【正文】 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)題 目：加工中心控制系統(tǒng)改造研究院 （系）：桂林電子科技大學(xué)機械工程學(xué)院 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 曲津津 班 級： 20060197121 學(xué) 號： 2006019712105 指導(dǎo)教師： 劉建偉 2010年 3月30日 58 摘 要 數(shù)控機床是當今機械制造業(yè)中實現(xiàn)機電一體化的代表性先進裝備。隨著先進制造業(yè)的不斷發(fā)展，對舊數(shù)控機床的數(shù)控化改造，特別是加工中心數(shù)控化改造工程研究已經(jīng)成為擺在我們面前迫切而艱巨的任務(wù)。本文詳細闡述了美國辛辛那提米拉克龍機床公司制造的T40加工中心數(shù)控化改造工程研究的過程。在分析原加工中心的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、邏輯控制、機械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，利用SIEMENS840數(shù)控系統(tǒng)、SIMODRIVE 611D伺服驅(qū)動系統(tǒng)、SIMATIC S7300PLC對其進行了改造并根據(jù)機床的具體配置和要求，對機床參數(shù)進行正確設(shè)置和調(diào)試，改造后對企業(yè)的加工對象進行了批量加工，運行狀態(tài)良好，獲得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。關(guān)鍵詞： 數(shù)控；加工中心；改造；工程研究Abstract NC(numerical control) machine is the representative of advanced equipment toachieve mechatronics in current machine production industry. With thedevelopment of advanced manufacturing industory，the NC reform of old NCmachine, especially the research of the NC reform of machining center has beean urgent and arduous task before us. This paper describes the reconstruction process of CNC machine center which manufactured by CINCINNATI MILACRON T40 .On the basis of the analysis of the NC system, servo system, logic control and mechanical structure of the center, the SIEMENS 840D, SIMODRIVE 611D servo drive system and SIMATIC S7—300PLC are utilized to make reform on it. After the correct settings and debug，the new center is put into use in batch production of machining object and proved to run well and obtain a good economic benefits and social effect. Keywords： NC, Machining center, Reform, Engineering research目 錄第1章 緒 論 1 機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展概況 1 歷史 1 現(xiàn)狀 1 發(fā)展趨勢 2 機床數(shù)控化改造的需求 3 市場需求 3 必要性和迫切性 4 可行性 4 數(shù)控化改造的內(nèi)容 4 數(shù)控化改造的優(yōu)點 5 課題來源和研究的意義 5 來源 5 設(shè)備現(xiàn)狀 5 工作的意義 6 本文的工作 6第2章 機床數(shù)控改造的整體方案設(shè)計和數(shù)控系統(tǒng)配置選擇 8 加工中心結(jié)構(gòu)分析 8 結(jié)構(gòu)介紹與技術(shù)現(xiàn)狀 8 欲改造部分 8 加工中心改造方案的設(shè)計和確定 8 改造整體方案 8 改造后達到的技術(shù)功能、性能分析 10 數(shù)控系統(tǒng)的選擇和功能分析 11 CNC技術(shù)分析 11 840D數(shù)控系統(tǒng)的功能 17第3章 數(shù)控改造機電匹配接口設(shè)計和PLC控制 19 數(shù)控機床PLC控制技術(shù) 19 加工中心的PLC功能 22 S7300PLC技術(shù)性能與程序調(diào)整 23 840D數(shù)控系統(tǒng)的S7300 PLC主要技術(shù)性能 23 S7300PLC基本程序調(diào)整 24 S7300組態(tài) 25 加工中心PLC程序設(shè)計和應(yīng)用實例 25 手輪PLC控制 25 自動換刀控制(ATC) 27 工作臺托板自動交換控制 29 主軸自動換檔控制 31第4章 數(shù)控進給伺服系統(tǒng)設(shè)計研究 344．1 伺服系統(tǒng)工作原理 34 開環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)原理 34 交、直流伺服系統(tǒng)特點分析 35 交流伺服系統(tǒng)的性能指標 35 數(shù)控機床對交流伺服系統(tǒng)的性能要求 36 加工中心交流伺服電動機的類型及其工作原理 36 交流伺服電動機的類型 36 交流伺服電動機的工作原理 37 加工中心進給伺服系統(tǒng)設(shè)計分析 37 進給伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其定性分析 37 加工中心數(shù)據(jù)計算、分析 45 交流伺服系統(tǒng)選擇 47第5章 系統(tǒng)的調(diào)試與運行 48 系統(tǒng)調(diào)試 48 系統(tǒng)試運行 48 機床數(shù)據(jù)的調(diào)整 48 840D進給軸數(shù)據(jù)設(shè)定 48 軸軟、硬限位參數(shù)設(shè)定 50 機床參考點參數(shù)設(shè)定 51 數(shù)據(jù)備份 52 用戶報警 52 螺距補償 52結(jié) 論 53參考文獻 54致 謝 55第1章 緒 論 機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展概況 歷史數(shù)控機床是機電綜合技術(shù)在機械加工領(lǐng)域中的典型產(chǎn)品，它是將計算機、自動控制、電氣傳動、測量技術(shù)、機械制造等多項技術(shù)集中于一體的自動化設(shè)備，具有高精度、高效率和高適應(yīng)性的特點。加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的一種高度自動化的多功能數(shù)控機床。采用數(shù)控機床提高機械加工效率，是當前我國機械制造行業(yè)技術(shù)改造、技術(shù)更新的發(fā)展之路。新型數(shù)控機床和加工中心已成為柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)((FMS)、乃至計算機集成制造系統(tǒng)((CIMS)和無人自動工廠(FA)中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)備。 電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，極大地推動了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。機床數(shù)控裝置的研制開始于四十年代的美國麻省理工學(xué)院，五十年代出現(xiàn)了采用電子管及繼電器的數(shù)控技術(shù)，六十年代以后，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，晶體管代替了電子管，出現(xiàn)了小規(guī)模的集成電路數(shù)控裝置，但是機構(gòu)仍然十分龐大，可靠性差，并且費用高。新型數(shù)控技術(shù)是20世紀70年代發(fā)展起來的機床控制新技術(shù)。小型計算機用于數(shù)控技術(shù)，使數(shù)控技術(shù)進入了計算機數(shù)控((CNC–Computer Numerical Control)階段，它綜合運用了計算機技術(shù)、測量技術(shù)、信息處理技術(shù)和機械制造等最新成果。