機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-CA6140機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【全套圖紙】

《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-CA6140機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【全套圖紙】》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-CA6140機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)【全套圖紙】（42頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、編編 號(hào)號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文） 題目：題目： CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 信機(jī) 系系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923173 學(xué)生姓名： 杭曉梁 指導(dǎo)教師： 黃敏 （職稱(chēng)：副教授 ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng)誠(chéng) 信信 承承 諾諾 書(shū)書(shū) 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） CA6140 數(shù)控 化改造設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成 果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表 示致謝

2、的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、 集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 94 學(xué) 號(hào)： 0923173 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 II I 無(wú)無(wú)錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 信信 機(jī)機(jī) 系系 機(jī)機(jī)械械工工程程及及自自動(dòng)動(dòng)化化 專(zhuān)專(zhuān)業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書(shū)書(shū) 一、題目及專(zhuān)題：一、題目及專(zhuān)題： 1、題目 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 2、專(zhuān)題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù)二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 在我國(guó)目前擁有大量超期服役和技術(shù)陳舊的機(jī)床急待更新的情 況下，由于數(shù)控機(jī)床的加工能力和資金受限，對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造 是一條節(jié)約資金、快速上馬的

3、有效途徑。 機(jī)床完成數(shù)控化改造后，可大幅進(jìn)步機(jī)床的加工功率和自動(dòng)化、 智能化程度。下降了操作者觸摸風(fēng)險(xiǎn)部位的可能性;操作系統(tǒng)和操作 界面越來(lái)越契合人機(jī)工程學(xué)的需求，可有用削減操作者的失誤率，削 減因失誤發(fā)生的事端，將帶來(lái)宏大的安全效益。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 了解數(shù)控機(jī)床的工作原理，國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； 完成 CA6140 機(jī)床的主拖動(dòng)系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)改造；并利用 PLC 完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 完成有關(guān)零部件的選型計(jì)算；PLC 程序設(shè)計(jì)； 熟練掌握有關(guān)計(jì)算機(jī)繪圖軟件，并提供電氣原理圖，接線圖等設(shè) II 計(jì)圖紙； 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)，并翻

4、譯外文資料 1 篇。 四、接受任務(wù)學(xué)生：四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 94 班班 姓名姓名 五、開(kāi)始及完成日期：五、開(kāi)始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)所長(zhǎng) 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 在機(jī)電液氣一體化設(shè)備中，數(shù)控機(jī)床是一種經(jīng)典的設(shè)備。在機(jī)械制造中，生產(chǎn)零件 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求高精度、產(chǎn)品的批量

5、生產(chǎn)、零件外形多變的問(wèn)題，用數(shù)控機(jī)床都能得到 很好的解決，并且數(shù)控機(jī)床還具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量，生產(chǎn)效率水平高的優(yōu)點(diǎn)。 作為一條提升企業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的有效途徑購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床具有高成 本的缺點(diǎn)，許多企業(yè)都因資金不足而望而卻步，這大大拖慢了企業(yè)換代舊設(shè)備的進(jìn)度。 所以對(duì)于普通或者舊機(jī)床的數(shù)控化改造，是一條降低成本，但同時(shí)又能增加產(chǎn)品質(zhì)量及 生產(chǎn)效率的方便路徑，通過(guò)數(shù)控化改造能增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，在我國(guó)制造業(yè)飛速發(fā)展的道 路上，數(shù)控化改造是一個(gè)重要方面。 第一章 闡述了課題的研究?jī)?nèi)容和意義以及數(shù)控化改造的研究現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)外的發(fā)展史； 第二章 主要闡述了車(chē)床數(shù)控化改造的總體方案； 第三章 主要論述了SI

6、NUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)，PLC設(shè)計(jì)； 第四章 主要對(duì)機(jī)床電氣部分進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)了機(jī)床的主電路和控制電路 第五章 對(duì)機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行了改造，對(duì)滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)以及選型。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造；PLC；控制 IV Abstract As a representative products of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high effici

7、ency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining. Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. En

8、terprises equipment updating step are counteracted seriously. So General lathes numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufactu

9、ring country. The first chapter describes the content and significance of research projects, the transformation of NC Research and the history of the development at home and abroad; The second chapter give an explanation the overall program of the NC lathe; The third chapter focuses on the SINUMERIK

10、 802D CNC system features and PLC design; The fourth chapter transforms electrical part of the machine, design the main circuit and control circuit. The fifth chapter transforms the machine mechanical part, the ball screw and stepper motor designing and selection. Key words: Transformation of NC; Pr

11、ogrammable Logic Controller ; control V 目目 錄錄 摘 要 .III ABSTRACT IV 目 錄.V 1 緒論 1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 1 1.2.1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 1 1.2.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床改造概況 2 1.3 本章小結(jié) 4 2 CA6140 普通車(chē)床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)5 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 5 2.2 原機(jī)床簡(jiǎn)介 5 2.2.1 原機(jī)床功能 .5 2.2.2 原機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng) .5 2.2.3 原機(jī)床電氣控制 .5 2.3 總體改造方案 7 2.3.1 實(shí)現(xiàn)主軸變頻調(diào)速 .7 2.3.2

12、進(jìn)給系統(tǒng)的改造 .7 2.3.3 數(shù)控系統(tǒng)選擇 .7 2.4 本章小結(jié) 7 3 數(shù)控車(chē)床電氣控制設(shè)計(jì) .8 3.1 CA6140 車(chē)床電氣控制.8 3.1.1 CA6140 車(chē)床運(yùn)動(dòng)形式8 3.1.2 電力拖動(dòng)特點(diǎn)和控制電路 .8 3.2 數(shù)控化改造的電氣控制設(shè)計(jì) 8 3.2.1 數(shù)控車(chē)床主電路設(shè)計(jì) .8 3.2.2 數(shù)控車(chē)床控制電路設(shè)計(jì) .10 3.3 本章小結(jié) 10 4 CA6140 車(chē)床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)11 4.1 數(shù)控改造的控制方式選擇 .11 4.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 12 4.3 PLC 輸入/輸出12 4.3.1 輸入接口 .12 4.3.2 輸出接口 .12 4.3.3 電源

13、 .13 4.3.4 輸入/輸出（I/O）點(diǎn)的統(tǒng)計(jì).13 4.4 主拖動(dòng)系統(tǒng)變頻調(diào)速改造 15 VI 4.4.1 CA6140 車(chē)床主拖動(dòng)系統(tǒng)15 4.4.2 主軸變頻控制的基本原理 .16 4.4.3 變頻器的選用 .16 4.5 梯形圖編程 17 4.6 本章小結(jié) 22 5 進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) .23 5.1 縱向（Z 向）進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算.23 5.1.1 縱車(chē)外圓切削力的計(jì)算 .23 5.1.2 縱向（Z 向）滾珠絲杠的計(jì)算和選型23 5.1.3 縱向（Z 向）步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型25 5.2 橫向（X 向）進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算.26 5.2.1 橫切端面切削力的計(jì)算 .26 5.

