数控车床CK6140.doc

1、广西工业职业技术学院设 计 说 明 书课 题 名 称： 毕业设计 姓 名： XXXXXXX 专 业： 数控维修 班 级： 数控0931 起 止 日 期： 2011-09-07至2011-10-15 指 导 教 师： XXXXXX 广西工业职业技术学院设 计 说 明 书（学生填写）题目： 数控车床CK6140 目录目录3前言1摘要2一CK6140已知设计参数如下表3二数控车床系统4三 世纪星”HNC-21/22系统管脚5四主轴电机选择9一主轴电机功率计算9二确定电动机型号如下9三主轴电机的转矩、惯量校核9四型号说明10五校核HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动器11六进给轴功率计算12一

2、、基本参数如下12二、进给轴的功率、转矩、惯量计算13切削力计算13三经功率计算选定进给电机如下14七校核HSV-18D-25全数字交流伺服进给驱动15CK6140数控车床主要参数如下表16八参数设定17九电路设计22十、参考文献35广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸前言 随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。我国数控机床的发展经历了30年的跌宕起伏，已经由成长期进入成熟期。2002-2008年，我国金属切削机床产量年均增长18.58%；而同期数控机床产量年算

3、术平均增长率更是高达33.22%，明显快于普通金属切削机床的增长速度。同时，数控机床在金属加工机床总量中的比重逐年上升，我国机床的数控化率逐年提高。机床的产量数控化率从2001年的9.12%上升为2008年的19.79%，同时产值数控化率也从37.8%提高到2008年的48.6%。2009年行业重点企业机床产值数控化率达到50%以上。行业规模不断壮大，国产高档数控机床明显进步，国产中高档数控系统取得重大突破，这些都充分说明，中国数控机床整体水平全面提升。在数量持续增长的同时，数控机床的质量也在追赶世界的进程中不断加速。同时，作为数控机床核心技术的国产数控系统同样取得重大突破。随着国家将高端装备

4、制造业作为战略性新兴产业培育，“十二五”期间将持续加大该项重大专项的投入。每年重大专项将带动我国机床行业增加研发投入100亿以上，其中中央财政投入大幅增加至30亿元。高档数控机床、数控系统和功能部件核心技术将是本次资金投入的主要方向。- 35 -摘要设计的数控车床的型号为CK6140.经过网上收集资料对比，结合自身的知识，对系统的认知，电路的大概设计及参数的设定，最后讨论决定选用的数控系统为华中世纪星HNC-21/22数控系统。选择的驱动器为HSV-18S交流伺服主轴驱动器，和它的配套电机为奇峰GM7103-4SB61交流伺服主轴电机。进给轴驱动器选择HSV-18D-25驱动器，进给轴电机选择

5、GK6083-6AA61交流伺服电机。英文翻译：Design of the numerical control lathe model CK6140After collecting data comparison, combined with their knowledge, on the cognitive system, circuit design and parameter setting about, finally decided to use the numerical control system for the China century star HNC-21 / 22 N

6、C system. Select the drive for the HSV-18S AC servo spindle drive, and its matching motor for Qifeng GM7103-4SB61 AC spindle servo motor. Feed shaft drive select HSV-18D-25 drive, select GK6083-6AA61 feed shaft motor AC servo motor.一CK6140已知设计参数如下表：主要技术参数型号CK6140床身上最大回转直径400mm刀架上最大回转直径220mm最大工件长度100

7、0mm 数控系统华中世纪星HNC-21/22机床外形尺寸1985*1000*1200mm工作台重量1500N快速进给速度1000mm/min二数控车床系统系统选用华中世纪星HNC-21/22，系统简介如下通信接口软件微机 进给伺服驱动电路交流伺服电机机床开关量控制电路主运动驱动电路主轴电动机世纪星”HNC-21/22华中“世纪星”HNC-21/22系列数控系统质量好，性价比高，广泛用于车、铣、加工中心、车铣复合、纺织机械、玻璃机械、医疗机械等设备。满足用户对低价格、高性能、简单、可靠数控系统的要求。是全国数控技能大赛指定使用数控系统。在各省数控大赛和和第一届、第二届全国大赛决赛中，华中数控系统

