立式数控铣床主传动系统设计

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1、2017届本科生毕业设计分类号：TH122题 目: 立式数控铣床主传动系统设计作者姓名：陶诚学号：学院：机械与电子工程学院专业：机械设计制造及其自动化指导教师姓名：杨权王松指导教师职称：助教工程师2017年5月摘要本文介绍了立式数控铣床的一些基本概况，叙述了机床主传动系统方面的原理以及 类型，分析了各种传动方案的机理。立式数控铣床主传动系统主要包括了主轴电动机、 主轴传动系统两部分。本文详细地介绍了立式数控铣床主传动系统的设计过程，该立式数控铣床主轴变速 箱是靠齿轮进行传动的，主轴箱传动系统采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，主 轴变速系统采用多联滑移齿轮变速。另外文中还介绍了立式数控铣床主

2、传动系统各种传 动方案优缺点的比较、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴组 件的设计、轴承的选用及润滑、关键零件的校核以及主轴电动机的控制等内容。 关键词：立式数控铣床；主传动系统；主轴组件；轴承ABSTRACTThis paper introduces the general situation of the basic vertical CNC milling machine, this paper expounds the principle and type of the machine tool main drive system, analyzes the mec

3、hanism of various kinds of transmission scheme.The main drive system of vertical nc milling machine consists of two parts: main shaft motor and spindle drive system.Vertical CNC milling machine are introduced in detail in this paper the design process of the main transmission system, the vertical CN

4、C milling machine spindle is by the gear transmission gearbox, spindle box transmission system adopts gear drive, drive mode adopts centralized transmission, spindle drive system using sliding multigang gear.This paper introduces the vertical CNC milling machine main drive system of the comparison o

5、f the advantages and disadvantages of various transmission schemes, the choice and determination of main transmission scheme, the design and calculation of main drive variable speed system, the design of spindle component, the selection of bearing and the key parts of lubrication, checking and spind

6、le motor control, etc.Key words：Vertical nc milling machine; Main drive system; The spindle component; bearing目录绪论制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，它的发展水平标志了该国或地区经 济的实力，科技水平和国防实力。国际市场的竞争归根到底就是各国制造生产能力及机 械制造装备的竞争。机床是制造业的主要生产设备，而数控机床是高精度、高效率的自 动化生产设备。目前，国内、外数控机床正朝着高性能、高精度、高效率、高柔性、高 自动化和模块化方向迅速发展。数控机床，顾名思义，是一类由数字程序

7、实现控制的机 床。与人工操作的普通机床相比，它具有适应范围广、自动化程度高、柔性强、操作者 劳动强度低、易于组成自动生产系统等优点。数控机床也就是一种装了程序控制系统的 机床，该系统能逻辑处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。数控铣床是一种加工功能非常强的数控机床。数控铣床也像通用铣床那样可分为立 式、卧式和立卧两用式数控铣床，各类铣床配置的数控系统不同，其功能也有所不同。随着科学技术的极速发展，机械产品的结构也越来越合理，其性能、精度和效率日 趋提高，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。所以，对机械产品的加工 相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。在机床行业，由于采

8、取了数控技术， 使得许多以前在普通机床上无法完成的工艺内容得以完成，大量普通机床为数控机床所 代替，这就极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。综上所述，数控机床在促进技术进步，提高人类生存质量以及创造新的就业机会等 方面都起着非常重要的作用。1 立式数控铣床主传动系统方案的确定对立式数控铣床主传动系统简介主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有一定的转速和变速 范围，以便采用不同材料的刀具，加工不同材料、不同尺寸、不同要求的工作、 并能方便地实现运动的开停、变速、换向和制动等。数控机床主传动系统主要包括了电动机、传动系统和主轴部件，它与普通机 床的主传动系统相比在结构上较简单，因

9、为变速功能全部或大部分主轴电动机的 无极调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，有些只有二级或三极齿轮变速系 统用以扩大电动机无级调速的范围。在主传动系统方面，具有以下几个特点：(1)目前数控机床的主传动电机已 不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已经逐步被新型的交 流调速电机和直流调速电机所代替。(2)转速高，功率大。(3)变速范围大。(4) 主轴速度的变换迅速可靠。对立式数控铣床主传动系统的要求(1) 主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的 开停、变速、换向和制动，以满足机床的运动要求。(2) 主电动机具有足够大的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度