14、2.2 橫向（X 向）滾珠絲杠的計(jì)算和選型26 5.2.3 橫向（X 向）步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型28 5.3 本章小結(jié) 29 6 總結(jié)與展望 .30 6.1 論文總結(jié) 30 6.2 展望 30 致謝 .31 參考文獻(xiàn) .32 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 1 1 緒論緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 本課題研究的內(nèi)容是：了解數(shù)控機(jī)床的工作原理，完成CA6140機(jī)床的主拖動(dòng)系統(tǒng)變 頻調(diào)速系統(tǒng)改造；并利用PLC完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成有關(guān)零部件的選型計(jì)算；PLC程序 設(shè)計(jì)，并提供電氣原理圖，接線圖等設(shè)計(jì)圖紙。 本課題研究的意義是：伴隨著科學(xué)技術(shù)的提升，普通機(jī)床的生產(chǎn)力越來(lái)

15、越不能滿(mǎn)足 市場(chǎng)的需求，而且普通機(jī)床需要高強(qiáng)度的勞動(dòng)力，還伴隨著高危險(xiǎn)性，并且如今眾多產(chǎn) 品所需要的批量生產(chǎn)也得不到滿(mǎn)足。所以普及數(shù)控化機(jī)床成為越來(lái)越多企業(yè)所追求的 “潮流”。但是許多企業(yè)“心有余而力不足”，他們所使用的機(jī)床大多還是陳舊的普通 機(jī)床，如果大批量引進(jìn)全新的數(shù)控化機(jī)床必將“傷筋動(dòng)骨”。在如此的宏觀局面下，數(shù) 控化改造是有效提高工廠數(shù)控化率，控制經(jīng)濟(jì)成本的捷徑。本文以CA6140普通車(chē)床為例， 預(yù)計(jì)數(shù)控化改造后能具備的優(yōu)點(diǎn)： （1）改造后的機(jī)床延長(zhǎng)了服役時(shí)間，提高了精度，提升了自動(dòng)化能力，具有較強(qiáng)的 針對(duì)性，能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求。在改造前，根據(jù)原老舊機(jī)床所存在的問(wèn)題可以得出改造方 案，需

16、要改的部分，如何修改，最終能改造成什么狀態(tài)都可以做出預(yù)估，最終能將科學(xué) 技術(shù)轉(zhuǎn)化為有效生產(chǎn)力。 （2）原機(jī)床的絕大部分在改造中還可以保留使用，所需要的材料和資金都可以節(jié)省 許多，而且能縮短生產(chǎn)周期，可滿(mǎn)足生產(chǎn)急需。因?yàn)楦脑旌蟮臋C(jī)床上大部分零件，組件， 甚至有些傳動(dòng)部分都不需要更換，縮短了工期，節(jié)約了成本。 （3）改造后的機(jī)床具有穩(wěn)定的性能，能適應(yīng)多種形狀零件的小批量生產(chǎn)。數(shù)控化改 造不需要更換機(jī)床上的大型結(jié)構(gòu)件，而機(jī)床上的大型結(jié)構(gòu)件一般都是鑄鐵制成，隨著時(shí) 間的積累，其精度比新鑄件更加穩(wěn)定。完成改造的機(jī)床不僅能保留原有功能，而且能擴(kuò) 展出新的功能，能加工各類(lèi)復(fù)雜型面類(lèi)的零件。 （4）根據(jù)生產(chǎn)的

17、需求，改造可以預(yù)先定義改造后機(jī)床的精度和效率。改造后的機(jī)床 跟全新數(shù)控化機(jī)床相比，更貼近企業(yè)對(duì)生產(chǎn)發(fā)展的需求；跟普通機(jī)床相比，其具有較高 的自動(dòng)化水平和效率，而且能較好地保證操作人員的安全。總之，對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改 造具有較高的性?xún)r(jià)比。 （5）在數(shù)控化改造期間，企業(yè)中的技術(shù)人員能清楚地了解原機(jī)床的結(jié)構(gòu)與性能；各 工科院校的學(xué)生在改造中也能提升自己的技術(shù)能力，更好地掌握科學(xué)技術(shù)。如若是相關(guān) 學(xué)員，通過(guò)對(duì)機(jī)床的改造能縮短培訓(xùn)周期，更快得投入生產(chǎn)工作1。 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 1.2.1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 20世紀(jì)中期，有史以來(lái)第一臺(tái)“電腦”在美國(guó)

18、發(fā)明，沒(méi)過(guò)多少時(shí)間，又是在美國(guó)， 誕生了世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床數(shù)控三軸鏜銑床，自此，跟隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技 術(shù)的發(fā)展潮流，數(shù)控機(jī)床技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，在近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系 統(tǒng)經(jīng)歷過(guò)了兩個(gè)階段，六個(gè)時(shí)代的發(fā)展。邏輯數(shù)字控制(NC)是數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷的第一個(gè)階 段，第一階段分為三個(gè)時(shí)期；電子管、晶體管和小規(guī)模集成電路；計(jì)算機(jī)數(shù)字邏輯控制 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 (CNC)是數(shù)控機(jī)床的第二段歷程，從小型計(jì)算機(jī)發(fā)展到微處理器，最后到PC機(jī)。如今，世 界上數(shù)控機(jī)床的更新周期是2-3年，處于數(shù)控機(jī)床研發(fā)技術(shù)第一梯隊(duì)的是日本、美國(guó)、德 國(guó)、西班牙等國(guó)家，在業(yè)界得到普遍認(rèn)可的品牌有德國(guó)西門(mén)子、

19、日本發(fā)那科、西班牙發(fā) 格、法國(guó)NUM，這些品牌的產(chǎn)品不僅功能卓越，而且表現(xiàn)穩(wěn)定，所以在全世界都有可觀 的市場(chǎng)。自從1980年之后，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了產(chǎn)品更迭周期越來(lái)越短，產(chǎn)品的批量 生產(chǎn)發(fā)展勢(shì)頭迅猛。再者伴隨著輕工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)甚至航空工業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品需求 趨向復(fù)雜化，高精度化，一切的發(fā)展推進(jìn)著普通機(jī)床向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展以適應(yīng)各種 零件的批量生產(chǎn)，在生產(chǎn)中數(shù)控機(jī)床的地位愈發(fā)重要，甚至能用數(shù)控機(jī)床的占有量來(lái)權(quán) 衡一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。因此，各個(gè)國(guó)家都在支持自動(dòng)化機(jī)械制造技術(shù)的研發(fā)。相關(guān)數(shù) 據(jù)表明，美國(guó)通用公司的數(shù)控機(jī)床占有了七成的市場(chǎng)。另?yè)?jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自20世紀(jì)80年 代以后，日本數(shù)控機(jī)床的

20、生產(chǎn)量占所有機(jī)床生產(chǎn)量的八成，而且數(shù)控機(jī)床普遍都是高檔 機(jī)床2。 我國(guó)在近20世紀(jì)60年代起研發(fā)數(shù)控機(jī)床技術(shù)，研發(fā)的主要任務(wù)是對(duì)國(guó)外先進(jìn)數(shù)控機(jī) 床的拆解，研究，最終仿制。1975年左右，國(guó)內(nèi)的零件制造水平低，電子元件質(zhì)量不過(guò) 關(guān)，導(dǎo)致不穩(wěn)定，不可靠的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終得不到技術(shù)的突破。而且，價(jià)格也超出了 一般企業(yè)的承受范圍，沒(méi)能普及開(kāi)來(lái)。進(jìn)入1980年以后，我國(guó)重新拾起數(shù)控機(jī)床技術(shù)的 研發(fā)。到20世紀(jì)90年代初產(chǎn)量已經(jīng)翻了幾千倍，數(shù)控化產(chǎn)值從原先的不足百分之一上升 到一成以上。數(shù)控機(jī)床上的生產(chǎn)已經(jīng)形成一定規(guī)模，北京機(jī)床研究所作為領(lǐng)頭羊，陸續(xù) 涌現(xiàn)出一些數(shù)控機(jī)床研發(fā)的機(jī)床廠。其主要數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品型號(hào)

