C6140車床主軸數(shù)控化5

1、. . . . 機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)：數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù)姓 名：徐銘琪學(xué) 號(hào)：10961340題 目： 基于SIEMENS802C系統(tǒng)的C6140車床數(shù)控化改造主軸控制設(shè)計(jì)起訖日期： 2010年3月01日2010年4月30日 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 指 導(dǎo) 者：黃敏高評(píng) 閱 者： 2010年04月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要數(shù)控車床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控車床價(jià)格較

2、貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策，對(duì)普 車進(jìn)行數(shù)控化改造可大大提高原有機(jī)車的自動(dòng)化程度與生產(chǎn)率成本僅為全功能數(shù)控機(jī)床的1/31/4。主軸是數(shù)控車床的重要組成部分。本課題研究了基于SIEMENS802C改造 C6140車床主軸控制部分的設(shè)計(jì)。分析了數(shù)控車床的基本組成、主軸控制系統(tǒng)，PLC程序與機(jī)床的有關(guān)參數(shù)。本文中所做的主要工作如下：對(duì)C6140車床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仔細(xì)分析，測(cè)繪SIEMENS802C數(shù)控車床的主軸接線圖。對(duì)主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的了解，動(dòng)作過程、PLC程序。關(guān)鍵詞：C6140；SIEMENS802C；主軸控制；PLCNu

3、merical control lathe as electromechanical integration in the typical product, in the machine manufacturing industry plays a huge role, solves the modern machinery manufacturing complex structure, precision, in small batch, changeable parts processing problem, and the stability of the product can pr

4、ocess quality and greatly improve the production efficiency. But from the current situation of the enterprises face to see, for CNC lathe price is more expensive, a one-time investment enterprise spirit is willing ambassador insufficient. China is a big country machine, numerical control machine too

5、l for ordinary transformation is a better remedy, car to general numerical control transformation can greatly improve the automation degree of original locomotive and productivity cost only to all the function of CNC 1/3 to 1/4.Spindle is an important part of the CNC lathe. Based on this topic SIEME

6、NS802C transformation C6140 lathe spindle of control part of the design. Analyses the basic composition, numerical control lathe spindle control system, PLC program and the related parameters of the machine tool. In this paper the main work is as follows: the structure of the lathe to C6140 a carefu

7、l analysis, numerical control lathe spindle of surveying and mapping SIEMENS802C hookup. Spindle structure of knowledge and understanding of the action process, PLC program.Key words: C6140; SIEMENS802C; Spindle control; PLC目錄1 緒論61.1 課題的研究背景6111數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù)6112數(shù)控機(jī)床優(yōu)點(diǎn)7113我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展71.2 課題的來(lái)源與意義8121數(shù)控化改造與

8、其形勢(shì)9122數(shù)控化改造實(shí)例9123機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)10124機(jī)床數(shù)控化改造的必要性112 C6140機(jī)床122.2 C6140型普通車床的組成122.3 C6140機(jī)床的主要技術(shù)性能133 數(shù)控車床簡(jiǎn)介133.1 數(shù)控車床概述143.2數(shù)控車床組成143.3 數(shù)控車床的機(jī)械構(gòu)成144 主軸數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案.1441 主軸變頻器電機(jī)與卡盤的選擇1442 主軸編碼器的選擇155 主軸數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施155. 1 主軸線路的設(shè)計(jì)1552 主軸變頻器調(diào)速系統(tǒng)電氣控制實(shí)施1553 主軸外部IO開關(guān)量PLC控制原理與設(shè)計(jì)1654 數(shù)控系統(tǒng)與變頻器組合控制1655 主軸PLC控制系統(tǒng)外部I0開關(guān)

9、量設(shè)計(jì)16結(jié)論18致 19參考文獻(xiàn) 20圖1 主軸電路圖 21圖2 主軸系統(tǒng)PLC控制電氣原理圖22圖3 主軸數(shù)控系統(tǒng)與變頻器控制電氣原理圖23圖4 開關(guān)量輸入電氣原理圖24圖5 開關(guān)量輸出電氣原理圖24圖6 主軸PLC控制系統(tǒng)主要梯形圖程序251 緒論數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流設(shè)備，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平?jīng)Q定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。數(shù)控化加工是機(jī)械加工行業(yè)朝高質(zhì)量、高精度、高成品率、高效率發(fā)展的趨勢(shì)。結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是我國(guó)從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的極其重要的臺(tái)階。采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行改造，尤其適合我國(guó)機(jī)床擁有量大，生產(chǎn)規(guī)模小的具體國(guó)情。1.1 課題的研究背景11