10、， 以满足动力要求。(3) 主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度、抗振性，并 且噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。4）操纵灵活可靠，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。（5）结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。主传动的类型及方案选择数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操 作的要求。在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级 凋速系统。为了适应不同的加工要求，主传动系统目前主要有三种变速方式：1具有变速齿轮的主传动 这是大、中型数控机床采用较多的一种变速方式。通过几对齿轮降速，增大 输出扭矩，以满足主轴输出扭

11、矩特性的要求，见图1-1所示。一部分小型数控机 床也采用此种传动方式以获得强力切削时所需要的扭矩。图具有变速齿轮的主传动2通过带传动的主传动通常选用同步齿形带或多楔带传动，这种传动方式多见于数控车床，它可避 免齿轮传动时引起的振动和噪声，见图1-2所示。图 通过带传动的主传动3由调速电机直接驱动的主传动 这种主传动是由电动机直接驱动主轴，即电动机的转子直接装在主轴上，因 此大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输 出扭矩小，电机发热对主轴的精度影响较大。如图1-3所示。图 由调速电机直接驱动的主传动近些年来，出现了一种新式的内装电动机主轴，即主轴与电动机转子合为一体

12、。其优点是主轴组件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动、停止的响应特 性，并利于控制振动和噪声。缺点是电动机运转产生的热量亦使主轴产生热变形。因此，使用内装电动机主轴的关键问题是温度控制和冷却。本章小结本章主要是对立式数控铣床主传动系统的确定，本次设计采用了变速齿店主传动系统。使主轴获得较高的转速和较大的转矩。2 主传动变速系统主要参数计算计算切削功率切削力的计算铣削时的切削力，公式如下2-1)C a0.86 f 0.74B Z x 0.98F = F_pzCD0.86式中：F铣削时的主切削力（N）；CC 加工材料影响的系数；Ff每齿进给量（mm）；Za背吃刀量（mm）；pB铣削宽度；Z 铣刀

13、齿数；D铣刀直径（mm）。用直径D =50mm的四齿锥柄立铣刀，铣刀宽B =40mm的刚工件，f二，a =4mm,ZpC =68mm，F计算得： F =132NC切削功率的计算 切削时所消耗的功率称为切削功率。切削功率的公式计算：P = FC VC（2-2）C 6000式中：P切削功率（kw）；CF 切削力（N）；CV切削速度（m/min）。C根据机床设计手册典型加工条件以及钢材料的铣削速度范围，取V =100m/minC计算得： P =C主轴转速范围的确定主轴最咼转速为n = 4000r/min，最低转速为n .= 40r/minmaxmin计算主传动功率用下列粗略估算主电动机的功率2-3)

14、式中：耳为铣床主传动系统总机械效率，主运动为回转运动时，n = 0.7 0.8 ；CC 主运动为直线运动时， n =0.60.7。C取主传动的总效率n = 则初选电动机功率P = 2.2/0.7 = 3.14kw 取 P = 4kwdd电动机额定转速为n = 1500r/min ;d额定最高转速为分级变速箱的传动系统的设计及主轴电动机的功率的确定由中初选电动机功率P为4kw,d计算转速依据如下公式计算:(400、0.35/、n = 40 =205r /min(2-4)j I 40 丿则电动机的恒功率调速范围:主轴恒功率调速范围:因此主轴要求的恒功率变速范围R远大于电动机所能提供的恒功率围R ,

15、npdp所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，来扩大电动功率变速范围。确定变速级数 Z如取变速箱的公比申二R二3f dp则由于无级变速时R =Q z-1R =Q znp f dp f故变速箱的变速极数Z =空np = lg19.5 = 2.704 可取 Z=3(2-5)lg 9lg3f 虽然此方法功率特性图示连续的、无缺口(即没有功率降低区)和无重但是Z=3,变速箱机构较复杂。因此为简化变速箱机构，取 Z=2。电动机的功率的确定由公式(25)可知，应增大 97 lg RZ np即 2 - lg19.5lg 9flg 9 f所以9 4.42比R 3大很多。fdp缺口处的功率为所以选用5.5