加工精度越來越高，加工效率也有了很大提高。到20世紀90年代基于PC的模塊化、可重構(gòu)、可擴充的開放式數(shù)控系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，以適應(yīng)當今市場越來越需求適合中小批量加工、具有良好柔性和多種加工功能的制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。數(shù)控機床是由普通機床演變而來的。它的控制采用計算機數(shù)字控制方式，它各個坐標方向的運動均采用單獨的伺服電動機驅(qū)動，取代了普通機床上聯(lián)系各坐標方向運動的復(fù)雜齒輪傳動鏈。其工作原理是將加工零件的幾何信息和工藝信息編制成程序，由輸入裝置送入計算機，經(jīng)過計算機的信息處理和插補運算，按各坐標軸的分量送到各軸的驅(qū)動電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)化、放大去驅(qū)動伺服電動機，帶動各軸運動，并進行反饋控制，使各軸精確地走到所要求的位置。 現(xiàn)狀我國目前機床總量400余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有12萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3%。近10年來，年產(chǎn)值約為20億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機床役齡10年以上的占60%以上。10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20%, FMC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機床占60%以上)。 發(fā)展趨勢 為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，當前，世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢川主要體現(xiàn)在以下幾個方面: 高速、高效、高精度、高可靠性 要提高加工效率，首先必須提高切削和進給速度，同時，還要縮短加工時間。要確保加工質(zhì)量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。 1)高速、高效機床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。新一代數(shù)控機床(含加工中心)只有通過高速化大幅度縮短切削工時才可能進一步提高其生產(chǎn)率。超高速加工特別是超高速銑削與新一代高速數(shù)控機床特別是高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用緊密相關(guān)。高速主軸單元(電主軸，轉(zhuǎn)速15000 1 00000r/min )、高速且高加/減速度的進給運動部件(快移速度60120m/min，切削進給速度高達60m/min )、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達到了新的技術(shù)水平。 2)高精度 從精密加工發(fā)展到超精密加工(特高精度加工)，其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(1Onm )，其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削(車、銑)、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工(三束加工及微細電火花加工、微細電解加工和各種復(fù)合加工等)。 近10多年來，普通級數(shù)控機床的加工精度己由177。1Oum提高到177。5um，精密級加工中心的加工精度則從177。3～5um，提高到177。1～。 3)高可靠性 是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率P(t) = 99%以上的話，則數(shù)控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。MTBF大于3000小時，對于由不同數(shù)量的數(shù)控機床構(gòu)成的無人化工廠差別就大多了，我們只對一臺數(shù)控機床而言，如主機與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10: 1的話(數(shù)控的可靠比主機高一個數(shù)量級)。，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動等的MTBF就必須大于10萬小時。 模塊化、智能化、柔性化和集成化 1)模塊化、專門化與個性化機床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。為了適應(yīng)數(shù)控機床多品種、小批量的特點，機床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾年來特別明顯的發(fā)展趨勢。2)智能化 為追求加工效率、加工質(zhì)量、驅(qū)動性能、使用連接方便、簡化編程操作、診斷、監(jiān)控的智能化，數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)具備自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成、前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定、自動編程、系統(tǒng)的診斷及維修等功能。 3)柔性化和集成化 數(shù)控機床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是:從點(數(shù)控單機、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機床)、線(FMC, FMS, FTL, FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟性方向發(fā)展。CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD, CAM, CAPP, MTS聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。開放性為適應(yīng)數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，美國、歐共體及日本相繼設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)。 出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備為適應(yīng)制造自動化的發(fā)展，向FMC, FMS和CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)字控制制造系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還要具備自動測量、自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭(有時帶坐標變換)、自動誤差補償、自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)等功能，廣泛地應(yīng)用機器人、物流系統(tǒng)。由于采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，機械加工向虛擬制造的方向發(fā)展。 機床數(shù)控化改造的需求 市場需求 機床數(shù)控化改造的市場大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。進口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進行技術(shù)改造。這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良。有的引進時只注意引進設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮。有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設(shè)備故障不能達產(chǎn)達標。有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損。有的己引進較長時間，需要進行技術(shù)更新。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術(shù)難點，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最