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1、MC1600加工中心的数控化电气改造机电一体化专业摘要：从当前我国机械制造产业来看，其数控化机床设备可以对机电设备一体化建设情况予以代表，能够通过改造实现旧机床的数控化。是当今制造业所需要的但也是艰巨的任务。本毕业设计包含了对数控系统，伺服系统，plc进行改造。而且如果要全部用数控机床代替原机床也比较困难, 因此，对普通加工中心进行数控化改造是一个好方法。本文是对MC1600加工中心进行数控化改造，主要的改造内容如下：1.数控系统的选用，选用适合该加工中心的系统。2.电气部分的改造，硬件连接，伺服系统的选择，电路的设计以及进给系统的改造。3.PLC的选型以及组态。4.最后是系统的调试与运行。只
2、需要相比于购进一台新型的数控机床来说，较少的改造费用就可以提升3-7倍的加工效率，且改造后能立马投入生产零件的工作，还能提高加工的效率和加工的精度，非常适合当今快节奏的加工制造业。为企业节约下了许多的成本，而且经过数控化改造后，此机床可以实现主流机床的大部分功能，性价比很高，非常适应于当今企业的发展，而且可为以后机床的数控化改造提供了借鉴。关键词：加工中心，数控化改造，计算机数控，MC1600第1章 绪论1.1 数控化改造的背景和作用从数控机床来看，其主要采取数字代码方式，对于控制道具进行管理，比如相应的流程、运动速度和生活规程来进一步强化企业加工自动化能力，可以简单称作为数控机床。据不完全的
3、数据统计, 当前我国的机床总数量已经高达380万多台左右, 而数控机床的数量所占的比值非常少之又少, 总数量大约仅仅只有11.34万台, 换句话说就是我国当前的机床数控化程度相比于其他达国家比较低。在对这些年的数控机床的进展情况来看，每年数控机床的产量大约在6000到8000台左右。年数控机床的产值大约在18亿左右，而且机床年产量来看，其数控化程度占比差不多在6%左右。但是，从数控机床的使用情况看，大约60%的机床可以使用差不多10年左右。但是，使用不到10年的机床能够达到自动化效果或半自动化效果的不到总数的20%。目前，自动化生产线的数量和质量很难与发达国家相比。从以上数据统计结果来看，中国
4、制造业的发展在大多数情况下仍然依赖传统机床。这类设备直接决定了我国制造业生产的产品的质量、品种、成本和效率，对制造企业的竞争力产生了很大的负面影响，特别是在我国对外开放水平不断提高的时代，我国制造业必将采取在国际贸易竞争中处于领先地位。综上所述, 我们现在应该高度重视机床行业的数控化的发展。针对机床数控技术来讲，该技术主要是在1970年以来发展而来的数控自动化技术，而且以机械制造工业作为产业基础，为经济发展做出重要贡献。对于数控技术能力来看，其能力和水平对于某个国家制造业发展程度也是重要代表。在经济和科技快速发展的当今，普通机床难以适应快节奏发展的要求。而集结了微电技术、数控与自动检测工艺等技
5、术发展之下，普通机床已经难以适应。鉴于以上，为产品需求发展的要求，可以提高产品质量和生产率。它可以提高企业有效、快速地应对市场的能力，提高企业的经济效益。1.2 数控机床的优越性数控车床的高效率和高精度在未来的机械工业中占据了主导地位。数控车床的发展是当今机械加工的必然要求。普通机床的生产工艺越来越不能满足工程机械加工的需要。普通机床数控化改造是机械制造业企业发展的必然趋势。以下是数控改造的一些优点：1.提高了加工的精度和生产的效率。目前对于改造后的加工中心相比较之前的老式版本效率大约提升3-7倍左右，在使用的过程中只需多注重该机床的维护和保养，其使用的寿命和工作产出比均很高，达到控制的要求，