16、kw的交流变频电动机。则缺口处的功率为P = Q x P )/申=(3 x 5.5)/4.42二3.73kw。有很大的改善。dp d f电动机参数电动机性能指标：电机采用CTB系列变频电机，型号：CBT43P5BXB504,主要技术指标如下:(1) 电压:三相 380V/50Hz；(2) 变频调速范围：5100Hz无级调速,550Hz恒转矩调速,50100Hz恒 功率调速,级数为 4 级,额定转速 1440r/min;(3) 电机应能承受额定转矩的60%过载，历时1min,低速时转矩平滑,无爬行 现象;(4) CTB系列变频电机，型号：CBT43P5BXB504图电动机外形图分级变速箱的传动系

17、统变速机构的确定本系统设计的传动系统具有两档速度，低档转速为40-900r/min，高档转 300-4000r/min。显然如果要求巧1500-4000r/min内作恒功率的不停车变速可用 高档。转速图和功率特性图如图所示。图转速图和功率特性图本章小结本章通过对切削规律和主传动功率的计算，分级变速箱传动系统的设计以及主轴电 动机功率的确定得出主传动变速系统的主要参数。3 主轴组件设计概述主轴部件设计是机床重要部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支撑并 带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成型运动。轴的分类轴是机械传动的一个重要零件，一般作回转运动的零件常要装在轴上才

18、能实现其回转运动。其承载在载荷可分为：1. 转轴工作时既承受弯矩又承受扭矩。2. 心轴用于支撑转动零件，只承受弯矩。3. 传动轴传递扭矩。在高速传动的轴不仅要考虑轴的材料、结构、强度和刚度，而且要防止轴的 振动（动平衡）。此外，注意轴上零件的固定，结构工艺性，热处理等要求。作 为制造机器的机器上的轴，设计的主要原则是刚度原则,本次设计选择转轴。主轴材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。数控主轴主要传递扭矩，且在高速旋转中产 生大量的热，产生一定的轴伸长，其他零件的变形，从而影响加工精度和表面质 量。从多方面考虑选用 40Cr 为本次数控铣床主轴材料。主轴结构设计主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密

19、封件及定位元件等组成。主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响， 是决定机床性能和技术经济指标的重要因素。因此，对主轴部件有较高的要求。主轴部件应满足的基本要求（1）旋转精度 主轴的旋转精度指装配后，在无载荷、低转速条件下，在 安装工件或刀具的主轴部位的径向和端面圆跳动。其主要取决于主轴、轴承、箱 体孔等的制造、装配和调整精度。（2）刚度 主轴部件的刚度指其在外加载荷的作用下抵抗变形的能力，通 常以主轴前端产生单位位移的弹性形变时，在位移方向上所施加的作用力来定 义。如图 4-1 所示。主轴部件的刚度是主轴、轴承等刚度的综合反映。因此，主 轴的尺寸和形状、轴承的类型和数

20、量、预紧和配置形式、传动件布置形式、主轴 部件的制造和装配质量都影响主轴部件的刚度。图3-1主轴形变（3）抗振性（4）温升和热变形轴的设计也和其他的零件的设计相似，包括结构设计和工作能力的计算两方 面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺性等方面的要 求。轴的结构不合理会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性。因此轴的结 构设计很重要。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。对于 机械装备则需刚度计算，防止工作时产生过大的弹性变形，影响加工精度和表面 质量。轴的结构设计轴的结构主要取决于以下因素:（1）轴在机器中的安装位置及形式；2）轴上安装零件的

21、类型、尺寸、数量和轴连接的方法；（3）载荷的性质、大小、方向及分布情况；（4）轴的加工工艺。不论什么条件,轴的结构应满足以下条件： （1）轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置,周向和轴向要有准确的定位；（2）轴上的零件应便于装拆和调整；（3）轴应具有良好的结构工艺性和制造工艺性。草拟轴上零件的装配方案图主轴装配图预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和关系，如下图立式数控铣床主轴的 装配。前轴承（前支撑）、套筒、轴承、套筒（曲路密封）与端盖（曲路密封）齿 轮（动力输入部分）、圆螺母、轴承（后支撑）、端盖、依次从轴的后端向前端 安装。轴上零件的定位为防止轴上零件受力时发生沿轴向和周向的相对运动,轴上