21、有BF7、BF3、MTCl等。 隨后許多機(jī)床廠家又研發(fā)出經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，如：武漢華中數(shù)控有限公司、沈陽(yáng)第一機(jī) 床廠、西安微電子研究所等。數(shù)控機(jī)床正逐漸發(fā)展為兩個(gè)分支：一個(gè)向大型、高性能發(fā) 展，一個(gè)向經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床發(fā)展。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就是指用戶(hù)能快速了解其操作流程， 而且售價(jià)上低于同類(lèi)產(chǎn)品，對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，符合生產(chǎn)需求，具有較高性?xún)r(jià)比的自動(dòng)化機(jī) 床。 由上文可知，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床發(fā)展在各方面都遠(yuǎn)落后于世界一流數(shù)控機(jī)床制造水平， 而也我國(guó)工業(yè)水平發(fā)展落后也有很大一部分原因是數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)的落后。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床改造概況國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床改造概況 隨著數(shù)控機(jī)床占領(lǐng)市場(chǎng)，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格日漸便宜，

22、這無(wú)疑增加了普通機(jī)床數(shù)控化 改造的優(yōu)勢(shì)，許多機(jī)械加工廠也確實(shí)逐漸把數(shù)控化改造當(dāng)成一個(gè)新的擴(kuò)展經(jīng)營(yíng)項(xiàng)目。各 種品牌的機(jī)床翻新改造公司像雨后春筍般在包括很多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在內(nèi)的各個(gè)國(guó)家成立， 接受普通或者舊機(jī)床的改造業(yè)務(wù)，甚至一些大型和重型機(jī)床也不在話下。 在20世紀(jì)80年代初的德國(guó)希斯公司成功把一臺(tái)曾是世界上最大的機(jī)床，超重型立式 車(chē)床改裝成數(shù)控機(jī)床。改裝列表有，工作臺(tái)導(dǎo)軌，主傳動(dòng)系統(tǒng)，刀架導(dǎo)軌，重量感應(yīng)器 以及數(shù)控裝置等。而成功改造后的機(jī)床總花費(fèi)僅相當(dāng)于重新購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)新機(jī)床價(jià)格的三成， 而且其中機(jī)床維修費(fèi)外加一個(gè)新的數(shù)控裝置費(fèi)用就占了總費(fèi)用的近30%。這家公司還有另 外的光榮事跡改造了一臺(tái)稍小的超

23、重型車(chē)床，而這次的總花費(fèi)才相當(dāng)于購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)同 規(guī)格新機(jī)床價(jià)格的兩成不到3。 放眼我國(guó)，作為各國(guó)公認(rèn)的培訓(xùn)機(jī)床制造業(yè)技術(shù)人員的模范，香港理工大學(xué)的工業(yè) CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 3 中心擁有的數(shù)控機(jī)床占其所有機(jī)床總量的七成以上，而這些數(shù)控機(jī)床中大概有一成是從 舊的普通機(jī)床經(jīng)過(guò)數(shù)控化改造改造成的。而從這些設(shè)備的改造費(fèi)用和改造后的成果來(lái)看， 結(jié)果是叫人滿(mǎn)意的。 我國(guó)浙江捷運(yùn)柴油機(jī)股份公司改造過(guò)一臺(tái)銑床，比新買(mǎi)一臺(tái)機(jī)床節(jié)約了近300萬(wàn)的成 本費(fèi)用。改造完成后，這臺(tái)機(jī)床用來(lái)加工鑄模，在短短的兩個(gè)多月里面，完成的工作量 是以前五個(gè)月都不一定能完成的量。后來(lái)這家公司又陸續(xù)改造了十多臺(tái)加工中心，這些 數(shù)

24、控化改造的機(jī)床投入生產(chǎn)后的產(chǎn)值已超過(guò)了千萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)收益可見(jiàn)一斑4。 失敗乃成功之母，既然有成功，那肯定也有過(guò)失敗。在上世紀(jì)1983年一家國(guó)營(yíng)企業(yè) 曾對(duì)一臺(tái)七十年代的C620-1型舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。最終因?yàn)楫?dāng)時(shí)的數(shù)控化改造技術(shù) 以及制造工藝不成熟，選用的數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果等等意外因素，改造沒(méi)有成功。 自1980年以后我國(guó)致力于研究和普及機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)，已經(jīng)積累了三十年的經(jīng) 驗(yàn)。雖然有過(guò)失敗的慘痛經(jīng)歷，但是在遠(yuǎn)的將來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)一定會(huì)被國(guó)人所熟練掌握。 而目前來(lái)說(shuō)，數(shù)控化改造技術(shù)以及制造工藝依然是豎立在眼前的一堵墻，阻礙了我國(guó)數(shù) 控化改造技術(shù)在大型，超重型機(jī)床上的應(yīng)用。 這幾年來(lái)，機(jī)床

25、行業(yè)在我國(guó)飛速發(fā)展，而我國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量也正穩(wěn)步提升。但是 我國(guó)各類(lèi)普通機(jī)床的基數(shù)仍然龐大，其中有近三成是已經(jīng)使用了近四十年，這些機(jī)床都 已過(guò)于陳舊，不適宜數(shù)控化改造這些機(jī)床，要更新?lián)Q代。但余下70%的機(jī)床還是具有數(shù)控 化改造的價(jià)值。而這些普通舊機(jī)床的維修與數(shù)控化改造有巨大的潛在市場(chǎng)需求，對(duì)經(jīng)濟(jì) 的可持續(xù)發(fā)展有很大的幫助。 現(xiàn)階段，普通機(jī)床還是占有我國(guó)機(jī)床市場(chǎng)的大流。而對(duì)于基礎(chǔ)龐大的普通機(jī)場(chǎng)，其 中存在的安全隱患是不可忽視的。所以，我國(guó)機(jī)床市場(chǎng)擴(kuò)大規(guī)模的一個(gè)重要制約因素就 是安全隱患。我們要著力于機(jī)床安全性的提升，著力于最本質(zhì)的機(jī)床安全水平的提升， 著力于提升機(jī)床的數(shù)控化水平、著力于減少機(jī)床的

26、事故發(fā)生率、提高安全水準(zhǔn)、提升生 產(chǎn)效率的問(wèn)題。 我們發(fā)現(xiàn)，普通的機(jī)床在接受了一系列的數(shù)控化改造之后，機(jī)床的智能化，生產(chǎn)效 率，安全程度都會(huì)得到不同的提升。這樣就降低了機(jī)床作業(yè)者的危險(xiǎn)系數(shù)；機(jī)床的人機(jī) 交互界面也越來(lái)越得到人們的肯定，而且可以有效地降低作業(yè)者的操作錯(cuò)誤率，大大的 降低因?yàn)椴僮鲉?wèn)題引發(fā)的安全問(wèn)題的概率。我們發(fā)現(xiàn)接受了數(shù)控化改造后的普通機(jī)床， 它的安全系數(shù)得到了非常明顯的提升，而且機(jī)床的事故發(fā)生也得到了遏制，這將為企業(yè) 帶來(lái)很多效益和無(wú)形的升值。 接受了數(shù)控化改造后的普通機(jī)床，相對(duì)于直接購(gòu)買(mǎi)的數(shù)控機(jī)床，尤其是相對(duì)于一些 特殊的、大型機(jī)床來(lái)說(shuō)，改變是顯而易見(jiàn)的。我們數(shù)控化改造普通機(jī)床

27、，相對(duì)于直接購(gòu) 買(mǎi)數(shù)控機(jī)床，不但可以降低三分之一的成本，而且還可以降低直接更換新的數(shù)控機(jī)床所 帶來(lái)的污染和浪費(fèi)，實(shí)在是事半功倍。 按照我們以往的數(shù)控化改造經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)控化改造后的一般機(jī)床，它的生產(chǎn)效率得 到了顯著地提升。本來(lái)一個(gè)操作工只能控制一臺(tái)普通機(jī)床的，現(xiàn)在可以同時(shí)控制兩臺(tái)經(jīng) 過(guò)了數(shù)控化改造后的機(jī)床。而且，數(shù)控化改造也大大的提升了機(jī)床的生產(chǎn)精度，本來(lái)由 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 于人工操作造成的產(chǎn)品良品率不高的問(wèn)題得到了有效地解決。甚至，工人們的工作也會(huì) 輕松許多，工作明顯省力，節(jié)省了試制新產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間和提升了新產(chǎn)品的生產(chǎn)速度， 把工廠的效益一下子提升了很大一個(gè)臺(tái)階。 按照外國(guó)的先進(jìn)