6、并能够代替传统的设备完成更多更高的生产效率，对企业的各方面提升有非常大的帮助。2.可实现加工的自动化。3.有着更高的可靠性。4.模块化、智能化、柔性化和集成化于一体。5.加工出零件的精度更高,尺寸分散度更小。6.节约了成本。目前，如果新购置机床的话会比原机床进行数控化改造多花费高达3倍的费用，越是大型甚至特殊使用的加工设备则成本越是高昂，尤其在一些军工制造的行业，虽然依旧用的老式设备，但是要是新购置设备会额外增加很高的经济负担，如果对传统的大型设备进行数控化改造，只需我们要用大约增设新机床工作所需成本费用的1/3，而且可以改造完就可以马上直接使用，适应当今快节奏的工业形势。1.3 本文主要研究
7、内容 随着数控技术在应用领域的日益增长，先进的制造技术也逐渐成熟， 旧机床的改造可以很好地满足加工的需要，并大大减少了成本的投入。需要以数控化方式对机床进行改造，主要是基于普通机床发展配置适合的数控体系，而且要结合机床的关键组成，例如机械组成、电气组成等等进行相应的调整，让其具备数控零件加工的能力。其后，要对数控加工机床安装测试，对数控加工的可靠与稳定状况进行验证。从而保证数控改造后产品的精度和质量，提高生产效率。本文主要是在原有机床的基础上，选择合适的数控系统。电气部分和进给系统部分采用数控改造。进行了许多数控系统的对照，选定了较适合该加公中心的数控系统。电气部分主要设计了硬件的连接、伺服系
8、统的选择和电路的设计，以及主电路和控制电路的设计。现在普通机床仍使用于第一线的生产，但在最近几年，国家逐渐加大了对机床数控化改造政策的力度，而许多机床具备着改造的价值，完全可以改造后使用，本文主要是对MC1600进行数控化改造，改造后，它可以有大部分的数控机床的功能。第2章 MC1600的改造方案2.1 MC1600的介绍MC1600具有以下参数：具备双托板的工作台，台面是1600毫米*1250毫米；60把刀库容量；采取机械手的自动换刀模式；X轴与Y轴的行程分别为2000和1600毫米。而Z轴的行程为1400毫米。采取360度可以随意旋转的B 轴。500毫米的W轴行程。37千瓦的主轴功率。6至
9、2040rpm的转速，具备了准停能力。配备能够任意旋转的Q轴。下面针对控制系统提出了具体要求：一是系统要能够达到四轴联动和任意二、三轴联动的性能；二是要对机床精确和精准度进行确定，系统单位要精细化到1微米；三是在定位精准度上要实现4微米；四是要实现自动换刀的实际要求，在输入点和输出点上，要分别达到160个与96个。2.2 数控系统的改造方案1.全球中实力最强的数控研发设计、生产销售的公司就是日本Fanuc公司。该公司在2005年销售在中国的产品超过了1.5万套，而且很多都可以适用于中端产品研发。FANUC系统性能稳定，操作界面简单。各系列系统的总体结构非常相似，几乎都是统一的操作界面。FANU
10、C系统适用于大多数不同的环境，对电压、温度等外界因素的要求不高，因此适应性很广泛。2.西门子自动传动集团采用的西门子系统作为数控系统。该系统已经经过多年的发展升级。当前，普遍应用的是802型、810型、840型等。该系统可以实现多个编程技术的拓展，能够实现不同周期与大纲，而且可以通过模块设计对不同驱动系统进行设计，还可以灵活安排差异化的智能与性能发展需求，而且可以对管理模块不用进行维护管理。原因在于，这些模块不需用电扇与电池等设备。公司系统结构紧凑，外形简单。采用80位浮点精度，可实现先进的表面控制技术。其能够得到较高的工件生产质量，而且能够应用加工复杂的模具。与此同时，其定位智能化以及运动切
