CK6132型数控车床电气及参数设计毕业论文.docx

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CK6132型数控车床电气及参数设计毕业论文

CK6132型数控车床电气及参数设计毕业论文

前言

摘要及发展趋势………………………………………………………………………………（4）

关键词…………………………………………………………………………………………（4）

正文

一、数控系统的选型…………………………………………………………………………（7）

二、进给轴驱动器选型………………………………………………………………………（7）

三、主轴变频器选型…………………………………………………………………………（9）

四、GSK980TD数控系统参数设定…………………………………………………………（12）

五、DA98A驱动器参数设定…………………………………………………………………（22）

六、三菱FR-A540变频器参数设定……………………………………………………（32）

七、GSK980TD数控车床诊断信息………………………………………………………（46）

八、电器清单…………………………………………………………………………………（70）

九、总结………………………………………………………………………………………（72）

十、谢词………………………………………………………………………………………（73）

十一、参考文献………………………………………………………………………………（74）

附录：

GSK928-TECK6132型数控车床电路图的绘制

1、CK6132数控车床总体布局图………………………………………………………………

（1）

2、CK6132数控车床总图……………………………………………………………………

（2）

3、GSK980TD系统与驱动器位置控制方式标准接口图……………………………………（3）

4、GSK980TD系统与驱动器连接图…………………………………………………………（4）

5、DA98A驱动器接口图………………………………………………………………………（5）

6、主轴编码器接口连接图……………………………………………………………………（6）

7、GSK980TD数控系统与变频器连接图……………………………………………………（7）

8、CK6132数控车床与PC机连接图………………………………………………………（8）

9、GSK980TD数控系统与接口信号的连接图……………………………………………（9）

10、CK6132数控系统的接口定义……………………………………………………………（10）

11、CK6132数控车床刀架电气连接图……………………………………………………（11）

12、GSK980TD数控系统手轮接口图………………………………………………………（12）

13、CK6132数控车床电源接线图…………………………………………………………（13）

摘要：

近年来，我国高度重视包括数控机床在内的装备制造业发展，相继出台的一系列政策措施，进一步确立了数控机床产业的战略地位，为行业发展创造了有利条件。

针对当今数控车床的发展趋势和结构特点，本论文说明了数控车床的机械结构设计。

较为详尽的介绍了数控车床的发展和特点，数控车床设计方案及其原理图。

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，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：

桥式三、五坐标高速数控龙门铣床、龙门移动式五座标AC摆角数控龙门铣床、龙门移动式三座标数控龙门铣床等。

1.高速化发展新趋势

随着数控系统核心处理器性能的进步，目前高速加工中心进给速度最高可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。

目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。

美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。

加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3小时，在普通铣床加工需8小时。

由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速化日益普及。

过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟１．５万转以上的机种），现在已成为必备的机械产品要件。

2、精密化加工发展新趋势

　　随着伺服控制技术和传感器技术的进步，在数控系统的控制下，机床可以执行亚微米级的精确运动。

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10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）。

3.开放化发展新趋势

由于计算机硬件的标准化和模块化，以及软件模块化，开放化技术的日益成熟，数控技术开始进入开放化的阶段。

开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。

美国、欧共体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技术规范的制定，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。

4.复合化发展新趋势

随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，对数控系统提出了新的需求。

机床五轴加工、六轴加工已日益普及，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。

新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。

德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。

关键词：

CK6132型数控车床选型绘图参数设

毕业论文是高等院校毕业生提交的一份有一定学术价值的文章。

它是大学生完成学业的一种标志，是对学习成果的综合性总结和检阅，是大学生对大学三年课程学习的成果，是在教师的耐心指导下所取得成果的文字记录，也是检验学生掌握知识的程度、分析问题和解决问题基本能力的一份综合答卷。

以下就四个问题进行说明。

CK6132型数控车床:

