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1、四川职业技术学院数控机床电气控制与PLC课程设计所属系部机械工程系所属专业数控技术所属班级数控二班学 号140学生姓名张建指引教师刘帅完毕日期3月31日星期二任务书CA6140一般车床的电气翻新及数控改造设计设计内容与规定:1. 将原机床的手动刀架更换为数控电动刀架，并设计其控制线路；2. 将原机床一般丝杠更换成滚珠丝杠，并将其改为半闭环伺服控制，设计其控制线路；3. 对与此机床功能有关的主电路、控制电路、输入输出接口电路、驱动器线路等进行设计；4. 对整机进行调试，使功能完善、工作正常。设计措施及思路：（1）查阅资料，进一步掌握数控机床的原理、功能，分析机床数控改造的研究现状。 （2）拟定对
2、CA6140车床的数控化改造方案。 （3）完毕主传动、进给传动系统设计。（4）给出电控系统的硬件配备及I/O线路图、分析PLC在数控改造中的应用。具体措施拆除原车床的纵向和横向丝杠光杠、溜板箱及挂轮箱中的齿轮，用滚珠丝杠替代原有一般滑动丝杠，将选用的纵向滚珠丝杠副通过托架安装在原溜板箱与床鞍连接的部位上，纵横向滚珠丝杠两端尽量运用原固定和支承方式。为便于安装滚珠丝杠副，丝杠采用分体式，用套筒联轴器实现刚性连接；横向驱动电机及齿轮减速器安装在床鞍的后部（相对操作者），纵向驱动电机及齿轮减速装置安装在机床的右端，接近尾座的位置；要实现自动换刀，需拆除原手动刀架，在小托板上安装数控转位刀架；为了使改
3、造后的车床可以加工螺纹。需要加装主轴脉冲编码器，以实现对主轴转速的同步检测，编码器安装在主轴箱内；为使加工过程中不超程，纵横向要安装行程限位开关；为实现回参照点的动作，必须在纵横向安装接近开关；纵、横向齿轮箱和丝杠所有加防护罩，以避免加工过程中的切屑飞溅伤人；考虑到改造的成本，尽量采用可靠性高的经济型数控系统。摘 要中国是一种老式的机械制造大国，但其装备水平落后，特别是某些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床，远远不能满足加工的规定。针对目前制造业的技术装备现状，对老式机械制造业装备进行改造，解决机械制造业中的某些技术问题，用现代先进技术对旧的设备进行改造和提高，是国内制造业的发展方向。本课题是
4、针对CA6140一般废旧车床进行数控化改造，其现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造措施，对老式机械制造行业的技术装备进行技术提高.以解决目前设备老化所带来的问题。 本课题研究过程中，一方面对目前工厂所使用的常规数控机床进行了全面的调查和分析。顾客普遍反映，数控设备的限位保护功能有些欠缺，容易发生超程等故障现象另一方面，数控车床大多承当多品种、单件小批量生产的加工任务，如果对每一种零件都去进行编程、输入、调试等工作，显得非常啰嗦，顾客提出能不能找到一种措施，简化这一手续，以提高其生产效率。 根据数控车床所承当加工任务的特点，其加工的零件类型大多分为轴类、套类、盘类等，根据成组工艺
5、技术的原理，我们提出一方面编写各类零件成组工艺，根据成组工艺，编写数控程序，将数控加工程序编号存入CP机中的措施，完毕对零件的迅速程序编制，提高生产效率。通过这种措施，可以变小批生产为“大”批生产，可以有效的提高生产效率，同步减少对操作人员的规定 课题完毕了对CA6140一般废旧车床的数控化改造，运营状况良好，实际应用表白各项性能指标达到了设计改造规定。提高了生产效率。绪论61一般车床数控改造12机械构造的改造12.1重要任务拟定12.2主传动系统的改造22.3进给传动系统的改造2（一）.丝杠2（二）.纵向进给系统改造2（三）.横向进给系统改造32.4刀架的改造32.5 坐标系的建立X、Z轴的
6、限位和参照返回电路43数控系统配备54数控车床电气控制电路的分析74.1强电控制电路74.2数控车床电气控制电路分析75电气控制电路的改造95.1主电路的改造95.2控制电路的改造105.3802D系统输入信号105.4、802D系统输出信号115.5驱动配备接线口116整机电气参数调试126.1准备工作126.2配备轴参数126.3引导系统126.4设定传动系统的机械参数126.5根据电动机设定有关的速度136.6回参照点设立136.7软件限位及反向间隙设立136.8主轴参数设立136.9坐标轴参数及驱动特性设立136.10补偿146.11调试结束14结 论15参照文献16绪论制造业是一种国
7、家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、技术水平、生活水平、生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根究竟是各国制造生产能力的竞争。目前世界已进入知识经济时代，知识经济与以往经济形态的不同在于对知识，特别是对知识的创新与运用的直接依赖。在知识经济时代，知识对经济增长的直接奉献率超过了其他生产要素（如人力、物力、和财力等）奉献的总和，成为最重要的生产要素。因此，目前提高制造生产的决定因素不再是劳动力和资本的密集积累，而是各项新技术的迅速发展及其在制造领域中的广泛渗入、应用和衍生，它增进了制造技术的蓬勃发展，变化了现代公司的产品构造、生产方式、生产工艺和生产组织构造。 机械
8、制造业是制造业的核心，是制造如农业机械、动力机械、运送机械、矿山机械等机械产品的工业部门，也是为国民经济各部门提供如冶金机械、化工设备和工作母机等装备的部门。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一种国家或地区国民经济现代化的限度，而机械制造业的生产能力重要取决于机械制造装备的先进限度。 工业发达国家都非常注意机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械装备制造工业得到优先发展。对比之下，国内目前机械制造业的装备水平还比较落后，表目前大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控车床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强，更新产品速度慢，生产批量不适宜太小，生产品