8、表现非常出色，真正成为了参赛选手夺冠争金的“尖刀利器”。在全国决赛中选用华中系统的选手，充分发挥了华中数控系统运行安全可靠、编程简化方便、操作直观宜人等功能优势，在编程操作中得心应手，获奖比例位居第一世纪星”系列数控系统HNC-21/22采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业 PC，配置 8.4/或 10.4/彩色液品显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC 接口于一体，采用电子盘程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能、具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。主要应用于车、铣、加工中心等各类数控机床的控制。经过我们初步的

9、考虑从经济方面三者差别不是很大。到我们设计电路方面。由于后两者都是要接如远程I/O板接口的。所以设计起来要考虑PLC输出/输入板的设计以及电路、接口方面的的设计考虑。这样就麻烦啦。而第一个世纪星”HNC-21/22的方面就不用接远程I/O板这样的设计了。总体设计起来比较方便，简单些。所以经过比较最终选择世纪星”HNC-21/22华中系统。三 世纪星”HNC-21/22系统管脚（1）电源接口引脚号信号名说明1.5AC24V1/2交流24V电源2DC24V直流24V电源3空4DC24V 地地6PE地7空(2) PC键盘口：XS2引脚号信号名说明1DATA数据2空3GND电源地4VCC电源5CLOC

10、K时钟6空(3) 以太网口：XS3引脚号信号名说明1TX-D+发送数据2TX-D-发送数据3RX-D2+接收数据4BI-D3+空置5BI-D3-空置6RX-D2接收数据7BI-D4+空置8BI-D4-空置(4) 软驱接口：XS4引脚号信号名说明1L1减小电流2L2驱动选择A3L3写数据4L4写保护5+5V驱动器电源6L5驱动器A允许7L6步进8L70磁道9L8盘而选择10GND驱动器电源地、信号地11L9索引12L10方向13L11写允许14L12读数据15L13更换磁盘(5) RS232接口：XS5引脚号信号名说明1-DCD载波数据2RXD接收数据3TXD发送数据4-DTR数据终端准备好5G

11、ND信号地6-DSR数据装置准备好7-RTS请求发送8-CTS准许发送9-RI振零指示(6) 手持单元接口：XS8信号名说明24V、24VGDC24V电源输出ESTOP2、ESTOP3手持单元急停按钮132-139手持单元输入开关量028-O31手持单元输出开关量HA手摇A相HB手摇B相+5V、5VG手摇DC5V电源(7) 主轴控制接口：XS9信号名说明SA+、SA-主轴码盘A相位反馈信号SB+、SB-主轴码盘B相位反馈信号SZ+、SZ-主轴码盘Z脉冲反馈+5V、GNDDC5V电源AOUT1、AOUT2主轴模拟量指令输出GND模拟量输出地(8) 开关量输入输出接口输入（XS10、XS11、SX

12、12）、输出（XS20、XS21、XS22）信号名说明24V、24VGDC24V电源输出ESTOP1,SETOP3手持单元急停按钮132-139手持单元输入开关量028-031手持单元输出开关量HA手摇A相HB手摇B相+5V、-5VG手摇DC5V电源四主轴电机选择一主轴电机功率计算通常情况，高速钢刀具加工硬度为HB180的钢件车削。其切削速度可以取30m/min,主轴每转进给量为0.3mm，因此个量为：主轴转速：n=V/(*D)=30*1000/(*100)=95(r/min)进给速度；F=0.3*95=29(mm/min)车削能力：Q=DdF/1000=*100*3*39/1000=27.3