随着我国制造业的发展，加工中心的需求也在增加，特别是四轴、五轴的加工中心。

估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。

当前国产数控机床发展迅猛，向高速、高效、高精、柔性化、环保方面发展，与之相应的机床附件也应随之发展。

   数控转台的发展趋势是：

在规格上向两头延伸，即开发小型转台，也要开发大型转台以适应市场需求；在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载力；在形式上继续研制两轴和多轴并联的数控转台。

   数控分度头未来的发展趋势是：

在规格上向两头延伸，即开发小规格也开发大规格的分度头，同时注意相关技术的开发；在性能方面将向进一步提高刹紧力矩、提高主轴转速及可靠性方面发展；要求采用新材料；产品要价格低、操作方便。

   国产数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。

数控刀架的发展趋势是：

随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。

本次设计主要是考察我们三年来所学知识的掌握、运用程度。

设计主要围绕我们大学三年期间所学知识做一个综合性的概述、运用以及总结。

在设计过程中牵涉到很多课程，以及很多与专业课程有关的知识。

作为一名准毕业生，我对这次设计非常重视，所以在此次毕业设计中我会认真的对待每一个问题，力争做得更加完美一些。

为此，我做了精心的设计准备和规划之后，在预定的时间内，通过在网上搜索有关资料，查找课本，最后终于完成了这次设计的任务。

通过本次设计，让我受益非浅，进一步巩固了我在大学里所学的知识。

但在设计过程中也存在很多问题，暴露了自己很多不足的地方，不过非常值得庆幸，因为我又从中学到很多知识,动手能力也得到很大的提高。

前言：

针对CK6132数控车床设计，本论文说明了CK6132型车床的数控化的设计过程，较详尽地介绍了该机床的设计及数控系统部分的设计。

[关键词]数控机床数控系统选型参数设计

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床-数控机床的诞生和发展。

计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。

随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对专统的机床转动及结构的概念发生了根本的转变。

数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人的瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。

数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统回其它的执行元件，加工出所需要的工件。

数控机床与普通机床相比其主要要以下优点：

1、适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变机床加工工件时，只要重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工；

2、加工精度高；

3生产效率高；

4、减经劳动强度，改善劳动条件；

5、良好的经济效益

6、有利于生产管理繁荣现代化。

数控机床与普通机床相比其主要要以下缺点：

1、由于费用高昂，加工大批量零件不利。

2、操作人员要求素质高，工资成本高。

3、系统复杂，维护费用高。

数控机床已成为我国市场需求的主流产品，、需求量逐年激增。

我国数控机床近几年在产业化产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化精密化方面进步很大。

但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。

我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。

但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。

旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。

随着数控机床越来越多的普及及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。

在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造以成为重要方面。

许多工厂一方面购置数空机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。

我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因止不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的久机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其即能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。

可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。

所以说，毕业设计实例具有典型性和实用性,已达到扬长弊短!

数控车床是数控机床中比较典型的一种，本次毕业设计来源于生产实践，可以大学三年所学课程能充分的结合起来，对今后的职业生涯应该有很大的帮助。

目前，我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争里在国际市场仍处于较低的水平，通过本次设计，可对数控技术有更深的认识，将来也许会从事这一行业，为国家出一份微薄之力。

本次毕业设计主要以数控系统的选型，进给轴驱动器选型，主轴变频器选型，CK6132型数控车床总电路图的设计与绘制，设计与绘制CK6132型数控车床系统接口及驱动器接口的电路，设定CK6132型数控车床系统参数、驱动器参数，PLC参数的范围为主要内容。

