基于CA6140车床数控化的改造毕业论文

1、 . . . CA6140车床数控化改造目录1引 言11.1 机床数控改造研究背景11.2机床数控化改造的意义21.3本文所研究的主要容22车床机械部分改造方案22.1主传动系统的改造42.1.1主轴无级变速的实现42.1.2主轴脉冲编码器的选择与安装52.2纵横向进给传动系统的改造62.2.1纵向进给传动系统的改造62.2.2横向进给系统的改造72.2.3齿轮传动间隙的消除82.3刀架部分的改造83电气控制系统整体方案设计93.1数控系统的类型与品牌选择93.1.1数控系统的类型93.1.2数控系统的品牌选择93.2 SINUMERIK 802S base 1ine数控系统特点103.3电柜设计与电源选用114数控系统各部分单元具体设计134.1数控系统各部分的连接与接口设计134.1.1系统的接线13 / 4.1.2接口布置144.1.3 PLC输入输出接口定义154.1.4接口连接164.2步进电机的连接214.3回参考点配置224.4驱动电流设定234.5主轴变频器的选用234.6主控电路的设计26结 论29参考文献30摘 要所谓数字控制机床是按照含有机床(刀具)运动信息程序所

2、指定的顺序自动执行操作。数控机床是集机械制造技术和计算机、液压、检测传感、信息处理、光机等技术于一体的典型机电一体化产品。它很好地解决了形状结构复杂、精度要求高、小批量与多变零件的加工问题且能稳定产品的加工质量，降低工人劳动强度，大幅度提高生产效率。数控机床的技术水平高低与拥有量的多少己成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志之一。我国目前机床总量约400万台，其中数控机床总数只有20万台。我国役龄10年以上的机床占总数的60%以上，而役龄10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%。用这种装备加工出来的产品普遍在质量差、品种少、成本高、供货期长等现象，因而在国际、国市场上缺乏竞争力。而对于企业而言，单纯依靠购买全新数控机床，所需初始投资较大，致使许多企业，特别是中小型民营企业心有余而力不足。而且替换下来的机床闲置起来又会造成浪费。如果对旧机床进行数控化改造，其投资少，见效快，是在短期提高我国机床数控化率的一条有效途径。关键字：数控机床，数控化改造，步进电机，经济型数控系统1引 言1.1 机床数控改造研究背景机械制造业在世界经济发展中，作为基础产业，具有重要的地位。为此，各国的经济学

3、家和企业家在不断探索新形势下的各种先进制造技术与制造业的发展战略。作为制造业核心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。(1)我国现有的、数以万计的旧、落后的机床是机床大修与数控化改造行业产生的现实基础我国是一个发展中国家，由于长期自身机制的不适应性，经济实力过低、技术落后、设备旧，极制约着国民经济的发展。为尽快改变我国机械制造业的落后状态，近二十多年来，我们在艰难地发展民族机床制造业的同时，积极地引进了世界先进技术与设备。一方面与世界先进机床制造厂合作，不断生产出具有世界先进水平的各类机床；另一方面直接购进了大量的各类机床。这一切都为我国国民经济的快速发展起到了巨大的作用。但是，机床长期运转甚至超负荷使用，同时又缺少认真的维修与保养，造成机床严重磨损，丧失了精度；有些机床则由于企业人员与产品结构的改变，或由于技术力量不足而被长期闲置，需要使用时却发现早已锈迹斑斑，电控系统不能起动；由于新产品制造的需要，原有机床性能已不能满足使用要求，急需更新升级改造；由于世界计算机与网络技术的飞速发展，造成数控系统、驱动系统厂的产品更新加快，原有产品过早停产，给备件更换与维修带来一定困难

4、；况且数控系统的使用寿命一般在510年，而我国大多数机床都在超期服役。这些诸多因素都需要对机床进行大修与数控化升级改造。 (2)新进的大批二手机床成为机床大修与数控化改造行业的催化剂自改革开放以来，许多企业引进了一大批国外淘汰的旧机床，虽然有一部分尚能满足使用要求，但是多数由于缺少经验、技术、资料与备件等因素，造成虽廉价购进但却不能继续发挥作用而闲置的尴尬局面。其中不乏有为改造后投入使用而引进的旧机床和生产线。这里多数的二手机床只要再有适当的资金投入，经过大修改造即可发挥作用。 (3)显著的经济效益是机床大修与数控化改造行业的发展动力对于机床拥有者来说，只需花费购买一样新机床30%以下的费用即可获得一样的使用效果。根据国际该行业的记载，即使将原机床的结构性能进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床60%左右的价格。 机械制造业在世界经济发展中，作为基础产业，具有重要的地位。为此，各国的经济学家和企业家在不断探索新形势下的各种先进制造技术与制造业的发展战略。作为制造业核心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。1.2机床数控化改造的意义般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越

5、性。1.可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。2.可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。3.加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要工人“修配”。4.可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。5.拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。6.降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。数控技术现已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。1.3本文所研究的主要容1、根据数控化改造后车床所具备的功能，制订了车床总体改造方案，并绘制了改造后车床总体装配图;2、为使改造后的车床主轴能够实现无级变速，本次改造采用了变频器驱动主轴电机的方式，本文对主轴变频器的计算和选型作了深入研究;3、为使改造后的车床能够加工螺纹，在改造时，在主轴端部通过异轴安装方式加装了主轴脉冲编码器，本文对脉冲编码器的安装方法作了详细论述;4、在利用填充聚四氟乙烯软带对原车床导轨贴塑的工作中，粘接工艺的好坏将直接影响改造后导轨的性能