13、3(cm3/min)主轴功率：P=Q/(*Mr)=27.33/(0.8*25)=1.37（kw）因此选择电机时因注意：主轴功率是针对主轴转速为95r/min时的要求，而非主轴在额定转速下的最大输出功率。设车床在低速挡的传动比6：1，就要求主轴电机在570r/min时输出功率1.37kw，如果额定转速为2000r/min的电机，则额定功率必须为Pe=2000/570*1.37=4.8kw因此可以选择额定转速2000r额定功率5.5kw的主轴电机二确定电动机型号如下：型号额定功率KW额定转矩Nm额定电流A额定转速r/min最大转速r/min转动惯量Kgm重量kgGM7103-4SB615.5351

14、320006000/90000.0235三主轴电机的转矩、惯量校核主轴的传动功率：P=5.9974KW主轴转矩：T=143188Nmm支点上的力：根据弯矩平衡： 求得：RHE=-244.9N根据力得平衡：2）垂直平面得弯矩：=868.6N=501.1 N根据平面内得弯矩平衡有：再根据力得平衡： R经过查询符合设计要求。四型号说明GM7 10 1 4 S B 6 1 O YGM7、 系列交流伺服变频（主轴）电机 10 、 中心高（用中心高除以10的整数部分表示）1 、 电机规格代码4 、 电机极数：4：4极S 、 冷却方式 A:自然冷却 S:强迫冷却B 、 额定转速W-500 r/min A:1

15、000 r/min B:1500r/min C:2000r/min6 、 直流母线电压 3-300V（三相AC220V供电）6-600V（三相AC380V供电） 1 、 安装方式 1-IM B5 3-IM B3 6-IMB35 O 、 O-1024p/r（方波编码器） H-1024p/r（高速电机用） 反馈元件N-2048p/r（正余弦编码器）R-旋转变压器W无反馈Y 、 轴伸 其它特殊要求 通过电机的型号GM7103-4SB61等已知条件选择的驱动器为HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动五校核HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动器HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动：

16、HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动单元是武汉华中数控股份有限公司继HSV-20S系列交流伺服主轴驱动单元后推出的新一代高压交流伺服主轴驱动产品。该驱动单元采用AC380V电源输入，具有结构紧凑、使用方便、可靠性高等特点。用户可根据要求选配不同规格驱动单元和交流伺服主轴电机，形成高可靠、高性能的交流伺服主轴驱动系统。 （1）HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动具有以下特点 控制简单、灵活，可以适应不同应用环境和要求，状态显示齐全。客户在调试、运用过程中浏览主轴驱动单元的相关状态参数；同时也提供了一系列的故障诊断信息。 主轴驱动单元具有脉冲指令输入接口，模拟电压指令输入接口，电机

17、码盘反馈接口，串行通讯接口及可编程I/O接口，具有多种控制方式。 稳速精度高，可用于刚性攻丝。（2）HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动单元的四种控制方式其中两种： 位置控制方式（脉冲量接口）HSV-18S-050交流伺服主轴驱动单元可以通过内部参数设置接收三种形式的脉冲指令（正交脉冲；脉冲 方向；正、负脉冲）。 速度控制方式（模拟量接口）HSV-18S-050交流伺服主轴驱动单元可以通过内部参数设置为速度控制方式，可接收幅值不超过10V的（如：-10V 10V或0 10V）模拟量。 通过我们查询得的结果得出HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动完全可以驱动奇峰GM7103-4S

18、B61电机，并满足加工的要求。其模拟电压控制速度可以实现30-2000r/min的无级调速。配上华中世纪星HNC-21/22的XS9接口模拟量输出完全可以实现加工零件精度的要求。（查询武汉华中数控股份有限公司资料下载及课本对比）。六进给轴功率计算一、基本参数如下；最大工作直径（mm）最大工作长度（mm）溜板及刀架重量（N）刀架快移速度（m/min）床身上床鞍上纵向横向纵向横向4002207508006002.41.2最大进给速度（m/min）定位精度（mm）主电动机功率（Kw）起动加速时间（ms）滚珠丝杆导程（mm）纵向横向纵向横向纵向横向0.60.30.010.0055.53055二、进给轴