22、零件除了有游动 或空转要求外,都必须进行轴向和周向定位,以保证其准确的工作位置。1. 零件的轴向固定:通常由轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母来保 证；2. 零件的周向固定:周向固定的目的是限制轴上零件与轴发生相对运动。常 用周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等,其中紧定螺钉只用 在传力不大之处。各轴段直径与的确定由轴的结构和拉刀方式确定出轴的最小直径：立式数控铣床主轴必须制成空心轴，且又因为为空心轴的内径d与外径d之比，为了保证轴的刚度和扭转刚1度,通常在0.50.6之间，取为。故d=50mm。按轴上零件的装配方案和定位要求，从d处起逐一确定各轴段的直径。在实际的设计中，轴

23、的直径亦可凭设计者的 min经验确定，或参考同类机器用类比的方法确定。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件的部位的轴径，应取 为相应的标准值及所选的配合公差。且在这样的轴段需的碳氮共渗层。为了使带 轮、轴承等有配合要求的零件装配拆卸方便，并减少配合面的擦伤，在配合轴段 前应采用较小的直径，发挥轴肩的作用。确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还需要保证零件所需的装配 或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零 件必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠与带轮等零件相配合部分的轴段 长度一般应比轮毂长度短23mm，所以取Dmax=78mm.(1)主轴悬

24、伸量a与前端轴颈D之比可按下表选择：表主轴悬伸量与前端轴颈之比机床和主轴的类型a/D1通用和精密机床，自动车床和短主轴端铣床，用滚动轴承和支架中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬伸较长的精密镗床 和内圆磨床孔加工机床应用加工细长孔的机床，由加工技术决定，需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动，因切削较长而不适用于有高精度要求的机床取 a=65mm(2)主轴合理跨距的选择：在具体设计时，常常由于结构上的限制，实际跨距l H l最佳合理跨距。这样0就造成主轴组件的刚度损失。在设计中一般认为l/1二0.751.5时，刚度损失不大0（5%左右）。应该认为在合理范围之内，称之为合理跨距，合理跨距l二（0.751

25、.5是一个区域。合理 0提高主轴强度的措施轴和轴上零件的结构、工艺及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影 响，所以应在这些方面进行考虑，以利提高轴的承载的能力，减小轴的尺寸和机 器的质量，降低制造成本。（1）合理布置轴上零件以减小轴的载荷。为了减小轴所承受的弯矩，传动件应尽量靠近轴承，并尽可能不采用悬臂的 支承形式，力求缩短支承跨距及悬臂长度。通常轴是在变应力条件下工作的，轴的截面尺寸发生突变处产生应力集中， 轴的疲劳破坏也常常发生在此处。轴肩要采用较大的R减小应力集中；选择合适 的配合关系；可在轮毂或轴上开减载槽；切制螺纹处的应力集中较大，应避免在 轴上受载较大的区段切制螺纹。（2）改进

26、轴的表面质量提高轴的疲劳强度。轴的表面愈粗糙，疲劳强度愈低。因此，应合理减小轴的表面及圆角处的 R ， a 提高轴的疲劳强度。表面强化处理的方法有：表面高频淬火；表面渗碳、氮化； 碾压、喷丸等强化处理。轴的结构工艺性轴的结构工艺性指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零件，生产率高， 成本低。一般说，轴的结构越简单，工艺性越好。因此，在满足使用要求的前提 下，轴的结构形式应尽量简单。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。主轴结构设计如下图：图主轴结构示意图主轴强度的校核常见轴材料见表所示。表常见轴材料轴的材料Q2

27、35-A、20Q275、 354540CrT 15-2520-3525-4535-45A0149-126135-112126-103112-97按扭转强度进行计算下面这种方法只是按轴所承受的扭矩来计算轴的强度；如果还承受有不大的 弯矩时，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。在作轴的结构设计时通常用 这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为计算结果。轴的扭转强度 条件为P3-1)9550000 -n 100mm的轴，有一个键槽时，轴径应增大7%。对于直径d100mm 的轴，有一个键槽时，轴径应增大5%-7%有两个键槽时，应增大10%-15%。然后 将轴径圆整为标准直径。应当注意，这样求