28、技術(shù)，數(shù)控化改造是一種非常值得推廣的技術(shù)。機(jī)床的數(shù)控化改造 實(shí)際就是新技術(shù)與新思想的碰撞結(jié)果，糅合了古典工業(yè)與新型工業(yè)，強(qiáng)調(diào)了性?xún)r(jià)比這一 重點(diǎn)，并且十分輕松地就提升了安全生產(chǎn)效率。進(jìn)入新世紀(jì)，數(shù)控化機(jī)床改造技術(shù)的市 場(chǎng)在中國(guó)可謂是無(wú)比巨大，我們非?？春眠@一技術(shù)。 歸根究底，從普通機(jī)床反面來(lái)說(shuō)，我國(guó)的機(jī)床技術(shù)和世界先進(jìn)技術(shù)相比仍然有著非 常巨大的差距：不但高檔的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在質(zhì)量數(shù)量上都不能達(dá)到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，其 中加工中心高端車(chē)床基本上全部從國(guó)外引進(jìn)；而且機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)和一些高端的生產(chǎn)部 件也無(wú)法自主生產(chǎn)，這些問(wèn)題都制約了我國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展；更為關(guān)鍵的是 我國(guó)機(jī)床制造廠技術(shù)水平不高，

29、生產(chǎn)反面和管理方面還有售后服務(wù)方面都不能和國(guó)外同 日而語(yǔ)；另外老舊的設(shè)備在我國(guó)的企業(yè)設(shè)備中依然占了很大一部分，但是更換資金缺口 依舊很大。 1.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章介紹了通過(guò)改造后，機(jī)床能達(dá)到的預(yù)期效果，闡述了數(shù)控機(jī)床，數(shù)控化改造的 國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史。根據(jù)本章中介紹的改造后的預(yù)期效果，下文將具體做出改造設(shè)計(jì)方案。 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 5 2 CA6140 普通車(chē)床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)普通車(chē)床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì) 本章概述：本章主要對(duì)原機(jī)床的功能，傳動(dòng)系統(tǒng)，電氣控制方面進(jìn)行了簡(jiǎn)介，并根 據(jù)課題需求做出了總體改造方案。 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 對(duì) CA6140 普通車(chē)床進(jìn)行

30、數(shù)控化改造，能使老舊的車(chē)床再次投入生產(chǎn)，而且數(shù)控化改 造能提高機(jī)床的加工質(zhì)量和精度，并且在生產(chǎn)效率和安全性方面使改造后的車(chē)床超越改 造前普通車(chē)床出廠時(shí)的水平。 2.2 原機(jī)床簡(jiǎn)介原機(jī)床簡(jiǎn)介 2.2.1 原機(jī)床功能原機(jī)床功能 CA6140 C 代表車(chē)床，A 可理解為這種型號(hào)車(chē)床在結(jié)構(gòu)上區(qū)別于 C6140，6 表示 該車(chē)床屬于落地及臥式車(chē)床組，1 說(shuō)明該車(chē)床屬于臥式車(chē)床系，40 是說(shuō)該車(chē)床的最大車(chē) 削直徑為 400mm。CA6140 車(chē)床具有全面的實(shí)用性，可以對(duì)各種軸類(lèi)、套筒類(lèi)零件進(jìn)行加 工，甚至盤(pán)類(lèi)零件上的回轉(zhuǎn)表面也能適用，對(duì)于車(chē)削端面和各種常用螺紋的加工輕而易 舉，在這些零件上還能進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)

31、孔、鉸孔、滾花等加工。 2.2.2 原機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)原機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng) 原 CA6140 機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)有兩大部分構(gòu)成。 （1）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的作 用是將能量源(電動(dòng)機(jī))的動(dòng)力傳遞給主軸，讓工件跟主軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床 的主運(yùn)動(dòng)。 （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的作用是帶動(dòng)刀架的縱向和橫向移動(dòng) 及車(chē)螺紋運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力是從電動(dòng)機(jī)傳遞給進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈、溜板傳再傳至刀架，實(shí)現(xiàn)刀架 運(yùn)動(dòng)。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2.2.3 原機(jī)床電氣控制原機(jī)床電氣控制 圖 2.1(a) CA6140 車(chē)床電氣圖（主電路圖） 圖 2.1(b) CA6140 電氣圖（控制電路圖） CA6140

32、機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 7 （1）主電路分析 如圖 2.1(a)所示： 接觸器 KM1 和 KM2 分別控制主軸電動(dòng)機(jī) M1 的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，熱繼電器 FR1 為主軸 電動(dòng)機(jī) M1 提供過(guò)載保護(hù)。 接觸器 KM3 控制冷卻泵電機(jī) M2 的啟動(dòng)，F(xiàn)R2 是為冷卻泵電機(jī) M2 提供過(guò)載保護(hù)的 熱繼電器。 接觸器 KM4 控制刀架快速移動(dòng)，因?yàn)榭焖僖苿?dòng)電機(jī) M3 是短期工作，所以可以不加 過(guò)載保護(hù)。 （2）控制電路分析 如圖 2.1(b)所示： 主軸電動(dòng)機(jī) M1 的控制。按下起動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān) SB2，線圈 KM1 通電，接觸器 KM1 閉 合，控制主軸電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)，按下起動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān) SB3，線圈 KM2

33、 通電，接觸器 KM2 閉合，控制主軸電動(dòng)機(jī) M1 反轉(zhuǎn)。按下停止按鈕開(kāi)關(guān) SB1，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 的控制。只有當(dāng)線圈 KM1 或者 KM2 獲電，然后觸點(diǎn) KM1 或者 KM2 閉合，主軸電動(dòng)機(jī) M1 啟動(dòng)后，再合上開(kāi)關(guān) SA，使線圈 KM3 獲電，然后觸點(diǎn) KM3 閉合，冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2 才能起動(dòng)。 刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制。刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3 的啟動(dòng)，是由安裝在進(jìn)給操縱 手柄頂端的按鈕開(kāi)關(guān) SB4 來(lái)控制，它與交流接觸器 KM4 組成電動(dòng)控制環(huán)節(jié)。將操縱手柄 扳到所需的方向，壓下按鈕開(kāi)關(guān) SB4，接觸器 KM4 獲電吸合，電動(dòng)機(jī) M3 獲電起動(dòng)，刀 架就向指定方

34、向快速移動(dòng)。 圖中 EL 為機(jī)床的低照明燈，由開(kāi)關(guān) QS 控制，HL 為電源信號(hào)燈。 2.3 總體改造方案總體改造方案 數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)改造的經(jīng)濟(jì)性和簡(jiǎn)易性的原則，可以盡量利用原來(lái)車(chē)床上 的零部件，來(lái)減少不必要的改動(dòng)量。特別是車(chē)床上相對(duì)大點(diǎn)的部件，比如床身、工作臺(tái) 等，盡可能地利用原有的組件，這樣只需要做少量的維修加工改造，可以極大得降低成 本，縮短改造的周期。 CA6140 型普通車(chē)床數(shù)控化改造后應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有5：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)主 軸的變速以提供不同的切削速度；刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；主軸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)， 冷卻泵電機(jī)也能啟動(dòng)，噴出冷卻液。對(duì)于以上功能的實(shí)現(xiàn)，可以初步制定總