19、的功率、转矩、惯量计算 工作台重量： =1500N时间常数： T= 25ms 滚珠丝杠基本导程： =5mm 快速进给速度： =1000mm/min 切削力计算 由机床设计手册可知，切向铣削力 式中：P主电机功率， =5.5KW； 主传动系统传动效率，一般为0.750.85，取=0.8； k主轴系统功率系数，取k=0.90 =103=686.55N切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或转速）来计算，即 式中 主切削力（N）； V切削速度（m/min） T切削转矩（N/min）; N 主轴转速（r/min）。设按最大切削速度来计算，取v= 100m/min 则

20、： 当高速钢刀具加工硬度为HB180的钢件车削。其切削速度可以取30m/min,主轴每转进给量为0.3mm，因此个量为：进给速度；F=0.3*95=29(mm/min)车削能力：Q=DdF/1000=*100*3*39/1000=27.33(cm3/min)进给功率：P=Q/(*Mr)=27.33/(0.8*25)=1.37（kw）三经功率计算选定进给电机如下：型号额定功率KW额定转矩Nm额定电流A额定转速r/min过载倍数转动惯量Kgm重量kgGK6083-6AA611.4278.1120020.0044622.5通过电机选定的交流伺服进给驱动为HSV-18D-25驱动器七校核HSV-18D

21、-25全数字交流伺服进给驱动 （1）HSV-18D-25全数字交流伺服进给驱动：HSV-18D-25全数字交流伺服驱动单元是武汉华中数控股份有限公司继HSV-20D系列进给驱动单元后推出的新一代高压进给驱动产品。该驱动单元采用AC380V电源输入，具有结构紧凑、使用方便、可靠性高等特点。HSV-18D全数字交流伺服驱动单元采用专用运动控制数字信号处理器（DSP）、大规模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（IPM）等当今最新技术设计，具有很宽的功率选择范围。用户可根据要求选配不同规格驱动单元和交流伺服电机，形成可靠、高性能的交流伺服驱动系统。可应用于数控机床需要交流伺服驱动系统的场合

22、。（2） HSV-18D-25全数字交流伺服驱动器具有以下特点 控制简单、灵活，可以适应不同应用环境和要求，状态显示齐全。客户在调试、运用过程中浏览伺服驱动单元的相关状态参数；同时也向客户提供了一系列的故障诊断信息。接口丰富，控制方式灵活多样。 驱动单元具有脉冲指令输入接口，模拟电压指令输入接口，电机码盘反馈接口，串行通讯接口及可编程I/O接口，具有多种控制方式。 具有双码盘接口，可连接光栅尺等位置反馈器件，构成全闭环位置控制系统。（3）HSV-18D-25全数字交流伺服驱动单元的五种控制方式其中三种为： 位置控制方式(脉冲量接口)HSV-18D-25系列伺服驱动单元可以通过内部参数设置接收三

23、种形式的脉冲指令(正交脉冲；脉冲 方向；正、负脉冲)。 速度控制方式(模拟量接口)HSV-18D-25系列伺服驱动单元可以通过内部参数设置为速度控制方式，可接收幅值不超过10V 的模拟量(如：-10V 10V或0V 10V)。 JOG控制方式HSV-18D-25系列伺服驱动单元通过按键(而无须外部指令)设置使驱动单元运行，给用户提供一种测试伺服驱动系统安装、连接是否正确的运行方式。通过我们查询得的结果得出HSV-18D-25全数字交流伺服驱动完全可以驱动GK6083-6AA61电机，并满足加工的要求。其位置控制方式(脉冲量接口) 及速度控制方式(模拟量接口)可以实现位置的动与不动及动多动少的进