28、出的直径，只能作为承受扭矩作用的 轴段的最小直径d 。min强度校核计算轴的精确计算主要是轴的强度和刚度校核计算，且在满足轴的强度和刚度要 求，必要时还应进行轴的振动稳定性计算。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况,采取相应的计 算方法，并恰当地选用许用应力。BT30铣床机械主轴既承受弯矩又承受扭矩，应按 弯扭合成强度条件进行计算,需要时还应按疲劳强度进行精确校核计算。1.按扭转强度条件进行校核计算。t = =Tt (3-4)T W 兀 d 3 bt (d-t)2r16式中：t 扭转切应力，单位MPa；T轴所受的扭矩，单位为N-mm；d计算截面处轴的直径，单位为mm；:许用扭转

29、切应力，单位为MPa；W轴的抗扭截面系数，单位为mm 3。由 机械设计手册查得It 为45MPa；由机械设计课程设计手册可查 T得 t 二 5.0mm ； b 二 12mm ； T = 42Ngmm。将以上各值代入式（34）得： t =2.按弯扭合成强度计算： 过轴的结构设计，轴上零件的位置，外载荷和支反力的作用位置都已确定，算出轴上载荷。由金属切削手册表得：表 参数表参数项目数值出处金属切削手册D50mm表9-7B30mm表9-4S_Ltl齿表9-11t8mmt=*DZ4表9-7由金属切削机床夹具设计手册表得查手册表1-2逆铣时得;P P P纵=0.8 横=0.7垂=0.5PPP所以纵=O*

30、758 = 1406N , P横 = 0.7X1758 =1230求出支反力：已知 p径二 879N ; P横二 07 x1758 二 1230N联立解得：F =885NF 二 1764Nr1刚度校核计算:轴在载荷作用下,将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过了允许的限度,就会影响轴上零件的正常工作,甚至会丧失机器应有的工作性能。对于制造产品的铣床主轴来说刚度是关键。由误差复映原理可知,刚度较差的机床造出的产品,根本就谈不上精度。因此,本次设计的BT40主轴必须校核刚度。轴的弯曲刚度以挠度和偏转角来度量的;扭转刚度以扭转角来度量。主要任务是:计算主轴在受载时的变形量,并控制其在允许范围内。刚度校核

31、计算：阶梯轴的刚度条件：p(p1 z Tl申二5.73x104 F 亠LG Ii=1 pi式中：TG-扭矩，单位为Nmm；-剪切弹性模量，单位为MP，对于各种钢材，G二8.1 x 104 MP;aa 极惯性矩，单位为mm 4 ；-阶梯轴受扭矩的长度，单位为mm；阶梯轴受扭矩轴段数；阶梯轴第i段上的扭矩、长度、惯性矩；T 、l 、 I i i id = 9.6 mm 。v1由机械设计查得p = 0.25 0.5 /m,显然，p60调心球轴承16254050角接触球轴承1625406060圆柱滚子轴承1225406060圆锥滚子轴承10162330调心滚子轴承8122025推力球轴承461215轴

32、承的密封为了使轴承保持良好的润滑条件和正常的工作环境，充分发挥轴承的工作性 能，延长使用寿命，必须对滚动轴承具有适宜的密封。轴承的密封可分为自带密封和外加密封两类。所谓轴承自带密封就是把轴承 本身制造成具有密封性能装置的。这种密封占用空间很小，安装拆卸方便，造价 也比较低。自带密封又分为非接触式与接触式两种:1）非接触式密封非接触式密封就是密封件与其相对运动的零件不接触，且有适当间隙的密 封。这种形式的密封，在工作中几乎不产生摩擦热，没有磨损，特别适用于高速 和高温场合。（2）接触式密封接触式密封就是密封与其相对运动的零件相接触且没有间隙的密封。这种密 封由于密封件与配合件直接接触，在工作中摩