10、1數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù)數(shù)字程序控制機(jī)床一般簡(jiǎn)稱為數(shù)控機(jī)床。它是由數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的一種高效能自動(dòng)化機(jī)床，它綜合應(yīng)用了自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)、液壓氣動(dòng)等技術(shù)。并在機(jī)床結(jié)構(gòu)等方面運(yùn)用了最新技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)機(jī)械零件的加工質(zhì)量要求也越來(lái)越高；單件、小批生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品所占比重越來(lái)越大，特別是在造船、航空、航天、深潛以與國(guó)防工業(yè)的各個(gè)部門，加工批量少、精度要求高、形狀復(fù)雜的零件很多。像這樣的產(chǎn)品，如果采用一般的自動(dòng)機(jī)床或組合機(jī)床和自動(dòng)線來(lái)加工，就顯得很不經(jīng)濟(jì)、不合理，一般機(jī)床又不能加工。數(shù)控機(jī)床就是在這樣的條件下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，它能有效地適

11、應(yīng)產(chǎn)品不斷變化、多品種、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)。數(shù)控機(jī)床就是把加工所需要的各種操作，例如變速、松夾工件、進(jìn)刀、退刀、開車與停車、冷卻液的自動(dòng)供給等等，以與刀具相對(duì)于工件之間的位移。采用數(shù)值數(shù)據(jù)的形式通過計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，并將輸入的指令變?yōu)闄C(jī)床的各種操作，實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)加工。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入車間只是時(shí)間問題，這將是數(shù)字化制造的主要標(biāo)志。從另一角度來(lái)看，企業(yè)資源計(jì)劃如果僅僅局限于業(yè)務(wù)管理部門(人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷)或設(shè)計(jì)開發(fā)等企業(yè)上層的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，車間最底層的加工設(shè)備數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化，就必然成為制造業(yè)信息化的制約瓶頸。所以，對(duì)于現(xiàn)代制造工廠來(lái)說(shuō)，除了要提高機(jī)床的

12、數(shù)控化率外，更要使所擁有的數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間的底層之間與底層與上層之間通信暢通無(wú)阻。112數(shù)控機(jī)床優(yōu)點(diǎn)數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。(2)加工精度高；(3)生產(chǎn)效率高；(4)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；(5)良好的經(jīng)濟(jì)效益；(6)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。113我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展我國(guó)從1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，幾十年來(lái)，經(jīng)歷了發(fā)展、停滯、引進(jìn)技術(shù)、自行開發(fā)等幾個(gè)階段。

13、1965年，國(guó)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，20世紀(jì)60年代中期至70年代初，先后研制成功了CJK-18型晶體管數(shù)控系統(tǒng)、X53-1G立式數(shù)控銑床與YK53數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。從70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床、電加工機(jī)床等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在、研制成功.但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性未得到解決，因此未能廣泛推廣。80年代，我國(guó)從日本FANUC公司引進(jìn)了5、7、3等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī)技術(shù)，以與從美國(guó)、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)了一些新技術(shù)。推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定的發(fā)展，使我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍

14、。改革開放以來(lái)，我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)與生產(chǎn)發(fā)展迅速，取得了更為喜人的成果。通過“七五”引進(jìn)、消化、吸收，“八五”攻關(guān)和“九五”產(chǎn)業(yè)化，數(shù)控技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步.在與數(shù)控主機(jī)匹配方面可以說(shuō)己基本上改變了“拖后腿”的局面，性能和質(zhì)量顯著提高，功能價(jià)格比有優(yōu)勢(shì)。我國(guó)具有自主的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)開始形成，在市場(chǎng)上具有一定競(jìng)爭(zhēng)力，逐步提高了市場(chǎng)占有率。目前我國(guó)可供市場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床有2000多種，覆蓋了超重型機(jī)床、高精度機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓機(jī)床、前沿高技術(shù)機(jī)床等領(lǐng)域，可與日本、德國(guó)、意大利、美國(guó)井駕齊驅(qū)。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過多年的市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，己經(jīng)形成由日本的發(fā)那科公司占市場(chǎng)50%,德國(guó)西門子公司占市場(chǎng)25%的壟斷局面。