35、體改造方案： (1)舍棄原 CA6140 車(chē)床的光杠絲杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，原裝的普通滑動(dòng)絲杠改 換為滾珠絲杠，在原安裝滑動(dòng)絲杠的部位通過(guò)托架將選好的縱向滾珠絲杠安裝，安裝的 縱橫向滾珠絲杠盡量用原來(lái)的固定與安裝方式；(2)主軸需要能變速并能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)；(3) 刀架由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，在床鞍的偏后位置安裝橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在離尾座較近的位 置，機(jī)床的右部安裝縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 2.3.1 實(shí)現(xiàn)主軸實(shí)現(xiàn)主軸變頻調(diào)速變頻調(diào)速 CA6140 車(chē)床的主軸變速是手動(dòng)變速。本課題中改造后的車(chē)床決定采用變頻器驅(qū)動(dòng)電 機(jī)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸變速，因?yàn)檫@樣可 以使用原車(chē)床

36、的電動(dòng)機(jī)，而不用對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)重新選型。電源頻率 f，電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù) P 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 以及轉(zhuǎn)差率 S 與交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速之間存在一定關(guān)系式，有公式可證： 。原電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)差率，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與頻率60/(1)nfps2p 0.035S f 之間的關(guān)系為：。因此，改變電源的頻率即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器31.1nffn 能通過(guò)與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止和變速。 2.3.2 進(jìn)給系統(tǒng)的改造進(jìn)給系統(tǒng)的改造 CA6140 車(chē)床只有一個(gè)快速移動(dòng)電機(jī)控制刀架運(yùn)動(dòng)，改造后的車(chē)床用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控 制刀架兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。另外，原來(lái)車(chē)床采用的滑動(dòng)絲杠，與滾珠絲杠

37、相比摩擦阻力大。 傳動(dòng)效率低，不能適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，由于磨損快，造成其精度保持性低，壽命低。 滾珠絲杠磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好。所以需要將原來(lái)的滑動(dòng)絲杠改為滾珠絲杠。 2.3.3 數(shù)控系統(tǒng)選擇數(shù)控系統(tǒng)選擇 由于本次改造基于經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)易改造的原則，本課題選用開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)雖 然精度不夠高，但是因?yàn)殚_(kāi)環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)易懂，成本不高，方便改裝，所以在簡(jiǎn)易數(shù)控 系統(tǒng)中可以使用。 2.4 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章分析了數(shù)控化改造后的車(chē)床所需要實(shí)現(xiàn)的功能，然后說(shuō)明了車(chē)床數(shù)控化改造的 總體方案。從經(jīng)濟(jì)性，簡(jiǎn)易性方面出發(fā)，主軸通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方式來(lái)調(diào)速，車(chē) 床上原裝的主軸電動(dòng)機(jī)能繼續(xù)使用。 3 數(shù)

38、控車(chē)床電氣控制設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床電氣控制設(shè)計(jì) 本章概述：本章介紹了原 CA6140 車(chē)床的電氣控制，設(shè)計(jì)并說(shuō)明了數(shù)控化改造所需的 電路控制改造。 3.1 CA6140 車(chē)床電氣控制車(chē)床電氣控制 3.1.1 CA6140 車(chē)床運(yùn)動(dòng)形式車(chē)床運(yùn)動(dòng)形式 主軸與工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為車(chē)床的主運(yùn)動(dòng)，主軸電動(dòng)機(jī)通過(guò) V 帶傳遞給主軸變速箱 來(lái)改變速度稱(chēng)為主軸變速。刀架與刀具的直線運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為車(chē)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。車(chē)床的切削運(yùn) 動(dòng)包括車(chē)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。車(chē)床的輔助運(yùn)動(dòng)是車(chē)床上除切削運(yùn)動(dòng)以外的其它一切 必需的運(yùn)動(dòng)。如尾架的縱向移動(dòng)，工件的夾緊與放松等。 3.1.2 電力拖動(dòng)特點(diǎn)和控制電路電力拖動(dòng)特點(diǎn)和控制電路 很多時(shí)候都選三相

39、籠型異步電動(dòng)機(jī)做車(chē)床的主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，不用電氣調(diào)速。采用齒 輪箱進(jìn)行機(jī)械有級(jí)調(diào)速。主軸正反轉(zhuǎn)由控制主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)調(diào)換相序?qū)崿F(xiàn)。設(shè)有啟動(dòng)與停 止按鈕控制主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止。在進(jìn)行車(chē)削加工時(shí)，刀具及工件溫度將過(guò)高， 應(yīng)配有冷卻泵電動(dòng)機(jī)噴出切削液進(jìn)行冷卻，并且要求在主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，方可決定 冷卻泵啟不啟動(dòng)，而當(dāng)主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)應(yīng)立即停止。必須有過(guò)載、 短路、欠壓、失壓保護(hù)，還要具有安全的局部照明裝置4。 3.2 數(shù)控化改造的電氣控制設(shè)計(jì)數(shù)控化改造的電氣控制設(shè)計(jì) 根據(jù) CA6140 車(chē)床數(shù)控化改造方案，去掉現(xiàn)有車(chē)床進(jìn)給箱、溜板箱、刀架等，只保留 主軸箱、床身導(dǎo)軌、溜板、尾座等。進(jìn)

40、給運(yùn)動(dòng)變?yōu)榭v向、橫向兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。因此 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 9 需重新設(shè)計(jì)它的電氣控制電路。 3.2.1 數(shù)控車(chē)床主電路設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床主電路設(shè)計(jì) 由圖 1-1 可知，CA6140 車(chē)床的主電路共有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)：M1 是主軸電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)主 軸旋轉(zhuǎn)；M2 是冷卻泵電動(dòng)機(jī)，用來(lái)輸送切削液；M3 是刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。CA6140 主軸的正反轉(zhuǎn)是由主控觸點(diǎn) KM1 和 KM2 的閉合與斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)的，而改造后的數(shù)控機(jī)床是 則由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，由變頻器控制主軸電動(dòng)機(jī) M1 實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。去掉原電動(dòng)機(jī) M3，刀架的移動(dòng)由步進(jìn)電機(jī) M2，M3 控制；冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4 由線圈 KM5 控制觸點(diǎn)

41、KM5 控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止6。 改造后主電路的工作原理是扳動(dòng)斷路器 QF 以及空氣開(kāi)關(guān)，將三相電源引入。變頻器 控制主軸電動(dòng)機(jī) M1，變頻器相應(yīng)的端口接收到由數(shù)控裝置發(fā)出的指令，然后變頻器驅(qū)動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī) M1 正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)；M2，M3 這兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)是由各自的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器實(shí)現(xiàn)的，當(dāng) M2 或者 M3 要正轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)控裝置發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) M2 或者 M3 要反轉(zhuǎn)時(shí)，數(shù)控裝置發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。熱繼電器 FR1FR4 作過(guò)載保護(hù)，熔斷器 FU 作短路保護(hù)。冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4 由繼電器 KM1 控制。 主電路可見(jiàn)下圖 3.1(a)和 3.1(b)。 圖 3

42、.1(a) 改造后主電路（主軸） 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 3.1(b) 改造后主電路（進(jìn)給系統(tǒng)） 3.2.2 數(shù)控車(chē)床控制電路設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床控制電路設(shè)計(jì) 控制電路的電源由控制變壓器 TC1 輸出 110V 電壓提供。正常工作時(shí)，斷路器 QF 合 閘。刀架控制由數(shù)控裝置系統(tǒng)和電機(jī)組成?？刂谱儔浩?TC2 作為電源，輸出 220V 供數(shù) 控裝置、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用。 以下是改造后的控制電路的具體分析： （1）主軸電動(dòng)機(jī) M1 的控制 主電路由數(shù)控裝置發(fā)指令給變頻器，由變頻器控制主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及變頻調(diào) 速。 （2）進(jìn)給系統(tǒng)電動(dòng)機(jī) M2 和 M3 的控制 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制

