻特性在滿足機(jī)械負(fù)載要求即在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)的情況下還要有一定的余量，以此保 證其可靠運(yùn)作。同時(shí)應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)相匹配以得到機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量。若想得到更小的脈沖當(dāng)量可通過(guò)改變絲桿的導(dǎo)程或通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。細(xì)分只能改變其分辨率但不能改變其精度，因?yàn)榫仁怯呻姍C(jī)的固有特性所決定。 在選擇功率步進(jìn)電機(jī)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)首先估算負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，以使其慣性頻率特性在與步進(jìn)電機(jī)相匹配的情況下還另有一定的余量，從而使之在最高速時(shí)的連續(xù)工作頻率滿足機(jī)床快速進(jìn)給的要要。 進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo) （ 1）步距角 ? ，若步距 角在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電方式和傳動(dòng)比已經(jīng)初步確定的情況下，則應(yīng)該滿足 i?（ 負(fù)載要求的最小位移增量）。 （ 2）最大靜轉(zhuǎn)矩余負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為m a x) ?，為保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能正常工作，還必須滿足m a ）＞（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)。 （ 3）空載啟動(dòng)頻率于在負(fù)載情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 不失步啟動(dòng)所允許的最高頻率是隨負(fù)載的增加而顯著下降的，因此，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)該選擇合適的。 （ 4）精度，可以用步距誤差或累積誤差來(lái)衡量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度。累積誤差它是指某一時(shí)刻轉(zhuǎn)子從任意位置開(kāi)始，經(jīng)過(guò)若干步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足 )( ? ??? 式中 , i 為傳動(dòng)比， L?? 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 選擇 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種驅(qū)動(dòng)裝置，它將接收的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移，進(jìn)而對(duì)外做功。每對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)它施加一個(gè)單位電脈沖信號(hào)，它的轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度，被稱之為一步，每一步轉(zhuǎn)過(guò)的角度即為步距角。目前常見(jiàn)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)它的步距角α 有以下 ° , ° , °等，斜線前面表示工作半個(gè)步距角度，斜線后面表示工作全步距角度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的定位精度，它無(wú)漂移和累積定位誤差還能跟蹤一定頻率范圍的脈沖列。 本次是以數(shù)控立式鉆床為對(duì)象，其型號(hào)為 求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 ? 控制精度為 該數(shù)控立式鉆床是采用 110列及 130合式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 參數(shù)釋義： 110/130 - 機(jī)座號(hào)，電機(jī)外徑 - 混合步進(jìn)電機(jī)代號(hào) 5 - 代表五相電機(jī) 50 - 轉(zhuǎn)子齒數(shù) X/1 - 規(guī)格號(hào) 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子上附有繞組，根據(jù)定子上繞組的 數(shù)量可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分類，可分為兩相、三相和五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)中由前 面推算選擇所確定的步進(jìn)電機(jī)為五相