33、擦较大，发热量亦大，易造成润滑 不良，接触面易摩损，从而导致密封效果与性能下降。本章小结由以上理论本次设计主要采用非接触式密封,优点在于在工作中几乎不产生 摩擦热，没有磨损，特别适用于高速和高温场合。前端轴承受力较大,且要求较 高故采用间隙密封加一个甩油环密封可靠。后端轴承要求稍低一点儿,选用曲路 密封。曲路密封是由旋转的和固定的密封零件之间拼合成的曲折的缝隙所形成 的。缝隙中加入润滑脂,可以增加密封效果。根据部件的结构曲路 是布置为轴向 的.采用轴向曲路时,端盖应为剖分式,当轴因温度变化而伸缩或采用调心轴承感 作支承时,都有旋转片与固定片相接触的可能.根据实际情况本次设计采用接触 式密封。5

34、 数控铣床主轴电气控制系统设计控制方式选择本次设计选用可编程控制器(Programmable Logic Controller ) PLC控制变频 电机带动主轴工作。PLC适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高的新一 代通用工业控制装备。它能够完成较精确地转停控制。PLC的简单介绍可编程控制器的由来可编程控制器(ProgrammableController)简称PC，但为了与个人计算机 (Personal Computer)相区别，也可简称为PLC。是为工业控制应用而设计制造 的。在60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置 构成的。可编程控制器的现状世界上公认的第

35、一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。限 于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模 集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。可编程控制器的分类PLC 一般可按I/O点数和结构形式分类。1 按 I/O 总点数分类(1) 小型 PLC输入、输出点数在128点以下，用户存储器容量在2KB以下。小型PLC适 用于开关量控制场合。(2) 中型PLC输入/输出点数在2561024点之间，用户程序存储器容量在2-8KB。中型PLC 除具有上述逻辑运算功能外，还有模拟量输入、输出、数据传输、数据通信 等功能。（3）大型 PLC输入/输出点数在10

36、24点上，最多可达8192点，用户程序存储器容量在8KB 或8KB以上。这种PLC有丰富的I/O模块，能适应各种控制要求。2 按结构形式分类（1 ）整体式将 PLC 的中央处理器单元、输入、输出部件安装在一块印刷电路板上，并连 同电源一起装在一个标准机壳内，形成一个箱体。（2）机架模块式把PLC的各个部分制成独立的标准尺寸的模块，主要有CPU模块（包括存 储器）、输入模块、输出模块、电源模块以及其他各种模块直接插入机架底板的 插座上即可。可编程控制器的特点（ 1）可靠性高，抗干扰能力强 这是选择控制装置的首要条件。可编程控制器生产厂家在硬件方面和软件方 面上采取了一系列抗干扰措施。硬件措施：屏

37、蔽、滤波、隔离 软件措施：故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟（死循环报警）、程序检2）使用灵活，通用性强产品均成系列化生产，多数采用模块式的硬件结构，用户可灵活选用。软接 线逻辑使得 PLC 能简单轻松的实现各种不同的控制任务，且系统设计周期短。（3）编程方便，易于掌握 采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂；近年来又发展了面向 对象的顺控流程图语言 （SFC Sequential Function Chart） ，也称功能图，使 编程更简单方便。（4）接口简单、安装，维护方便 、体积小、结构紧凑、 可编程控制器可直接与现场强电设备相连接，接口电路模块化，与被控制对 象的硬件连接方式简

38、单，接线少、便于维护。体积小、重量轻、便于安装。有完善的自诊断和监视功能。可编程控制器对于其内部工作状态，通信状态， 异常状态和 I/O 点的状态均有显示。可以方便的查出故障原因，迅速作出处理。（5）功能完善，性价比高 除基本的逻辑控制，定时计数，算术运算外，配合特殊功能模块可以实现点 位控制， PID 运算，过程控制，数字控制等功能，还可与上位机通信、远程控 制等。PLC 的应用领域PLC 在国内外广泛应用于钢铁、采矿、石化、电力机械制造、汽车制造、环 保及娱乐等各行各业。主轴电动机控制PLC发出Y0主轴正转（或Y1主轴反转）信号以及主轴转速指令时，代表 主轴转速的直流电压值就会送入主轴变频