本次设计的主要任务：

1．研究CK6132型数控车床的背景，应用范围，在我国的普及程度。

2．选定设计所采用的数控系统。

通过老师的介绍，查询我国目前主流的数控系统进行选型。

包括获得相应的数控系统的说明资料。

3．选定设计所采用的驱动器类别并进行选型。

包括进给轴驱动器选型及主轴变频器选型，并获得相应的驱动器说明资料。

4．CK6132型数控车床总电路图的设计与绘制。

包括电路元气件清单及总图。

5．CK6132型数控车床系统接口及驱动器接口电路的设计与绘制。

包括系统接口图的设计与绘制及驱动器接口电路图的设计绘制。

PROTEL出图。

6．CK6132型数控车床系统参数、驱动器参数、PLC参数给出设定范围，做成WORD文档。

7．毕业设计资料的汇总及装订。

8．毕业答辩。

关键词：

数控系统进给轴驱动器主轴变频器参数接口绘图

毕业设计的目的：

毕业设计是在校大学生最后一次知识的全面检验，是对学生基础知识、基本理论和基本技能掌握与提高程度的一次总测试。

毕业设计也是培养大学生的科学研究能力，使他们初步掌握进行科学研究的基本程序和方法。

大学生毕业后，不论从事何种工作，都必须具有研究能力和写作能力。

论文写作的实际意义：

（1）培养学生综合运用所学的基础理论，基本知识和基本技能，提高分析解决实际问题的能力。

（2）接受工程技术人员必须的综合训练，提高实际工作能力。

如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订合计或实验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力。

（3）检验学生综合素质与实践能力，有利于综合运用所学知识，有利于实践技能得到全面的训练；对某些专题进行比较深入的研究，有利于学生所学知识的巩固，深化和扩展，有利于培养学生独立工作的能力，有利于调动学生的积极性。

毕业设计的目的，使同学们在老师的指导下，通过单项工厂设计，综合运用所学过的基础理论和专业知识，以提高分析和解决工厂实际问题的能力，熟悉工程设计的内因和程序。

（4）毕业之前的综合检验,理论与实际的结晶!

选型：

由于我们对CK6132型数控车床是第一次接触的数控车床，不理解其的特点及控制方式，设计起来有点不知所措，但我知道要想设计出一台车床，必须知道该车床所需要的元器配件，还要对其所需的元器配件进行技术规格选型。

掌握第一手信息资料是非常关键的，我们可以利用网络上的和书本资料相结合,为我们的设计提供的参考，搜寻一些对我们设计有用的材料，最后通过这些资料数据，再根据CK6132型数控车床的标准，进一步理清设计思路，然后对其选择合适的配件。

以下是对CK6132型数控车床进行选型。

系统选型：

目前市场上有很多国内外的系统，像国外西门子、三菱、发那科等,还有我国的凯恩帝、武汉华中系统、广州数控系统等都可以供我们选择。

通过对上述的系统进行了分析和对比，我选择了自己比较熟悉的广州数控系统。

但广州数控系统有很多型号，最后我选择了GSK系列GSK980TA、GSK980TD这两款数控系统，通过网上再三搜索、查询以及下载下来的系统说明书进行对比，最后我选择了GSK980TD这款数控系统。

因为GSK980TD数控系统是GSK980TA数控系统的升级系统，而且GSK980TD这款数控系统在产品特点、功能参数这两个方面都优于GSK928TA数控系统。

最值得肯定的一点就是GSK980TD这款系统是当今社会上大力推广的一款系统，目前开始取代GSK980TA和其他型号产品。

驱动器选型：

对于驱动器的选型我也是按照这样的方法去做。

我选择了DA98A驱动器，它的特点是：

采用先进的自整定功能，大大的提高电机轴输出性能，降低运行嗓声。

改进了的控制算法实现世界上最好的磁通矢量控制驱动。

使用可选克隆模块，简化多驱动器的调试，精度高，重复性好。

基于DSP的DA98全数字交流伺服驱动器虽然性能在不断的提高，但改进后的DA98A驱动器已经适应小批量生产。

其特点是：

采用数字信号处理器（DSP）和超大规模可编程门阵列（CPLD）,集成度高，可靠性好；采用优化PID控制算法控制电机运转，提高了位置与速度控制的准确性和快速性；与步进系统相比,DA98A交流伺服系统优点更为突出，它避免了失步、伺服电机自带编码器、位置信号反馈至伺服驱动器等现象；与开环位置控制器一起构成半闭环控制系统；还具有宽速比，恒转矩，调速比为1：

