【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目: CA6140普通車(chē)床的數(shù)控化改造目 錄第1章 前言 1 問(wèn)題提出 1 普通車(chē)床數(shù)控化改造的好處 1 機(jī)床數(shù)控化改造的意義 2第2章 改造總體方案 3 CA6140車(chē)床介紹 3 CA6140車(chē)床組成圖 3 CA6140改造參數(shù) 4 數(shù)控化改造要求和內(nèi)容 4第3章 機(jī)械部分改造 7 主傳動(dòng)系統(tǒng) 7 7 主軸脈沖發(fā)生器 7 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 7 縱向進(jìn)給的改造與計(jì)算 7 橫向進(jìn)給的改造與計(jì)算 11 導(dǎo)軌 15第4章 輔助裝置 16 刀架的改造與安裝 16第5章 數(shù)控部分 19 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 19 數(shù)控系統(tǒng)的介紹 19 操作面板 19 軟件操作界面 21 系統(tǒng)參數(shù) 21 伺服驅(qū)動(dòng) 22 伺服電機(jī) 24第6章 機(jī)床的安裝與調(diào)試 25 數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試 25 參數(shù)設(shè)置 25 外部狀態(tài)檢查 28 伺服電機(jī)安裝調(diào)試 30 接通伺服電源 31 連接機(jī)床調(diào)試 31 參數(shù)的設(shè)置與系統(tǒng)的調(diào)試 34 其他參數(shù)設(shè)置及傳動(dòng)鏈注意事項(xiàng) 34 電氣PLC的調(diào)試 34 安裝調(diào)試的注意事項(xiàng) 35元器件清單 36畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙 38致謝 42參考文獻(xiàn) 43第1章 前言 問(wèn)題提出數(shù)控車(chē)床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、零件多變的加工問(wèn)題，且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生存、求得發(fā)展,就必須在最短的時(shí)間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出合乎市場(chǎng)需要的、性能合適的產(chǎn)品,而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,制造周期的快慢,生產(chǎn)成本的高低,又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響。購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑,但是成本太高，很多工廠在短時(shí)間內(nèi)都無(wú)法有那么多的資金，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐；同時(shí)目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長(zhǎng)使用壽命的普通機(jī)床，由于普通機(jī)床加工精度相對(duì)較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉(zhuǎn)型周期，又不能馬上淘汰。而改造現(xiàn)有舊機(jī)床、配備與之相適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床，是當(dāng)前許多企業(yè)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備改造換代的首選辦法，也是提高機(jī)床數(shù)控化率的一條有效途徑，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的捷徑，使企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力，在我國(guó)成為世界制造業(yè)中心及制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中，占有一席之地。所以，針對(duì)普通車(chē)床6140存在以下幾個(gè)問(wèn)題：1）車(chē)床整體太破舊，機(jī)床磨損嚴(yán)重，加工精度達(dá)不到要求。2)車(chē)床電氣元件老化，連接線不穩(wěn)固。3)普通車(chē)床加工存在局限性，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代多種零件的加工。4)隨著機(jī)床的發(fā)展，機(jī)床也變成了數(shù)控化、人性化、效益化。而，普通車(chē)床實(shí)現(xiàn)一人操作多臺(tái)機(jī)床，不能自動(dòng)化控制。故，據(jù)上述問(wèn)題普通車(chē)床即將面臨淘汰，因此，普通車(chē)床的改造勢(shì)在必行。 普通車(chē)床數(shù)控化改造的好處（1）有利于普通車(chē)床的再次利用經(jīng)改造后的車(chē)床能夠再次利用，能夠達(dá)到生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、人性化、效益化。（2）有利于企業(yè)技術(shù)的提高，成本的節(jié)約數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，有很大的優(yōu)勢(shì)，數(shù)控機(jī)床具有高度柔性，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)率高，改善勞動(dòng)條件，利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化；而普通機(jī)床精度低，效率低，適合批量較小，精度要求不高，零活類(lèi)零件。它投資較數(shù)控低，但對(duì)工人的操作技能要求較高，因此工人工資水平高。這樣會(huì)大大的加大企業(yè)的支出，對(duì)企業(yè)的收入也是有所影響的。