小型数控机床主轴控制系统设计

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1、小型数控机床主轴控制系统设计姓名：吴高学号：130154278班级：13级机械设计制造及其自动化《机电系统设计》期末考核论文要求请介绍一个机电一体化系统，该系统需包含机电一体化的5个基本组成要素的设计：机械本体、传感器及信号调理电路、包含控制器的控制系统硬件电路和软件流程图、执行装置选型和能源系统电路。该设计需要提供提交一份技术报告。技术报告格式如下:A4纸7-15页，小四字体，固定行距，20磅，宋体。本次考核论文同学分组要求：每组同学可以由1-4个人，一人一组的同学可通过检索学习资料，完成机电一体化系统的介绍，只需提交技术报告；多人一组的分组论文需要自主设计一

2、个机电一体化系统，需要整组同学一起答辩，每个组员同学需要介绍自己在该项目中的任务执行情况，组员之间需要相互评价其他组员在项目中的贡献排名，该排名供教师评分时作为参考。评分标准如下：（1）有整个机电系统的整体设计框图5分（2）有合理的机械本体介绍15分（3）有传感器及信号调理电路介绍15分（4）有控制系统硬件电路和软件设计流程图介绍20分（5）有对执行装置的选型15分（6）有能源系统电路设计15分（7）技术报告排版文本制作精良，结构严谨，逻辑性强，论述或设计说明层次清晰，语言准确，文字流畅。标点、符号、计量单位使用准确，图纸、框图、表格、曲线等符合国家标准或工程要

3、求；内容完整。15分《机械系统设计》期末论文评分表机电系统的整体设计框图5分机械本体介绍15分传感器及信号调理电路15分控制系统硬件电路和软件20分执行装置的选型15分能源系统电路设计15分论文排版15分总分100分1.1课题的背景及意义国内外数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分

4、比，是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视，并得到了迅速的发展。主轴是数控车床构成中一个重要的部分，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量有着重要的作用。从手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触点的继电－接触器控制系统发展到以计算机为核心的软件控制系统，电气控制技术是随着元器件的不断更新和计算机技术的发展，并且综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等先进科技成果而迅速发展起来的。由于PLC可靠

5、性很高，平均无故障运行时间可达10万小时以上，可以大大减少设备维修费用和停产造成的经济损失。当前PLC已经成为电气控制系统中应用最为广泛的核心装置，在工业自动控制领域占有十分重要的地位1.2数控机床主轴控制系统简介目前，数控机床的主传动电机已经基本不再使用普通交流异步电机和传统的直流调速电机，他们与逐步被新兴的交流变频调速伺服电机和直流伺服调速电机代替。数控机床的主运动要求有较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切屑用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。为了适应各种工件和各种工件材料的要求，多恭喜自动换刀的数控机床和加工中心主运动的调速范围应进一步扩

6、大。数控机床的变速时按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流变速主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节和提高了变速控制的可靠性，因此在数控机床的主传动系统中更能显示出它的优越性。为了确保低速时的扭矩，有的数控机床在交流和直流电机无级变速的基础上配以齿轮变速。由于主运动采用了无级变速，在大型数控车床上测斜端面时就可实现恒速切屑控制，以便进一步提高生产效率和表面质量。1.3主轴控制系统结构和原理主轴是车床最主要的部件之一，整个机器的性能很大程度上决定于主轴的性能，主轴直接承受切屑力，转速

7、的范围很大。所以我们引入主轴控制系统,利用CNC控制器监控主轴的转动速度和方向来完成对工件的精确加工。主轴控制系统由五个部分组成：控制器CNC、变频器、编码器、主轴电机、主轴。主轴控制系统原理图如图1-1所示图1-1主轴控制系统原理图2.电气原理图的设计电气原理图是表达所有电器元件的导电部件和接线端子之间的相互关系。根椐便于阅读和分析线路及简单清晰的原则，电气原理图应该采用标准电气元件图形符号绘制。电气原理图一般分为主电路和辅助电路两部分。主电路是从电源到电动机等通过大电流的电路。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路等，辅助电路中流过的是小电流。2

8、.1CNC电路的设计本课