15、我國(guó)從20世紀(jì)90年代末開始掌握于通用32位工業(yè)控制機(jī)開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，特別是能夠控制五軸聯(lián)動(dòng)并具各網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、診斷、操作功能的數(shù)控系統(tǒng).并開發(fā)出弧齒錐齒輪數(shù)控加工、三維激光視覺檢測(cè)、螺旋漿七軸五聯(lián)動(dòng)加工和世界獨(dú)創(chuàng)的空間曲面插補(bǔ)軟件。目前批量投入市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，具有性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)，正在改變國(guó)外強(qiáng)手在中國(guó)市場(chǎng)上的壟斷局面。1.2 課題的來(lái)源與意義121數(shù)控化改造與其形勢(shì)所謂機(jī)床的數(shù)控化改造是指應(yīng)用現(xiàn)代的數(shù)控成熟技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求為目的，改變現(xiàn)有機(jī)床的結(jié)構(gòu)，給舊機(jī)床換上新部件、新裝置和新附件，提高現(xiàn)有機(jī)床的技術(shù)性指標(biāo)，使之全部或局部達(dá)到新數(shù)控機(jī)床的水平。機(jī)床數(shù)控化改

16、造大體上分兩類：一類是在現(xiàn)有的普通機(jī)床上加數(shù)控裝置或可編程控制器；另一類是采用更先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)替代現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的控制裝置。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要。我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有四百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普與應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國(guó)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購(gòu)置數(shù)控機(jī)床

17、一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購(gòu)買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。1984年，我國(guó)開始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。122數(shù)控化改造實(shí)例數(shù)控機(jī)床的逐漸普與，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格不斷降低，使得舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)更明顯，促使越來(lái)越多的機(jī)械加工廠選擇舊機(jī)床數(shù)控化改造作為設(shè)備更新的途徑。世界各國(guó)，包括許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相繼成立

18、了機(jī)床修復(fù)公司、翻新公司或改造公司，承擔(dān)舊機(jī)床數(shù)控改造的任務(wù)，并成功地改造了一些大型和重型機(jī)床。德國(guó)的Schiess公司在1981年把一臺(tái)加工直徑為19m的超重型立式車床改裝成數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床是1929年生產(chǎn)的，當(dāng)時(shí)曾是世界上最大的機(jī)床，其改造容有：工作臺(tái)導(dǎo)軌改裝為靜壓導(dǎo)軌，承載能力增加了50；主傳動(dòng)采用半導(dǎo)體可控硅控制，取代老式機(jī)組的傳動(dòng)；刀架的滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)導(dǎo)軌；增加測(cè)量顯示裝置，配置數(shù)控系統(tǒng)等。該機(jī)床的全部改造費(fèi)用僅為當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī)床價(jià)格1200萬(wàn)馬克的28.9，其修費(fèi)用占7.9，數(shù)控改造費(fèi)用占20.8。該公司還改造了一臺(tái)最大加工直徑為14m的超重型立式車床，全部改造費(fèi)用為當(dāng)時(shí)同類規(guī)

19、格新機(jī)床價(jià)格800萬(wàn)馬克的19.1。我國(guó)常柴股份公司曾改造一臺(tái)仿形銑床，改造費(fèi)用40萬(wàn)，節(jié)約投資近250萬(wàn)元，用其加工N485柴油機(jī)鑄造用模具，每套外協(xié)加工費(fèi)用270萬(wàn)元，不到三個(gè)月時(shí)間，此臺(tái)仿形銑床完成了兩套N485模具和20套空調(diào)模具的加工。根據(jù)常柴股份公司對(duì)已完成數(shù)控化改造的11臺(tái)加工中心和1臺(tái)仿形銑床投入運(yùn)行后統(tǒng)計(jì)，新增產(chǎn)值達(dá)到3000多萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，也有許多失敗的例子。如：航天部國(guó)營(yíng)507廠，在八十年代曾經(jīng)對(duì)70年代產(chǎn)品廠的一臺(tái)C620-l型舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造，但由于對(duì)機(jī)床數(shù)控化改造工藝論證不充分，所選用的數(shù)控系統(tǒng)性能不穩(wěn)定等原因?qū)е率?。我?guó)從八十年代初期開始