6、。本文对粘接工艺的控制作了深入研究;5、在电气改造方面，设计了车床主控电路原理图与数控系统PLCI/O口接线图，对纵横向步进电机的计算和选型也作了详细阐述;2车床机械部分改造方案数控化改造设计时，在满足车床总体布局的前提下要尽可能利用原来的零部件，尽量减少改动量。尤其是对车床上较大的部件，例如床身、床鞍、工作台等，尽量利用原来的部件，只做少量的加工改造，这样可以大大的降低成本，缩短制造周期。例如，CA6140普通车床横向丝杠的名义直径为22cm，改进设计时，横向进给丝杠直径可取20cm或25cm，这样就可以利用原有的床鞍，不致于因滚珠丝杠直径选得太大，在原来的空间里放不下。CA6140型普通车床数控化改造后主要用于中小型轴类、盘类以与螺纹零件的粗加工或半精加工，这些零件加工工艺要求机床应实现的功能主要有:（1）控制主轴正反转和实现主轴的无级变速以提供不同的切削速度；（2）刀架能实现纵向和横向的进给运动，并具备在换刀点自动改变四个刀位完成刀具选择；（3）加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个被加工螺纹的螺距(单头螺纹加工)或导程(多头螺纹加工)。要实现以上功能，确定总体改造方案如下:

7、(1)拆除原车床的纵向和横向丝杠光杠、溜板箱与挂轮箱中的齿轮，用滚珠丝杠替换原有普通滑动丝杠，将选取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可能利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；(2)横向驱动电机与齿轮减速器安装在床鞍的后部(相对操作者)，纵向驱动电机与齿轮减速装置安装在机床的右端，靠近尾座的位置；(3)要实现自动换刀，需拆除原手动刀架，在小拖板上安装数控转位刀架；(4)为了使改造后的车床能够加工螺纹，需要加装主轴脉冲编码器，以实现对主轴转速的同步检测，编码器安装在挂轮箱；(5)为使加工过程中不超程，纵横向要安装行程限位开关；(6)为实现回参考点的动作，须在纵横向安装接近开关；(7)纵、横向齿轮箱和丝杠全部加防护罩，以防赃物、油污和切屑等进入，机床整体也要加装防护罩，以防止加工过程中的切屑飞溅伤人；(8)考虑到改造的成本，尽可能采用可靠性高的经济型数控系统。车床总体改造如图2-1所示。1-向滚珠丝杠副向 2-减速器3.向滚珠丝杠副数控转位刀架4-尾座5-Y向减速器6-Z向电机7-支架8-X向电机1

8、0-主轴脉冲编码器图2-1CA6140普通车床数控化改造示意图2.1主传动系统的改造2.1.1主轴无级变速的实现CA6140车床的主轴变速为手动、有级变速(正转24级、反转12级)。考虑到数控车床在自动加工的过程中负载切削力随时会发生变化，为了保证工件表面加工质量的一致性、提高工件加工质量，主轴要能实现恒切削速度切削。这就要求主轴能实现无级变速。目前实现无级变速主要有两种方式，其一是采用变频器驱动电机的方式；其二是直接采用伺服电机实现无级变速。采用方式二需要重新购买主轴伺服电机，另外主轴箱也要做相应的改造以安装伺服电机。考虑到改造的成本，我们决定采用第一种方式，这样可以利用原车床的三相异步电动机。即由数控系统控制变频器，变频器驱动异步电动机实现主轴无级变速。交流异步电动机的转速与电源频率f，电动机磁极对数p以与转差率s之间的关系式为:n=60f/px(1-s)原电机的磁极对数p=2，转差率s=0.05，则电动机转速n与频率f之间的关系为:N=28.5f。因此，改变电源频率f即可改变电动机的转速n。变频器能方便地与数控系统连接，控制电动机的正转、反转、停止和变速。经过分析，选用日本三菱变

9、频器FR-A54O-7.5K-CH。为保证电机的转速,输出转矩(功率)特性与机床主轴的转速,转矩(功率)特性相匹配,根据无级变速主传动系统的设计原则,主轴转速采用四档无级CA6140/BQ主轴转速图变速,所设计的CA6140/BQ的主轴转速图如下图所示 CA6140/BQ主轴转速图2.1.2主轴脉冲编码器的选择与安装根据前面所选择的车床数控系统GSK980TA的技术参数可知，普通车床普通车床普通车床普通车床主轴应加装1024P，光电编码器。结合脉冲编码器每转进给脉冲数(即分辨率)对螺纹加工围、机床配件机床配件机床配件机床配件加工精度和车螺纹时步进电动机运行频率与主轴转速的影响，以与加工常见多头螺纹的需要，脉冲编码器每转进给脉冲数应尽可能取较大值，再结合环境特性，最后根据机床主轴转速不允许超过主轴机床配件脉冲发生器的最高许用转速的原则，普通车床选择三峰传感技术生产的常规型实心轴光电编码器PIE一1024一(305C编码器，其分辨率为人二1024Pr。该编码器经济适用，力矩小，多规格，适应多种数控设备，其最高许用转速为5000rmin，远大于车床主轴最高转速2000rmin。由于异轴安装后不能加工穿出主轴孔的较长的工件的缺陷，通过无间隙柔性连接传动方式，普通车床编码器的引出轴机床配件通过传动比为1：1的同步齿形带与主轴联系起来。 通常在加工螺纹时，将其安装上；不使用时将其断开，避免不必要的磨损和信号干扰，以延长主轴脉冲发生器的使用寿命。为了使改造后的数控车床能自动加工螺纹，须配置主轴脉冲编码器作为车床主轴位置信号的反馈元件，其目的是用来检测主轴转角的位置，通过主轴脉冲编码器数控系统步进电机的信息转

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