24、给轴控制。配上华中世纪星HNC-21/22的XS30和XS31接口完全可以实现X轴Z轴切削进给加工零件精度的要求。（查询武汉华中数控股份有限公司资料下载及课本对比）。CK6140数控车床主要参数如下表：主要技术参数型号CK6140床身上最大回转直径400mm刀架上最大回转直径220mm最大工件长度750mm 主轴转速30-2000r/min(无级)主轴孔径52主轴锥孔C6莫氏6号最小设定单位X:0.0005mm Z:0.001mm进给电动机GK6主电动机功率5.5KW数控系统华中世纪星HNC-21/22刀架4工位电动刀架机床净重1.6T机床外形尺寸1985*1000*1200mm八参数设定根据

25、加工的精度要求对机床的水平、刀架的重复定位及间隙等影响加工精度从而设计出机床的参数和系统的基本参数。通过主轴驱动器说明书和进给轴说明书对主轴、进给轴的参数的设计进一步确认及相应的修改。因此选择性设计以下需要修改的参数：机床参数：序号名称说明设定值1主轴编码器每转脉冲数10242刀架方位0正向、1负向03半径/直径编码0半径、1直径14公制/英制编码0英制、1公制15是否采用断电保护机床位置0否、1是06刀补类型0绝对刀偏、1相对刀偏07脉冲输出形式0单脉冲、1双脉冲2AB相脉冲08主轴编码器方向32正、33负329刀架反转时间（秒）3系统参数：序号名称说明设定值1插补周期42刀具寿命管使能03

26、移动轴脉冲当量分母分子为1um24旋转轴脉冲当量分母分子为1/100度25数控系统型号HNC-21/226数控系统类型1铣、2车、3车铣复合27最多允许的通道数18最多允许的轴数39最多允许的联动轴数310极坐标编程011圆柱插补012旋转变换013缩放014镜像015软件组件116网络组件0驱动器参数序号名称适用方法参数范围设置值单位0位置比例增益P10-99910000.01Hz1转矩滤波时间常数P,S0-499100.1ms2速度比例增益P,S25-3276745603速度积分时间常数P,S5-32767201ms4速度反馈滤波因子P,S0-405减速时间常数S1-1800400.1s/

27、最高转数（PA-17）6加速时间常数S1-1800400.1s/最高转数（PA-17）7速度指令输入增益S10-1200080001r/min/10v8速度指令零漂补偿S-1023-102309速度指令增益修调S80-1201001%10最大转矩电流限幅P,S0-300002500032767对应主轴驱动器正向最大输出电流11速度到达范围P,S0-32767101r/min12位置超差检测范围P1-3276720000脉冲13位置指令脉冲分频分子P1-327671仅适用C轴控制14位置指令脉冲分频分母P1-327671仅适用C轴控制15第二转矩电流限幅P,S10-32767700032767对

28、应主轴驱动器正向最大输出电流16位置前反馈增益P0-10001%17最高速度限制P,S1000-1600085001r/min18过载电流设置P,S10-320002500032767对应主轴驱动器正向最大输出电流19系统过载允许时间设置P,S10-300006000.1s20内部速度S-8000-1200001r/min21JOG运行速度P,S0-5003001r/min22位置指令脉冲输入方式P0-31仅适用C轴控制23控制方式选择P,S0-3124主轴电机磁极对数P,S1-4225编码器分辨率P,S0-3026保留127电流控制比例增益P,S0-32767150028电流控制积分时间P,

29、S1-127101ms29零速到达范围P,S0-300101r/min30速度倍率S1-256641/6431保留32弱磁修调系数P,S50-1501001%33磁通电流P,S400-16383650032767对应主轴驱动器正向最大输出电流34主轴电机转子电气时间常数P,S50-409515000.1ms35主轴电机额定转速P,S100-300015001r/min36最小磁通电流限制P,S100-409565032767对应主轴驱动器正向最大输出电流37主轴定向完成范围S0-10010脉冲38主轴定向速度S40-6004001r/min39主轴定向位置S0-40950脉冲九电路设计附件：元