20、進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)研究和推廣，到現(xiàn)在已有二十多年的歷史。這中間取得了不少經(jīng)驗(yàn)，但失敗的教訓(xùn)也不少。究其原因?qū)Ω脑旃に嚿钊胙芯窟€不夠，其原因大概有以下幾個(gè)方面：(1）在改造以前沒有可行性分析或只定性分析；(2)所設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)或選擇的系統(tǒng)性能不穩(wěn)定；(3)機(jī)床的關(guān)鍵部件選擇不合理；(4)接口電路設(shè)計(jì)不合理。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，許多專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的電子元器件大量涌現(xiàn)，它們的性能價(jià)格比越來(lái)越高。在改造中自己設(shè)計(jì)制造單片機(jī)、單板機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)存在許多弊端，如：不易實(shí)行規(guī)化設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試和維護(hù)的工作量大，系統(tǒng)不穩(wěn)定等。因此，逐漸被性能價(jià)格比高的批量生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)和可編程控制器等電子元件設(shè)備所

21、取代。這樣，對(duì)這些元件如何選型越來(lái)越引起人們的關(guān)123機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)采用國(guó)外先進(jìn)工藝、先進(jìn)技術(shù)對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行改造有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)機(jī)床改造針對(duì)性強(qiáng)，容易適宜生產(chǎn)的要求。因?yàn)闄C(jī)床的改造方案是根據(jù)原機(jī)床中存在的問題提出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能與生產(chǎn)緊密結(jié)合，可以直接將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使企業(yè)有積極性。(2)機(jī)床改造可以充分利用原機(jī)床的絕大部分，大大節(jié)約原材料和資金，同時(shí)見效快，改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因?yàn)榕f機(jī)床數(shù)控化改造大部分床身、立柱等主要基礎(chǔ)件和許多傳動(dòng)部分不須更換，與新機(jī)床制造相比只需其11015的時(shí)間，工期大大縮短，從而節(jié)約了成本，解決了生產(chǎn)急需。(3)改

22、造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，機(jī)床應(yīng)用圍得到擴(kuò)大，適應(yīng)多品種、小批量的零件生產(chǎn)。這是因?yàn)闄C(jī)床的大型結(jié)構(gòu)件一般是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年代越久則時(shí)效越充分，精度比新鑄件更加穩(wěn)定。改造不需要改變支撐類大型構(gòu)件，只需修復(fù)或更換若干中小型部件就可獲得與新機(jī)床類似效果。改造后的機(jī)床功能有較好的提高。除了保留原有功能外，還可以滿足各種復(fù)雜型面類零件加工，極擴(kuò)大了機(jī)床的應(yīng)用圍。(4)經(jīng)過數(shù)控化改造，可以有效提高工件加工精度和生產(chǎn)效率。因?yàn)楦脑鞎r(shí)可根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求，與時(shí)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次。如某單位西3.4m的立式車床改造后，加工球體軸承座零件，其2m直徑偏差僅為0.035 mm，

23、滿足了設(shè)計(jì)要求，并且機(jī)床改造后的工作效率提高了56倍。(5)可以充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)力量的作用，調(diào)動(dòng)技術(shù)人員的積極性；同時(shí)降低對(duì)工人技術(shù)水平的要求。(6)通過數(shù)控化改造，可以掌握設(shè)備的構(gòu)造和性能，為企業(yè)培養(yǎng)了數(shù)控技術(shù)人才。在改造期間，通過拆解舊機(jī)床，裝配新部件等改造過程，間接培養(yǎng)了數(shù)控人才，對(duì)機(jī)床的特性有了較詳細(xì)的了解，在操作使用和維護(hù)方面培訓(xùn)時(shí)間短見效快。124機(jī)床數(shù)控化改造的必要性數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代機(jī)械加工中起著舉足輕重的作用，機(jī)床數(shù)控化率已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。提高機(jī)床數(shù)控化率有兩個(gè)途徑：一是購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床，即更新設(shè)備；二是改造舊機(jī)床，配置數(shù)控系統(tǒng)，把舊機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床。（