43、刀架兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。由數(shù)控裝置發(fā)指 令給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制兩臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 （3）冷卻泵電動(dòng)機(jī) M4 的控制 當(dāng)主軸電機(jī) M1 啟動(dòng)后，數(shù)控裝置系統(tǒng)發(fā)出指令，冷卻泵電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)。當(dāng) M1 停 止運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī) M4 自動(dòng)停止。 （4）報(bào)警燈和警鈴的控制 當(dāng) M1，M2，M3，M4 電動(dòng)機(jī)電路中相應(yīng)熱繼電器斷開(kāi)時(shí)，數(shù)控裝置輸出信號(hào)控制相應(yīng) 的報(bào)警燈亮，警鈴響起。直到熱繼電器復(fù)位，報(bào)警燈熄滅，警鈴不響78。 3.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章設(shè)計(jì)了改造后機(jī)床的主電路圖和控制電路圖，介紹了主電路的主電路中的電氣 元件和主電路的工作原理，敘述了控制電路控制主電路的流程。

44、 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 11 4 CA6140 車(chē)床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)車(chē)床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng) 本章概述：本章內(nèi)容主要選擇了數(shù)控系統(tǒng)控制的方式，并選擇了合適的數(shù)控系統(tǒng)， 合適的變頻器。分配了數(shù)控系統(tǒng)中的輸入輸出點(diǎn)，并用 STEP 7 軟件編寫(xiě)了梯形圖。 數(shù)控系統(tǒng)或數(shù)控裝置編譯事先自動(dòng)讀入載體的數(shù)字值，從而控制機(jī)床的動(dòng)作，進(jìn)行 對(duì)零件的加工。圖 4.1 是數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)圖，由機(jī)床主機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置、 CNC 裝置和編程裝置等組成。 圖4.1 數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu) 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 4.1 數(shù)控改造的控制方式選擇數(shù)控改造的控制方式選擇 數(shù)控改造的控制方式按伺服驅(qū)

45、動(dòng)方式基本上分為開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制 三種類(lèi)型。 （1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的主要伺服驅(qū)動(dòng)裝置是步進(jìn)電機(jī)、 功率步進(jìn)電機(jī)等。從數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給指令，通過(guò)控制電路后，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)， 執(zhí)行部件由滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)。只要控制指令，執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向就 可以得到控制。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的輸入端不會(huì)接收到測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋，所以這種 系統(tǒng)被稱(chēng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移精度、絲杠等傳動(dòng)元件 的節(jié)距或者導(dǎo)程精度決定，因此系統(tǒng)的位移精度相對(duì)較低。但是這個(gè)系統(tǒng)具有調(diào)試簡(jiǎn)單， 結(jié)構(gòu)易懂，工作穩(wěn)定，維修方便，容易改裝成功，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。 （2）交

46、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)具 有以下區(qū)別：實(shí)際位置由位置檢測(cè)裝置測(cè)得并發(fā)送反饋信號(hào)，隨時(shí)將給定值與測(cè)得值進(jìn) 行比較，放大和變換兩者的差值，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，向著消除偏差的方向以給定的速度運(yùn) 動(dòng)，當(dāng)給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零時(shí)停止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開(kāi)環(huán) 進(jìn)給系統(tǒng)要復(fù)雜，成本也相對(duì)貴，并且嚴(yán)格要求了環(huán)境室溫。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 難。但是與此同時(shí)得到的是比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，更大的驅(qū)動(dòng)功率。 （3）交直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：檢測(cè)元件安裝在半閉 環(huán)系統(tǒng)的中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部

47、分元件的 誤差。所以，雖然它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都比閉環(huán)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精 度低。 本課題決定采用開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)既便宜又易改造，同時(shí)也能滿(mǎn)足 改造后的性能要求9。 4.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)的選擇 依據(jù)機(jī)床數(shù)控化改造后車(chē)床所要達(dá)到的精度、性能等，選擇性?xún)r(jià)比高的，合適的數(shù) 控系統(tǒng)，要考慮原車(chē)床的精度和改造的成本、周期、難易程度等各方面因素來(lái)避免選擇 的數(shù)控系統(tǒng)性能過(guò)剩。在我國(guó)，雖然經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家眾多，而且價(jià)格上占有優(yōu) 勢(shì)，但性能和穩(wěn)定性不是那么理想，所以本課題決定采用國(guó)外的數(shù)控系統(tǒng)。最終決定采 用西門(mén)子 SINUMERIK 802D 數(shù)控系統(tǒng)。 西門(mén)子數(shù)控

48、系統(tǒng) SINUMERIK 802D 是一種將數(shù)控系統(tǒng)（NC，PLC，HMI）和驅(qū)動(dòng)控 制系統(tǒng)的所有部件集成在一起的操作控制系統(tǒng)。全數(shù)控鍵盤(pán)（垂直型或水平型）可直接 連接。 （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高，系統(tǒng)軟件功能比較完善： （2）有免維護(hù)性能的 SINUMERIK802D，PCU (面板控制單元)是該數(shù)控系統(tǒng)的核心 部件，它將 CNC、PLC、人機(jī)界面和通訊等功能集成于一體?？煽啃愿?、易于安裝； （3）SINUMERIK802D 能控制 4 個(gè)進(jìn)給軸和一個(gè)數(shù)字或模擬主軸。通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)總 線 PROFIBUS 將驅(qū)動(dòng)器、輸入輸出模塊連接起來(lái)； （4）SINUMERIK802D 集成了內(nèi)置

49、PLC 系統(tǒng)，可對(duì)機(jī)床采取邏輯控制。其控制邏輯 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 13 設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)的 PLC 的編程語(yǔ)言 Micro/WIN，并且為了簡(jiǎn)化制造廠設(shè)計(jì)過(guò)程以及縮短設(shè) 計(jì)周期，它隨機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的 PLC 子程序庫(kù)和實(shí)例程序。 西門(mén)子 SINUMERIK 802D 數(shù)控系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的 S7 200PLC。S7 200 系列 PLC 可以滿(mǎn) 足多種多樣的自動(dòng)化控制的需要。S7 200 具有設(shè)計(jì)緊湊、擴(kuò)展性上佳、價(jià)格便宜以及強(qiáng) 大的指令系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，所以它基本能完美地滿(mǎn)足小規(guī)模的控制要求。另外，因?yàn)榫哂卸?種 CPU 類(lèi)型和電壓等級(jí)，所以它在解決用戶(hù)的工業(yè)自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和

50、可選擇性。 4.3 PLC 輸入輸入/輸出輸出 4.3.1 輸入接口輸入接口 輸入接口接收和采集兩種類(lèi)的輸入信號(hào)，一種是按鈕、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸頭等開(kāi) 關(guān)量的輸入信號(hào)；另一種是電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變頻器提供的連續(xù)變化的模擬量 輸入信號(hào)。 4.3.2 輸出接口輸出接口 輸出接口電路輸出控制信號(hào)給各個(gè)執(zhí)行元件。接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥（模擬量） 、 指示燈和報(bào)警裝置等是常用執(zhí)行元件。通常由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成 輸出接口電路，與輸入接口電路相像，光電耦合器在輸出接口電路和內(nèi)部電路之間抗干 擾電隔離。 通常，集成在芯片上的輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路組成微電腦 輸出接口