5000从低速到高速的稳定转矩和高速度的特性。

其实每种驱动器都有各自优缺点，在选择时要考虑到其实惠、能适应生产需要即可。

既然我选择了广州GSK980TD数控系统，就要选择一个与它能够搭配上的驱动器。

经过我再三思考，最终我选用了DA98A驱动器作为本机床的驱动进给。

DA98A驱动器是我学习过程中经常接触的，对它我也比较熟悉。

伺服电机的选型要和驱动器相互匹配，电机的输出功率必须小于驱动器的输出功率，这样电机才能在驱动器的驱动下正常的运行。

DA98A驱动器匹配功率：

驱动器型号：

DA98A

输出功率（KW）：

1.7~2.3

适配电机型号：

输入电源：

单相或三相AC220V-15%～+10%50Hz/60Hz

使用环境：

温度工作：

0°C～55°C存贮：

-20°C～80°C

湿度小于90%（无结露）

振动小于0.5G（4.9m/S2），10Hz～60Hz（非连续运行）

控制方式：

①位置控制②速度控制③速度试运行④JOG运行

再生制动：

内置

控制特性：

①速度频率响应:

200Hz或更高②速度波动率:

<±0.03（负载0%～100%）；<±0.02（电源-15%～+10%）（数值对应于额定速度）

③调速比:

1:

5000④脉冲频率:

≤500kHz

控制输入：

①伺服使能②报警清除③CCW驱动禁止④CW驱动禁止

⑤偏差计数器清零/速度选择1⑥指令脉冲禁止/速度选择2

⑦CCW转矩限制⑧CW转矩限制

位置控制：

〈1〉输入方式①脉冲+方向②CCW脉冲/CW脉冲③两相A/B正交脉冲

〈2〉电子齿轮比1～32767/1～32767

〈3〉反馈脉冲10000脉冲/转

速度控制：

4种内部速度

加减速功能：

参数设置加减速时间1mS～10000mS（0r/min←→1000r/min）

监视功能：

转速、当前位置、指令脉冲积累、位置偏差、电机转矩、电机电流、

直线速度、转子绝对位置、指令脉冲频率、运行状态、输入输出端

子信号等

保护功能：

超速、主电源过压欠压、过流、过载、制动异常、编码器异常、控

制电源异常、位置超差等

显示、操作：

6位LED数码管、4个按键

适用负载惯量：

小于电机惯量的5倍

重量：

3.48Kg

尺寸：

244x163x112mm

变频器选型：

一台车床主要都由主轴控制单元，进给单元这两个模块组成。

日本安川矢量控制通用变频器（VarispeedG7）的特点是：

使用3电平控制方式：

低冲击电压，低干扰，低噪音；拥有高等级的控制性能；拥用超群的力矩特性。

针对与CK6132型数控车床而言也不例外,按照其标准，结合课本所学的知识，主轴控制单元我选择了三菱FR--A540变频器。

之所以选择这款变频器原因有很多个方面，第一除了比较熟悉，经常接触之外，其更重要的一点，它的功能特点比较齐全，它采用先进磁通矢量控制方式，调速比可达1：

120（0.5-60Hz）可拆御风扇和接线端子，维护方便；柔性PWM实现更低噪音运行；内置RS485通信口，可插扩展卡符合全世界主要通信标准；PID等各种功能适合各种应用场合。