24、1）微觀來(lái)看改造的必要性微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件.由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面口可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。加工零件的精度高

25、，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”?？蓪?shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床問的頻繁搬運(yùn)。擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)一段時(shí)間無(wú)人看管加工。由以上五條派生的好處。如:降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以與CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)己經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。（2）宏觀看改造的必要性宏觀上看

26、，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC, FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD,CAE, CAM,虛擬制造以與在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。以與在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率)到199

27、5年只有1.9%，而日本在1994年己達(dá)20.8%，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。2 CA6140機(jī)床介紹CA6140 普通車床是普通車床中比較有代表性的機(jī)床，目前在國(guó)普通車床中占有率很高。它對(duì)我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)的意義重大，產(chǎn)生的影響深遠(yuǎn)。2.1 C6140型普通車床的組成C6140型普通車床的主要組成部件有:主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身（圖2-1）。主要用于車削加工。在車床上可以加工外圓柱面、圓錐面和成形回轉(zhuǎn)表面;也可以車削和車環(huán)槽，加工各種常用的米制、英制、模數(shù)制和勁節(jié)制螺紋等。主軸箱:又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機(jī)傳來(lái)

28、的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時(shí)主軸箱分出部分動(dòng)力將運(yùn)動(dòng)傳給進(jìn)給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性古接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機(jī)床的使用價(jià)值就會(huì)降低進(jìn)給箱:又稱走刀箱，進(jìn)給箱中裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的變速機(jī)構(gòu)，調(diào)整其變速機(jī)構(gòu)，可得到所需的進(jìn)給量或螺距，通過光杠或絲杠將運(yùn)動(dòng)傳至刀架以進(jìn)行切削。絲杠與光杠:用以聯(lián)接進(jìn)給箱與溜板箱，并把進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給淚板箱，使溜板箱獲得縱向直線運(yùn)動(dòng)。絲杠是專門用來(lái)車削各種螺紋而設(shè)置的，在進(jìn)行工件的其他表面車削時(shí)，只用光杠，不用絲杠。溜板箱是車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的操縱箱，裝有將光杠和絲杠的

29、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成刀架直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，通過光杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速移動(dòng)，通過絲杠帶動(dòng)刀架作縱向直線運(yùn)動(dòng)，以便車削螺紋。1、主軸箱 2、刀架 3. 尾架 4、床身 5、床腿6、光杠 7、絲杠 8、溜板箱 10、進(jìn)給箱圖2-1 C6140型臥式車床的外形2.2 C6140機(jī)床的主要技術(shù)性能床身上最大的工件回轉(zhuǎn)直徑400mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑210mm最大的工件長(zhǎng)度750mm1000mm1500mm2000mm最大車削長(zhǎng)度650mm900mm1400mm1900mm主軸中心至床身平導(dǎo)軌距離205mm主軸控直徑48mm刀架最大行程：縱向650mm900mm1400mm1900m

30、m橫向320mm小滑板140mm主軸孔錐度莫氏6號(hào)主軸轉(zhuǎn)速：正轉(zhuǎn)24級(jí) 101400r/min 反轉(zhuǎn)12級(jí) 141500r/min 進(jìn)給量：縱向64級(jí) 0.0286.33mm/r 3 數(shù)控車床簡(jiǎn)介3.1 數(shù)控車床概述 數(shù)控車床作為當(dāng)今使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，主要用于加工軸類、盤套類等回轉(zhuǎn)體零件，能夠通過程序控制自動(dòng)完成外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)、鉸孔等工作，而近年來(lái)研制出的數(shù)控車削中心和數(shù)控車銑中心，使得在一次裝夾中可以完成更多得加工工序，提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此特別適宜復(fù)雜形狀的回轉(zhuǎn)體零件的加工。 3.2數(shù)控車床的組成 數(shù)控車床由床身、主軸箱、刀架