（3）有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)開(kāi)支的節(jié)約數(shù)控化改造一般用戶都能承擔(dān)的起,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開(kāi)辟了新路,也對(duì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴,一次性投資巨大,如果把舊機(jī)床設(shè)備全部用新型機(jī)床替換。要花費(fèi)大量的資金,而替換下的機(jī)床又會(huì)閑置起來(lái)造成巨大浪費(fèi),若采用數(shù)控技術(shù)對(duì)舊機(jī)床加以改造和購(gòu)買(mǎi)機(jī)床相比,則可省50%以上的資金,一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能裝置的1/3到1/5。（4）有利于數(shù)控化市場(chǎng)的擴(kuò)大訂購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng),往往不能滿足用戶的需要,而改造的數(shù)控機(jī)床能夠適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶廣泛的應(yīng)用,機(jī)床的數(shù)控化改造已成為滿足市場(chǎng)需求的主要補(bǔ)充手段,對(duì)中、小型企業(yè)來(lái)說(shuō)是十分理想的選擇。 機(jī)床數(shù)控化改造的意義(1)節(jié)省資金。機(jī)床數(shù)控改造同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購(gòu)置新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。(2)性能穩(wěn)定可靠。因?yàn)闄C(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。(3)提高生產(chǎn)效率。機(jī)床數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3至5倍。對(duì)復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。并且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。第2章 改造總體方案 CA6140車(chē)床介紹 CA6140車(chē)床組成圖CA6140車(chē)床的基本組成如圖21所示：圖21 CA6140車(chē)床外形圖 1主軸箱 2刀架 3尾座 4床身 5右床腿 6溜板箱 7左床腿 8進(jìn)給箱車(chē)床的參數(shù)普通CA6140車(chē)床的主要參數(shù)如表21所示：表21 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑（mm）400刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑（mm）220最大工件長(zhǎng)度（mm）750/1000/1500主軸內(nèi)孔（通孔）直徑（mm）52主軸孔前端錐度莫氏6號(hào)刀架縱向的快速移動(dòng)速度（mm）≥刀架橫向的快速移動(dòng)速度（mm）≥床身導(dǎo)軌長(zhǎng)度（mm）340主軸轉(zhuǎn)速的范圍（r/min）9～1600電動(dòng)機(jī)功率（kw） CA6140改造參數(shù)CA6140數(shù)控化改造后應(yīng)達(dá)到的參數(shù)如表22最大加工直徑：在床面上400mm在橫刀架以上210mm最大加工長(zhǎng)度：1000mm快進(jìn)速度：最大切削進(jìn)給速度：溜板及刀架重力：縱向800N橫向600N主電機(jī)功率：控制坐標(biāo)數(shù)：2最小指令值（脈沖當(dāng)量）進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 數(shù)控化改造要求和內(nèi)容改造要求車(chē)床6140主要用于對(duì)中小型軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機(jī)床應(yīng)該滿足以下要求：(1)能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；(2)刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具有在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具的功能；(3)加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)加工螺紋的螺距或?qū)С?。所以，根?jù)以上要求，普通車(chē)床CA6140數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要完成的任務(wù)。改造內(nèi)容普通車(chē)床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車(chē)床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車(chē)床的加工精度和生產(chǎn)效率。因此，在考慮機(jī)床的數(shù)控化改造具體方案時(shí)，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對(duì)原有車(chē)床盡可能減少改動(dòng)，以降低改成本。根據(jù)CA6140車(chē)床有關(guān)數(shù)據(jù)改造內(nèi)容如下：(1)機(jī)械部分精度恢復(fù)和機(jī)械傳動(dòng)部分的改進(jìn)。隨著機(jī)床使用的役齡的增加，機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部件，如導(dǎo)軌、絲杠、軸承等都有不用程度的磨損。因此，機(jī)床改造過(guò)程中的首要任務(wù)是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行類(lèi)似于通常的機(jī)床大修，以恢復(fù)機(jī)床精度，達(dá)到新機(jī)床的制造標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用伺服電機(jī)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副以及滾動(dòng)導(dǎo)軌。