第二、三菱FR--A540变频器使用标准适用于CK6132型数控车床主轴的控制要求500到3000转每分钟。

当然在选择的过程时,不是说凡是接触到的东西都可以拿到我们的设计上来,盲目的选择,很不切实际,选择材料时一定要按CK6132要求的标准来选。

不然设计出来的东西也是不符合要求。

在选择电动机时，要根据变频器和伺服驱动器的技术规格有关。

电机的参数包括额定功率、转速、转矩等诸多因素进行考虑选好，还有就是要跟变频器、驱动器的参数相互匹配，方可选择。

三菱FR-A540系列变频器：

400V系列功率匹配

FR-A540-□□K-CH：

5.5

最大输出功率（kW））（注1）：

5.5

额定容量（kVA）（注2）：

9.1

额定电流（A）：

12

过载能力（注3）：

150％60秒，200％0.5秒（反时限特性）

电压（注4）：

三相，380V至480V50Hz/60Hz

再生制动转矩：

100％转矩·2％ED

最大值·允许使用率：

20％转矩·连续（注5）

额定输入交流电压，频率：

三相，380V至480V50Hz/60Hz

交流电压允许波动范围：

323至528V50Hz/60Hz

允许频率波动范围：

±5％

电源容量（kVA））（注6）：

12

保护结构（JEM1030）：

封闭型（IP20NEMA1）（注7）

冷却方式：

强制风冷

大约重量（kg），连同DU：

6

注：

1：

表示适用电机容量是以适用三菱标准4极电机时的最大适用容量。

2：

额定输出容量是指假定400V系列变频器输出电压为440V。

3：

过载能力是以过电流与变频器的额定电流之比的百分数（%）表示的反复适用时，必须等待变频器和电机降到100%负荷时的温度以下

4：

最大输出电压不能大于电源电压，在电源电压以下可以任意设定最大输出电压。

5：

短时间额定5s

6：

电源容量随着电源侧的阻抗（包括输入电抗器和电线）的值而变化。

7：

取下选项用接线口，装入内置选项时，变为开放型（IP00）

进给伺服电机选型

电动机型号：

110STZ6-2-HM

额定功率（KW）：

1.7

极对数：

4

工作电压：

AC220V（300）

额定电流（A）：

11（7）

零速转矩（N.m）：

6

额定转矩（N.m）：

6

额定转速（r/min）：

3000

转动惯量

：

重量（kg）：

17

机械时间常数（ms）：

6.6

主轴电机的选型：

功率（kW）：

5.5

额定电流（A）：

11.4

额定转矩（N.m）：

36.9

功率因数cosφ：

0.85

效率：

     %86

转速范围：

0~6000r.p.m（标准）

频率范围：

0~200Hz（标准），

内置编码器：

标准2500p/r

转矩特性：

基频以下恒转矩，基频以上恒功率

最大转矩：

为额定转矩2.7~3.2倍

绘图：

绘图对于我来说还需要不断的加强和提高，我们本专业学习最注重的是动手实践能力，但只是动手能力是远远不够的，同时理论知识这方面也要加强。

不仅会用绘图软件画出来的能力，还要读懂老师给我们图纸所代表的意思。

本次设计过程中，绘图主要放在驱动器接口图及机床总图绘制的方面上。

上个学期我们在学绘图的时候，专业老师袁老师就很注重培养我们的读图及绘图能力，所以我们在识图、看图、绘图的能力提高得很快，在这次毕业设计中就能表现得淋漓尽致。

接下来就是对设计图做个细致的理解和认识，首先绘制驱动器接口图，在设计驱动器接口图之前，我必须要弄清楚我将要绘画出一个怎样的图纸，它将要实现一个怎样的控制原理。

在绘制过程中我遇到这个问题，比如在绘制GSK980TD数控系统到DA98A驱动器图纸时，理不出头绪，不知从何下手，后来经过细心的琢磨，查阅资料才知道，终于绘制出此图。

第二，要弄清楚系统到驱动器的每个针口定义，这样才会方便我们绘图。

系统到驱动器的连接图无非就是通过系统发出的指令信号到驱动器上，在由驱动器发出的指令脉冲信号来控制电动机轴向来回进给。

总而言之，不管在绘制什么样的图纸，首先要知道绘制此图的目的和作用。

对于总图的设计，我还是遇到一些问题，后来我静下心来回忆老师在课堂上所讲的东西，翻开笔记本，记得袁老师曾经在课后吩咐我们