39、器，主轴变频器按代表主轴转速的直流 电压值控制主轴转速进行正转（或反转）起动。主轴正转（或反转）起动至指定转速时，主轴变频器输出主轴速度到过信号 给 PLC ，完成主轴起动过程。主轴的起动时间、制动时间由主轴变频器内部参数 设定。如图所示。（a）接线图（b）梯形图（c）助记符语言图主轴电动机控制系统图本章小结本章是对数控铣床主轴电气控制系统的设计，本次设计选用了可编程控制器 PLC 控制变频电机带动主轴工作，并对 PLC 进行了一些介绍。结论这次设计主要是对立式数控铣床主传动系统进行设计,具体通过了五个部分 来进行设计。首先从主传动系统设计以及主轴零件的选用，再定轴承的选型及其组配形 式，然后

40、对主轴电气控制的设计。具体步骤包括立式数控铣床主传动系统方案的 确定、主传动变速系统主要参数的计算、主轴组件设计、轴承的设计以及数控铣 床主轴电气控制的系统设计。并且还介绍了立式数控铣床主传动系统各种传动方 案优缺点的比较、主传动方案的选择和确定、主传动变速系统的设计计算、主轴 组件的设计、轴承的选用及润滑、关键零件的校核以及主轴电动机的控制等内容。在以上设计中，对零件的材料，对轴承，对装配方法等等知识点温习和学习。 使以前学习的理论知识能够应用到实际设计当中去，更加深了我们对所学知识的 理解。对实际加工中的一些问题有了进一步的了解，并在设计中考虑和避免这些 问题的发生。参考文献1 吴宗泽，罗

41、圣国机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社，2000.2 濮良贵，纪名刚机械设计（第七版）M.北京：高等教育出版社，2001.3 文怀兴，夏田数控机床系统设计M.北京：化学工业出版社，.4 夏田数控加工中心设计M.北京:化学工业出版社，.5 陈立德.机械制造装备设计M.北京：高等教育出版社，.6 王爱玲现代数控机床结构与设计M.北京：兵器工业出版社，.7 华楚生.机械制造技术基础M.重庆：重庆大学出版社，2003.8 甘永立.几何量公差与检测M.上海：上海科学技术出版社，2005.9 杜迎辉等高速精密角接触球轴承刚度计算J.机械科学与技术，2001.10 陈宗农角接触球轴承静态刚度计算J

42、.机械科学与技术，2005.11 梁波主轴轴承结构及其高速性J.机械科学与技术，2006.12 李伟机床电器与PLC 西安：西安电子科技大学出版社,.致谢毕业设计很快已经结束了，在这段时间里，不仅仅感觉到的是忙碌，还有忙碌后作完一件令自 己心动的东西时的那种无声的喜悦。在写致谢信的这个时候心里想有一些说出的东西，想想自己在做毕业设计时的种种困难，在老 师同学的用心帮助下也一一解决了，说句实话，凭自己的能力要作完毕业设计是有些太困难了，但 是在你的身边总有一些人会给你带来惊喜，自己的能力毕竟有限，在面对别人无私帮助的时候我的 内心十分感激，带自己毕业设计的杨老师会有问必答，有难必解，虽然接触不是

43、很多，但有些东西 使用心感觉的。还有好多老师在这次毕业设计中给于我一些帮助，我非常的感激。当然还有我身边 的那些同学，在我有疑惑的时候总是不厌其烦的给我解释清楚。在我设计的时候，因为我以前从没 接触过的东西，一开始很是迷茫，我的好几位同学都在这时候一边忙自己的事，一边还要在我有疑 惑的时候为我帮忙分析，共同解决。最终自己终于完成了主传动系统设计这一部分的毕设要求。现 在想起来，有时候最能让自己感动的事就发生在自己的身边。这次毕业设计不仅给我带来了知识上的收获，在做人方面也教会了我许多许多，在对待事情方 面，尤其是有选择的时候自己该放弃什么，该抓住什么。什么是该自己作的，什么时候做，我明白 了好多。在此，我对给我帮助的老师，同学至以诚挚的谢意和由衷的感激。感谢您们对我的帮助，和教 会我那些人生的道理。在即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到的顺利完成，有多少可敬的师长、同 学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！