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu)。1)主傳動(dòng)系統(tǒng)保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速機(jī)構(gòu)，由于添加了自動(dòng)加工螺紋功能，因此，在主傳動(dòng)軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器，這樣既保留了機(jī)床原有的功能，又降低了改造工作量。如果要自動(dòng)改變切削速度，可采用交流變頻調(diào)速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不做任何改動(dòng)。2）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)為保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和機(jī)床加工精度,取消原機(jī)床的滑動(dòng)絲桿螺母副,選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副,并應(yīng)用預(yù)緊機(jī)構(gòu),以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。3）導(dǎo)軌當(dāng)機(jī)床加工精度要求不是很高,尤其是對(duì)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),一般不作導(dǎo)軌改造調(diào)整改造,可大為降低改造成本。 (2)輔助裝置輔助裝置指的是數(shù)控機(jī)床的一些必須的配套部件。如冷卻系統(tǒng)、排屑裝置（采用原有的冷卻和排屑裝置）、自動(dòng)換刀裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。1）對(duì)刀架部分的改造，通過(guò)將原機(jī)床的手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架來(lái)實(shí)現(xiàn)換刀切削,自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最常見(jiàn)的形式是螺旋型四工位刀架,由數(shù)控系統(tǒng)直接控制,效率高,工藝性能可靠。2）對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改造，拆除原機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用伺服電機(jī)經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿,帶動(dòng)刀架縱向或橫向運(yùn)動(dòng)。在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩足夠大,構(gòu)件許可時(shí),可以不用減速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),由伺服電機(jī)直接與絲桿副相連。(3)電氣部分在這里我使用電控柜裝置，在進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)，原機(jī)床的電器控制部分一般只能報(bào)廢，重新按數(shù)控化改造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制部分設(shè)計(jì)中要特別注意的是，數(shù)控系統(tǒng)各接口信號(hào)的特點(diǎn)和形式要相配，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量簡(jiǎn)化強(qiáng)電控制線路。實(shí)物圖如下所示：圖21電柜箱（1）圖22電柜箱（2）(4)數(shù)控部分1)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床數(shù)控化改造的核心。數(shù)控改造的目的是要求機(jī)床穩(wěn)定可靠,運(yùn)轉(zhuǎn)故障率低。在這里我采用HNC21T數(shù)控裝置2) 伺服驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于控制X和Y軸的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制進(jìn)給兩，達(dá)到高精度的加工零件，這里我們采用和華中數(shù)控系統(tǒng)匹配的驅(qū)動(dòng)器HSV160B和GK6系列交流永磁伺服電機(jī)。(5)整體調(diào)試整機(jī)聯(lián)接調(diào)試。舊機(jī)床上述各個(gè)部件的改造過(guò)程完成后，就可對(duì)組裝后改造機(jī)床各個(gè)部件進(jìn)行調(diào)試。一般先對(duì)電氣控制部分進(jìn)行調(diào)試，看單個(gè)動(dòng)作是否正常，然后再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試階段。第3章 機(jī)械部分改造 主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸電機(jī)采用車(chē)床原有的三相異步電動(dòng)機(jī)。在主傳動(dòng)軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器，這樣既保留了機(jī)床原有的功能，又降低了改造工作量，本次改造主軸電動(dòng)機(jī)不做任何改動(dòng)。為了保證車(chē)螺紋時(shí)嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，在主軸箱上安裝脈沖發(fā)生器，通過(guò)主軸——脈沖發(fā)生器——數(shù)控系統(tǒng)——伺服電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架縱向進(jìn)給一個(gè)螺紋導(dǎo)程的車(chē)螺紋運(yùn)動(dòng)。 主軸脈沖發(fā)生器為了加工螺紋