51、電路，輸出信號(hào)由 CPU 經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)捷敵鰯?shù)據(jù)寄存器中。 4.3.3 電源電源 PLC 的電源作為支撐整個(gè) PLC 的能源輸出部分，它能將由外部輸入的交流電變?yōu)?CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電。PLC 電源甚至能供給外部 24V 直流穩(wěn)壓電源，供電給輸 入接口上的電氣元件，所以外圍配置上可以不用設(shè)置電源，起到簡(jiǎn)化整體結(jié)構(gòu)的作用。 4.3.4 輸入輸入/輸出（輸出（I/O）點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)）點(diǎn)的統(tǒng)計(jì) 改造后的車(chē)床自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，主軸的正反轉(zhuǎn)和變速，兩個(gè)方向進(jìn)給系統(tǒng)的前進(jìn)，后退， 限位動(dòng)作都由 PLC 控制，控制這些動(dòng)作的信號(hào)作為輸入信號(hào)。而 PLC 傳達(dá)給控制各電動(dòng) 機(jī)的接觸器，變頻器的信號(hào)將作為輸出信號(hào)

52、。根據(jù)要求，清算出 PLC 上所需要的輸入/輸 出點(diǎn)數(shù)。 表 4-1 I/O 端口統(tǒng)計(jì)表 輸入/輸出類(lèi)型輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù) 信號(hào)類(lèi)型按鈕限位開(kāi)關(guān)熱繼電器變頻器驅(qū)動(dòng)器接觸器 數(shù)量1043347 統(tǒng)計(jì)1714 總計(jì)31 由上表得出結(jié)論：PLC 需輸入點(diǎn)數(shù) 17 個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù) 14 個(gè)。再留些余量，上文所介 紹的西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)中的 S7 200PLC 能夠使用。CPU226 型 S7 200PLC 具有 24 個(gè)輸入端 口，16 個(gè)輸出端口。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 表 4-2 I/O 分配表 輸入信號(hào)輸出信號(hào) 停止按鈕I0.0變頻器運(yùn)行頻率選擇Q0.0 主軸停止按鈕I0.1變頻器運(yùn)行頻率選擇

53、Q0.1 主軸正轉(zhuǎn)按鈕I0.2變頻器控制正反轉(zhuǎn)Q0.2 主軸反轉(zhuǎn)按鈕I0.3向縱向進(jìn)給電機(jī)輸出高速脈沖Q0.3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)停止按鈕I0.4驅(qū)動(dòng)器控制縱向進(jìn)給系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)Q0.4 表 4-2 續(xù) I/O 分配表 縱向進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕I0.5向橫向進(jìn)給電機(jī)輸出高速脈沖Q0.5 縱向進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕I0.6驅(qū)動(dòng)器控制橫向進(jìn)給系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)Q0.6 橫向進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)停止按鈕I0.7冷卻泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)線圈Q0.7 橫向進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕I1.0M1 電動(dòng)機(jī)報(bào)警燈Q1.0 橫向進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕I1.1M1 電動(dòng)機(jī)報(bào)警鈴Q1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)正轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)I1.2M2 電動(dòng)機(jī)報(bào)警燈Q1.2 縱向進(jìn)

54、給系統(tǒng)反轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)I1.3M2 電動(dòng)機(jī)報(bào)警鈴Q1.3 橫向進(jìn)給系統(tǒng)正轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)I1.4M3 電動(dòng)機(jī)報(bào)警燈Q1.4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)反向限位開(kāi)關(guān)I1.5M3 電動(dòng)機(jī)報(bào)警鈴Q1.5 熱繼電器 FR1 I1.6 熱繼電器 FR2I1.7 熱繼電器 FR3I2.0 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 15 根據(jù)表 4-2 可以畫(huà)出相應(yīng)的 I/O 接線圖，具體見(jiàn)圖 4.2。 圖 4.2 I/O 接線圖 4.4 主拖動(dòng)系統(tǒng)變頻調(diào)速改造主拖動(dòng)系統(tǒng)變頻調(diào)速改造 4.4.1 CA6140 車(chē)床主拖動(dòng)系統(tǒng)車(chē)床主拖動(dòng)系統(tǒng) CA6140 車(chē)床是由齒輪箱來(lái)傳動(dòng)和調(diào)速的。該車(chē)床具有以下特性： （1）恒功率性質(zhì) 當(dāng)齒輪箱速度變化

55、時(shí)，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩成反比，體現(xiàn)出恒功率的性質(zhì)。 所以對(duì)同一切削用量而言，電動(dòng)機(jī)的輸出功率是不變的。如忽略齒輪箱的功率損耗不計(jì)， 則在全調(diào)速范圍內(nèi)，都具有恒功率的特點(diǎn)。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 （2）低速時(shí)過(guò)載能力強(qiáng) 在主拖動(dòng)系統(tǒng)以較低的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)降速后，最大負(fù) 載轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)比拖動(dòng)系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)矩低。所以它過(guò)載的能力在很多情況下都很優(yōu)異。 4.4.2 主軸變頻控制的基本原理主軸變頻控制的基本原理 由異步電機(jī)理論可知,主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為: 1 60 (1) f n ps (4.1) 式中： 電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)；p 轉(zhuǎn)差率；s 供電電源的頻率 1 f 從式(4.1)可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法可分為

56、以下三大類(lèi)： （1）變極調(diào)速方法 變極調(diào)速方法是改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)來(lái)進(jìn)行速度調(diào)整，而改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù) 是通過(guò)改變定子繞組的接線方式來(lái)改變的，而變極調(diào)速的缺點(diǎn)有以下幾個(gè)主要方面。 一套繞組不管如何變化，最多只能有兩種磁極對(duì)數(shù)的變數(shù)，而一臺(tái)電動(dòng)機(jī)最多也 只能存在兩套繞組，所以 4 檔速度的變數(shù)已經(jīng)是極限。 不管是在 Y 型接法或者是星型接法下運(yùn)行，工作效率都將下降。 因?yàn)椴煌艠O對(duì)數(shù)的“臨界轉(zhuǎn)矩”不一樣，所以帶負(fù)載能力也不一致。 調(diào)速必須變換繞組接法方式才能進(jìn)行，因此具有繁瑣的控制電路。 （2）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速方法 實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是要使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路的相關(guān)參數(shù)發(fā)生變化，這種方法只能運(yùn)用 在繞線

57、式異步電動(dòng)機(jī)。常用的有調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電組調(diào)速和電磁轉(zhuǎn)差離合 器調(diào)速。這種調(diào)速的缺點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面。 因?yàn)檎{(diào)速電阻在外部，為了使轉(zhuǎn)子電路和調(diào)速電阻之間建立聯(lián)系，繞線式異步電 動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上加入了電刷和滑環(huán)等易損壞環(huán)節(jié)，故障率提高了。 調(diào)速電阻消耗的電能較多。 轉(zhuǎn)速的檔位不多。 調(diào)速后的機(jī)械特性不夠理想。 （3）變頻調(diào)速方法 變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法。一般是對(duì)籠型異步電動(dòng) 機(jī)采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，具有寬廣的調(diào)速范圍，較高的運(yùn)行效率，較好的靜態(tài)穩(wěn)定性， 使用方便可靠，顯著的經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)。 為了使改造后的機(jī)床調(diào)速控制系統(tǒng)擁有得良好的控制性能，綜合上面所述的幾種調(diào)

58、 速控制方式，權(quán)衡各種調(diào)速控制方案的優(yōu)劣，最終選擇了 PLC 與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào) 速控制方案9。 4.4.3 變頻器的選用變頻器的選用 伴隨電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的前進(jìn)步伐，變頻器制造技 術(shù)有了飛躍式的進(jìn)步，以變頻器為核心的交流電機(jī)調(diào)速已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，在工業(yè) CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 17 自動(dòng)化領(lǐng)域，交流電機(jī)調(diào)速已經(jīng)取代傳統(tǒng)的直流調(diào)系統(tǒng)，而且技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得以飛躍性 得提高。由變頻器控制用電比較厲害的風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等設(shè)備，可以使很多電能得以節(jié)省下 來(lái)；將變頻器技術(shù)使用在各個(gè)領(lǐng)域都有重要地位的機(jī)械制造業(yè)中，可以讓電氣自動(dòng)化技 術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)相結(jié)合，使得傳統(tǒng)機(jī)