31、進(jìn)給系統(tǒng)、冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)組成。與普通車床所不同的是數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，它沒有傳統(tǒng)的走刀箱溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀具，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)由NC單元與輸入輸出模塊，操作面板組成。 3.3數(shù)控車床的機(jī)械構(gòu)成 從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，數(shù)控車床還沒有脫離普通車床的結(jié)構(gòu)形式，即由床身、主軸箱、刀架進(jìn)給系統(tǒng)，液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)等部分組成。與普通車床所不同的是數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，它沒有傳統(tǒng)的走刀箱、溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀具，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因而大大簡(jiǎn)化了進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。由于要實(shí)現(xiàn)CNC，因此

32、，數(shù)控車床要有CNC裝置電器控制和CRT操作面板。4 主軸數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案41主軸變頻器電機(jī)與卡盤的選擇為了提高車床的自動(dòng)化程度，主軸采用變頻調(diào)速，進(jìn)行半閉環(huán)控制，根據(jù)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算與C6140車床加工要求選擇FRF74075KCH三菱變頻器，適配75KW的三相交流調(diào)速電機(jī)；為了實(shí)現(xiàn)較好的低速大轉(zhuǎn)矩特性，采用分檔無(wú)級(jí)頻調(diào)速，即在精密加工的時(shí)候可選擇低速機(jī)械檔位和高速機(jī)械檔位，然后再通過變頻器來(lái)調(diào)速；主軸運(yùn)動(dòng)由主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的調(diào)速、正反轉(zhuǎn)、啟停、急停、報(bào)警等由PLC與數(shù)控控系統(tǒng)控制。主軸卡盤采用電動(dòng)卡盤，卡盤的夾緊與松開由PLC與數(shù)控系統(tǒng)控制?？蛇x擇KDl 1250型號(hào)電動(dòng)三，爪自定

33、心卡盤，加裝夾緊與松開信號(hào)開關(guān)，與數(shù)控系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)端口連接。42主軸編碼器的選擇主軸為了能加工螺紋，主軸電機(jī)要加裝主軸編碼器，與主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，作為主軸位置信號(hào)的反饋元件，用來(lái)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位移和轉(zhuǎn)向，保證加工螺紋或絲杠時(shí)，主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具能準(zhǔn)確移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。根據(jù)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算與要求，車床能加工的最大螺紋導(dǎo)程為24mm，縱向的進(jìn)給脈沖當(dāng)量為001mm脈沖，所以每轉(zhuǎn)一周加工一個(gè)導(dǎo)程輸出2400個(gè)脈沖，編碼器有A、B相輸出信號(hào)，A、B相位差為90。，另外為了重復(fù)車削同一螺紋時(shí)不亂扣，編碼器還需每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)零位脈沖Z?？蛇x擇ZLF一2400Z一05VO一15型號(hào)的螺紋編碼器。編碼器信號(hào)端與數(shù)控系

34、統(tǒng)對(duì)應(yīng)端口連接。5 主軸數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施5. 1主軸線路的設(shè)計(jì)（見圖1）CNC輸出的模擬信號(hào)到變頻器的1與5端口，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用過設(shè)置變頻器的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)從最低轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速的調(diào)速。H1-K1為主軸交流接觸器，接通或斷開主軸動(dòng)力電源。主軸位置上的編碼器H1-GP使主軸能與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)同步控制，以便加工螺紋；M3-K3、M3-K4為主軸正反轉(zhuǎn)繼電器，通過PLC實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。M1-K2為急停，當(dāng)變頻器有異常情況時(shí)，通過A、B端口輸出報(bào)警信號(hào)到PLC。52主軸變頻器調(diào)速系統(tǒng)電氣控制實(shí)施主軸采用75KW以下的普通變頻器控制交流變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，變頻器選擇三菱、臺(tái)達(dá)或日立普通型變頻器，可在一定圍