9、种不适宜过多；自动化限度低，基本上还是“一种工人、一把刀、一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 公司要在目前市场需求多变，竞争剧烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最佳的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而一般机床已不适应多品种、小批量生产规定，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最合适加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期规定短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调节，因此能较好地满足产品频繁变化的加工规定1一般车床数控改造机床的数控改造，重要是对原有机床的构造进行发明性的设计，最后使机床达到
10、比较抱负的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械构造同一般的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简朴地将老式机床配备上数控系统即可，也不是在老式机床的基本上，仅对局部加以改善而成（那些受资金等条件限制，而将老式机床改装成建议数控机床的另当别论）。老式机床存在着某些弱点，如刚性局限性、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等规定。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件构造，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独
11、特机械构造。因此，我们在对一般机床进行数控改造的过程中，应在考虑多种状况下，使一般机床的各项性能指标尽量地与数控机床相接近。现以CA6140车床为例，阐明车床数控改造的措施。2机械构造的改造CA6140一般车床的数控改造波及三个方面的内容：一是机械传动链的改造；二是电气控制系统的配备；三是系统参数的调试。因数控机床的构造、性能、精度、速度、摩擦磨损等方面较一般机床有更高的规定。因此我们必须对被改造机床的构造、性能、精度等技术现状作全面分析。机械机构的改造2.1重要任务拟定CA6140车床重要用于对中小型周磊、盘类以及螺纹零件的加工，其数控改造后数控系统控制的对象重要有主轴正反转控制、主轴变速；
12、刀架的纵向和横向进给远动控制，刀具的选择控制，4个刀位自动换刀控制；冷却泵、润滑泵的起停控制；脉冲编码器的加装等。重要任务：拆掉手动刀架，小托板装上数控刀架；拆掉一般丝杠、光杠进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；主轴后端增长一种光电编码器，光电编码器与车床主轴之间用弹性元件连接，一般采用波纹管联轴器。2.2主传动系统的改造对一般机床进行简易数控改造，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然的联系，在主轴内安装一种与主轴同步旋转的旋转编码器。它可以保证改造后的车床具有螺纹加工的功能。2.3进给传动系统的改造对进给传动系统进行改造时，把本来的进给变速传动装置及操纵机构所有拆除。每个方向的进给传动
13、都改由各自独立的功率步进电动机，经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接，分别实现个坐标方向的运动，进行各坐标的控制。（一）.丝杠 丝杠是将回转运动转换为直线运动的传动装置。滚珠丝杠螺母副具有如下长处： 传动效率高 滚珠摩擦的摩擦损失小，传动效率=0.920.94，是一般滑动丝杠的34倍（=0.200.40）。 摩擦力小 因静、动摩擦因数小，因而传动敏捷、运动平稳、低速不易爬行、随动精度和定位精度高。 可预紧 经预紧后可消除轴向间隙。有助于定位精度和刚度提高，既使反向也没有空行程，反向定位精度高，且传动平稳。 有可逆性 因摩擦因数小，因此不仅可将旋转成直线运动，也可将直线运动转换为旋转运动，丝杠
14、可螺母既可作为积极件，也可作为从动件。 使用寿命长 滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，去滚道表面淬火硬度达60-60HRC，表面粗糙度值小，并且是滚动摩擦，故磨损很小、使用寿命长。改造时为满足数控机床上较高精度零件加工，应用滚珠丝杠螺母副替代原一般机床上的梯形丝杠螺母副。 （二）.纵向进给系统改造纵向步进电动机通过一对减速齿轮把动力传递给滚珠丝杠，再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台做往复运动。原车床的进给箱保存，滚珠丝杠左端仍然采用固定支承构造，支撑轴通过套筒联轴器与滚珠丝杠相连，这种联轴器用两个互相垂直的锥销将支撑轴与丝杠联接起来，构造简朴，径向尺寸小，可避免被连接轴的位移和偏斜带来的装配困难和附和应
15、力。滚珠丝杠右端仍运用原有的滑动轴承支撑座，通过一对深沟球轴承实现径向支承，丝杠左端通过一对圆螺母实现滚珠丝杠的预拉伸和锁紧。因此纵向滚珠丝杠的支承形式为一端固定，一端浮动，三点支撑。实现半闭环伺服控制系统。滚珠丝杠采用双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙，调节以便。步进电动机通过消隙齿轮减速，减速器输出轴用套筒联轴器与丝杠联接，固定销避免减速器转动。（三）.横向进给系统改造横向滚珠丝杠的支承形式为一端固定，一端浮动，三点支撑，实现半闭环伺服控制系统。也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙，横向步进电动机及减速器安装在床鞍的后部，接近操作者一端，布置一根支撑短轴通过套筒联轴器与滚珠丝杠连接起来。右端仍运用原支承横向进给丝杠的滑动轴承支座作为径向支承，对原支承作合适改造，布置一对推力球轴承，以承受双向轴向力。