11、换作用，可以让加工进行精准定位，而且在应用顺序编程设计后，大大减少了手工编程所需的时间。3.M700V数控系统由日本的MITSUBISHI公司生产，其采用了性能较高的光纤伺服网络，同时应用了指令精简的64位CPU。在控制中可以实现纳米级别的精准控制，能够实现光滑度高的曲面控制，另外在机床响应方面以及校正精度过程中展现了较强的竞争能力，另外还设置有在线帮助用户进行界面设计的功能，可实现三维图形的监控能力。4.Itnc530数控系统由德国海德汉公司引进，通过对话与数控编程设计，可以让数控系统更好的为车间服务。各程序段平均加工时间仅为0.5ms，精度较高的工件加工能力，能够对五轴加工中心使用。其调节
12、能力比较突出，尤其是在动态防撞监控与适应性方面。 世界上有那么多数控制造商，但像日本的FANUC和德国的西门子是专门研究和生产数控系统的专业公司，拥有着更高的性价比和更多的品种种类。而由图表可以看出，西门子的840d更适合加工中心的数控系统，其将驱动装置与CNC进行集成，并通过硬软件的闭环控制，在集成的精度上可以控制在1cm2内，可以实现更加便捷的监控、操作与编程。840d具备以下功能：采用32位微处理器进行控制方式，能够对数控连续归集进行控制，而且可以在实现PLC控制。 对于机床来讲，其可以对31个轴进行控制。它的插值函数涵盖了多个插值，比如三阶多项式、控制值互联、曲线表以及样条插值等。上述
13、功能可以为多种曲线与零件加工提供了科学的方法。另外，对于进给轴与主轴可以实现同步操作。操作模式主要包括自动、点动、示教交互编程和手动过程数据输入。表1数控系统对照802s802c802d810dCCU1840dFCU571840dNCU840C测量回路数445663130进给轴，主轴3/13/14/16/1+16/631/3130/6驱动系统步进驱动611A/U511C611D611D611D611A/D线型插补轴333444/125通道数11112106PLC最大I/O64/6464/64144/95768/7682048/20482048/20481024/1024PLC编程S7-200S
14、7-200S7-200S7-300 CPU 314S7-300 CPU 315-2DPS7-300 CPU 315-2DPS5135WB2中文环境YESYESYESYESYESYESYES龙门同步轴NONONONONOYESYES同时程序输入和执行YESYESYESYESYESYESYES零件程序区基本/最大0.25M0.25M0.25M0.25/1.5M0.25/1.5M2.5M2.7M手持单元YESYESYESYESYESYESYES等离子单显YESYESYESYESYESYESYES840D功能非常强大，可以实现接近或者退出的刀具半径补偿、可以实现对于轮廓冲突的检测、可以实现俯仰误差、刀
15、具长度、测量系统误差、反向间隙与过象限误差等多个补偿，而且安全可靠，可以通过设置软限位开关对工作区域进行限制。如果达到极限之后，可以引发减速处理，并对主轴的运行状况进行及时监控。从数控编程的标准来看，其必须要满足din66025标准，而且要具备高级语言程序编写能力，能够对英制、混合尺寸或者公制进行编程处理。与此同时，可以在程序设计上进行程序编写和加工处理。对于系统来讲，在内存上需要1.5兆用户管理内存对部件程序存储、刀具进行补偿和偏移管理。PLC s7-300集成在PLC编程上，其可以将数据存储装置以及PLC程序进一步向288kb，I/O域模块拓展，另外还能拓展到2048个输入和输出点。鉴于以上，对于PLC程序来讲，其采样数字输入监控速率较高，能够向数控机床传递运行和暂停的相关指令。 840D系统可以提供标准化的计算机硬软件和CPU处理设备。能够在Windows 98/2000中对用户信息进行开发应用。除此之外，在主机和外设通信时，可以通过RS-232通用接口许可。用户还能利用打印机及磁盘驱动接口等进行程序存储、打印以