30、器清单CAK6140型数控车床元、部件清单代号名称型号、规格数量备注T1三相变压器AC380V/AC220V1100W R型1北京T2控制变压器AC380V/AC220V750W R型1北京开关电源AC220V/DC24V145S-145-241明玮CNC数控系统GSK928TD1广州数控QF1空气开关DZ47 3P 10A1施耐德QF2空气开关DZ47 3P 6A1施耐德QF3空气开关DZ47 3P 3A1施耐德KA1继电器HH54PL+TP514X1无锡明达KA2继电器HH54PL+TP514X1无锡明达KA3继电器HH54PL+TP514X1无锡明达KA4继电器HH54PL+TP514X

31、1无锡明达KA5继电器HH54PL+TP514X1无锡明达KA6继电器HH54PL+TP514X1无锡明达KA7继电器HH54PL+TP514X1无锡明达KM1交流接触器CJXI9/22(380V)1德力西KM2交流接触器CJXI9/22(380V)1德力西MR（X）X轴驱动模块MR-E100A+电机1三菱MR（Z）Z轴驱动模块MR-E100A+电机1三菱变频器FR-F5001三菱编码器3风扇AA1282MS-AT(AC220V)1台湾手摇脉冲发生器OLM-01-2Z11日本接线端子排排4外购L工作灯普通日光节能灯1外购M1主轴电动机Y132S1-2-5.5KW1江苏天龙M2X进给轴电动机13

32、0STZ5-2-HM1华中M3Z进给轴电动机130STZ5-2-HM1华中M4卡盘电动机1M5刀架电动机1M6液压电动机1M7润滑电动机1M8水泵电动机1 电柜到设备电缆清单X轴到电机 4线（红蓝绿地）X轴编码器反馈（自带）Z轴到电机 4线（红蓝绿地）Z轴编码器反馈（自带）主轴变频器到电机 4线（粗红蓝绿地）7（14）8（N）到警报灯（细黄线）8（N）9（12）到照明灯（细黄线）10（2）12（24）到X轴限位开关（细黄线）11（1）12（24）到Z轴限位开关（细黄线）12（24）13（0）14（11细黑）到X轴接近开关（细黄线）12（24）13（0）15（10细黑）到Z轴接近开关（细黄线）1

33、6（R2）17（N）到润滑电机（红蓝）18（18）19（0）到卡盘电机（细黄线）21（R1）22（N）到电源按钮（红绿）23（1R）24（N）到风扇（细黄线）27（U4）28（V4）29（W4）到水泵电机（红蓝绿）30（U2）31（V2）32（W2）到卡盘电机（红蓝绿）33（U1）34（V1）35（W1）到主轴电机风扇（细黄线）36（L1）38（L2）40（L3）外接电源380V电柜到设备电缆清单设计总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在这次课程设计作业的过程中由于在设计方面我们没有经验，理论基础知识掌握得不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题。毕业设计是我作为一名学

34、生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；在整个课程设计的过程中，我发现我们学生在经验方面十分缺乏，空有理论知识，没有理性的知识；有些东西可能与实际脱节。通过此次设计明白自己要学习的东西还太多，学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在此要感谢我们的指导老师悉心的指导，感谢老师们给的帮助。在设计过程中，通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。培养出了我们的团队精神，同学们共同协作，解决了许多个人无法解决的问题；在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。十、参考文献一、 课本机电传动控制、数控机床电气控制、数控机床电气维修数控机床电气控制基础及实训。二、 上网查询资料如武汉华中数控股份有限公司资料下载了华中世纪星HNC-21/22系统说明书。三、 HSV-18S-050全数字交流伺服主轴驱动说明书四、 HSV-18D-25系列伺服驱动说明书。五、 并上其相关网站下载了相应的电动机资料等。以及老师从中的指导，和我们对知识的了解、认知。 .