35、實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)變速。這時(shí)可利用已有的數(shù)控系統(tǒng)主軸控制接口，接口AOUT中模擬量電流或電壓輸出信號(hào)，可作為變頻器的調(diào)速信號(hào)，如果采用單極性模擬量電壓，這時(shí)用開關(guān)量輸出信號(hào)控制主軸的啟停、正反轉(zhuǎn)。主軸速度模擬電壓信號(hào)圍為一10V+10V，電流最大為10mA，如果采用雙極性模擬量電壓，這時(shí)采用使能信號(hào)控制主軸啟停。主軸編碼器電源輸出為+5V，使用差分TTL方波，可提高可靠性和抗干擾能力，最大電流為200mA，信號(hào)電平為RS422電平。53主軸外部IO開關(guān)量PLC控制原理與設(shè)計(jì)主軸電氣系統(tǒng)開關(guān)量輸入信號(hào)與工作原理有：主軸機(jī)械一檔啟動(dòng)信號(hào)X20、二檔啟動(dòng)信號(hào)X21，常開觸點(diǎn)，閉合有效，啟動(dòng)機(jī)械變檔；主軸

36、外部運(yùn)行允許信號(hào)X24，常開觸點(diǎn)，閉合有效，主要檢測(cè)變頻器使能；主軸過載報(bào)警信號(hào)X30，常閉觸點(diǎn)，斷開有效，主要監(jiān)控變頻器是否異常；主軸速度到達(dá)信號(hào)X31，常開觸點(diǎn)，閉合有效，檢測(cè)主軸穩(wěn)定速度；卡盤松開信號(hào)X07、常開觸點(diǎn)，閉合有效，啟動(dòng)卡盤松開；卡盤夾緊信號(hào)X06，常開觸點(diǎn)，閉合有效，啟動(dòng)卡盤夾緊。卡盤夾緊驅(qū)動(dòng)信號(hào)Y16，數(shù)控系統(tǒng)部低電平有效，由數(shù)控系統(tǒng)送出該信號(hào)，控制卡盤夾緊；主軸制動(dòng)信號(hào)Y12，低電平有效，由數(shù)控系統(tǒng)送出該信號(hào)，控制電機(jī)制動(dòng)；卡盤松開驅(qū)動(dòng)信號(hào)Y13，低電平有效，由數(shù)控系統(tǒng)送出該信號(hào)，控制卡盤松開；主軸機(jī)械一檔驅(qū)動(dòng)信號(hào)Y14，低電平有效，由數(shù)控系統(tǒng)送出該信號(hào)，控制機(jī)械部分換

37、到一擋；主軸機(jī)械二檔驅(qū)動(dòng)信號(hào)Y15，低電平有效，由數(shù)控系統(tǒng)送出該信號(hào)，控制機(jī)械部分換到二擋。數(shù)控系統(tǒng)采用華中數(shù)控系統(tǒng)，該數(shù)控系統(tǒng)采用置式PLC，可根據(jù)車床設(shè)計(jì)要求進(jìn)行PLC程序的二次開發(fā)，開發(fā)源程序語(yǔ)言為C語(yǔ)言，前期設(shè)計(jì)可用梯形圖語(yǔ)言。主軸系統(tǒng)PLC控制電氣原理如圖2所示。54數(shù)控系統(tǒng)與變頻器組合控制數(shù)控系統(tǒng)與變頻器的組合控制時(shí)主要參數(shù)有：主軸過載X30，主軸速度到達(dá)X31，主軸運(yùn)行允許X24，正轉(zhuǎn)啟動(dòng)X00，反轉(zhuǎn)啟動(dòng)X01，外部停止X02，變頻高速啟動(dòng)X40，變頻中速啟動(dòng)X41，變頻低速啟動(dòng)X42，制動(dòng)解除X43，主軸正轉(zhuǎn)控制Y10，主軸反轉(zhuǎn)控制Y11，高速控制Y20，中速控制Y21，低速控制Y22，停止控制Y23，變頻器STF為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)端，變頻器STR為反轉(zhuǎn)啟動(dòng)端，變頻器RH為高速啟動(dòng)端，變頻器RM為中速啟動(dòng)端，變頻器RL為低速啟動(dòng)端，變頻器MRS為變頻停止端，變頻器OL為過載報(bào)警端，變頻器SU為頻率到達(dá)端，變頻器無(wú)級(jí)凋速電流為AOUT2420mA，無(wú)級(jí)調(diào)速控制端Y24，變頻模擬調(diào)速端4與AU為ON，變頻器公共端SD。變頻器工作時(shí)需