59、械行業(yè)能再度騰飛；此外，在化纖、紡織塑料、 化學(xué)、輕工等工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用變頻器技術(shù)。產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)的提升依仗于自動(dòng)化制造水 平的發(fā)展，作為典型自動(dòng)化產(chǎn)品變頻器在工業(yè)制造、交通等領(lǐng)域占有重要地位，而 像空調(diào)等家用電器上也正逐漸普及變頻器的使用，這使得家用電器更省電、節(jié)能，也更 智能化、人性化。隨著現(xiàn)代化的程度提高，變頻器的應(yīng)用會(huì)更加普及。 變頻器的選用 在數(shù)控車(chē)床上所選用的變頻器除要考慮正常的調(diào)速范圍、負(fù)載狀況、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以外， 如何控制變頻器也是一個(gè)重要方面?，F(xiàn)如今，主要有標(biāo)量控制和矢量控制兩種控制方式 來(lái)控制主軸變頻器。而標(biāo)量控制有在較低頻率時(shí)轉(zhuǎn)矩不足、速度不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，所以已 經(jīng)很少在數(shù)控車(chē)床

60、主軸上使用；為了讓鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)能有直流電動(dòng)機(jī)般的穩(wěn)定運(yùn)行 能力和方便的操控性，用矢量控制方式控制變頻器，使變頻器產(chǎn)生足量的轉(zhuǎn)矩來(lái)維持電 動(dòng)機(jī)預(yù)先制定好的磁通量。它具有優(yōu)異的控制特性，能適應(yīng)高速場(chǎng)合的調(diào)速(調(diào)速范圍 1:100)，還可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。所以矢量控制的變頻器正在逐漸推廣應(yīng)用。目前，西門(mén)子、 東芝、LG、日立、三菱等廠家都有成熟的產(chǎn)品，可供各制造廠家選擇使用10。 本課題選用西門(mén)子變頻器，具體型號(hào)為 MM420。 4.5 梯形圖編程梯形圖編程 STEP 7-Micro/WIN32編程軟件是S7 200系列PLC使用的編程軟件，運(yùn)行在32位 Windows操作系統(tǒng)下。它功能強(qiáng)大，為用戶(hù)

61、開(kāi)發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好 的編程環(huán)境。所以在開(kāi)發(fā)過(guò)程中西門(mén)子S7 200具有不可替代的地位。 STEP 7-Micro/WIN32能協(xié)助用戶(hù)完成開(kāi)發(fā)軟件的任務(wù)，如用戶(hù)程序的新建，原有用 戶(hù)程序的改編。PLC的參數(shù)等也能通過(guò)設(shè)置軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。編輯過(guò)程中還具有簡(jiǎn)單語(yǔ)法檢查、 用戶(hù)程序的文檔管理、加密和在線幫助等功能。在編程進(jìn)行的時(shí)候，有些語(yǔ)法或者數(shù)據(jù) 類(lèi)型錯(cuò)誤能夠被語(yǔ)法檢測(cè)功能識(shí)別出來(lái)。為了提醒用戶(hù)編寫(xiě)程序過(guò)程中的一些基本錯(cuò)誤， 在程序中，錯(cuò)誤的下方會(huì)出現(xiàn)紅色曲線（數(shù)據(jù)類(lèi)型錯(cuò)誤） 。 編程人員利用STEP 7-Micro/WIN32編程軟件要做的最基本的工作是編輯和修改控制 程序。作

62、為一款具有相對(duì)強(qiáng)大編輯能力的軟件，其不僅能夠變極梯形圖，而且還能編輯 語(yǔ)句表以及功能塊圖。 下面用STEP 7編寫(xiě)PLC梯形圖，改造后的車(chē)床的具體動(dòng)作流程見(jiàn)下圖4.3： 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 4.3 改造后機(jī)床總流程圖 （1）主軸電機(jī)正反轉(zhuǎn) 主軸電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)通過(guò) PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)。只要預(yù)先在變頻器相應(yīng)端口設(shè)置好參 數(shù)，用 PLC 控制這個(gè)端口啟動(dòng)和停止，就能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。具體參數(shù)可見(jiàn)表 4-3。 （2）主軸電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)的變頻調(diào)速 變頻器數(shù)字輸入 5、6 端口通過(guò) P0701、P0702 參數(shù)設(shè)為三段固定頻率控制端，每一 頻段的頻率可分別由 P1001、P1002 和

63、 P1003 參數(shù)設(shè)置。變頻器數(shù)字輸入 7 端口設(shè)為電動(dòng) 機(jī)運(yùn)行、停止、正反轉(zhuǎn)控制端，可由 P0703 參數(shù)設(shè)置。 當(dāng) PLC 收到輸入點(diǎn) I0.5 的信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)以 10HZ 的頻率正轉(zhuǎn)，延時(shí) 20S 后又以 20HZ 的頻率正向運(yùn)行，再延時(shí) 10s 后電動(dòng)機(jī)以 50Hz 的頻率正向運(yùn)行；當(dāng) PLC 收到輸入 點(diǎn) I0.6 的信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)以 10HZ 的頻率反轉(zhuǎn)，延時(shí) 20S 后以 20HZ 的頻率繼續(xù)反向運(yùn)行， 再延時(shí) 10s 后電動(dòng)機(jī)以 50Hz 的頻率反向運(yùn)行。 正轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)頻變速：見(jiàn)圖 4.4 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 19 圖 4.4 PLC 控制主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)變頻調(diào)速 反

64、轉(zhuǎn)時(shí)變頻：見(jiàn)圖 4.5 圖 4.5(a) PLC 控制主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)變頻調(diào)速 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 4.5(b) PLC 控制主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)變頻調(diào)速 表 4-3 變頻器變速和正反轉(zhuǎn)控制參數(shù)設(shè)置表 參數(shù)號(hào)設(shè)置值說(shuō)明 P0701 P0702 P0703 P1001 P1002 P1003 17 17 1 2 10 20 50 選擇固定頻率 選擇固定頻率 ON 接通正轉(zhuǎn)，OFF 停止 ON 接通正轉(zhuǎn)，OFF 停止 設(shè)置固定頻率 1（Hz） 設(shè)置固定頻率 2（Hz） 設(shè)置固定頻率 3（Hz） （3）進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn) （只介紹電動(dòng)機(jī) M2） 電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行方向的切換是通過(guò)數(shù)控裝置輸出

65、相應(yīng)信號(hào)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái) 實(shí)現(xiàn)的。 具體見(jiàn)下圖4.6 圖4.6(a) PLC控制縱向步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn) CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 21 圖4.6(b) PLC控制縱向步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn) 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖4.6(c) PLC控制縱向步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn) 4.6 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章論述了 SINUMERIK 802D 數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)，選擇了合適的變頻器，統(tǒng)計(jì)了所需的 I/O 點(diǎn)數(shù)，并據(jù)此設(shè)計(jì)了 PLC I/O 接線圖，給出了 I/O 分配表，寫(xiě)出了 PLC 梯形圖。 CA6140 機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 23 5 進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 本章概述：本章分別對(duì)兩個(gè)方向的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選 出相應(yīng)的滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)。 5.1 縱向（縱向（Z 向）進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算向）進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1.1 縱車(chē)外圓切削力的計(jì)算縱車(chē)外圓切削力的計(jì)算 按原車(chē)床主電機(jī)的功率計(jì)算主切削力 33 1010 cm z cc PPK F VV (5.1) 式中 主電機(jī)功率，5.5kw； m P 切削功率，kw； c P 主傳