【正文】 陜西理工 學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) CA6140 型普通車床數(shù)控化改造 [摘 要 ]以 C6140 型普通車床為例，從機(jī)械和電氣方面詳細(xì)闡述了數(shù)控化改造的方法。改造后的車床投入使用后運(yùn)行穩(wěn)定，加工精度明顯提高，取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。 [關(guān)鍵詞 ] 普通車床；數(shù)控化改造； SINUMERIK802S base line Numerical Control Transformation of C6140 Common Lathe Abstract ： Takes CA6140 type mon lathe as an example ,has explained the NC transformation method from machinery and electric two respects in detail. After transforming, the new lathe runs steadily, the machining accuracy is obviously improved, has made the great technological economic benefits. Key words： mon lathe。 NC transformation。 SINUMERIK802S base line 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 II 頁(yè) 共 41 頁(yè) 目 錄 引 言 ....................................................1 第一章 概述 .............................................2 第二章 總體方案的設(shè)計(jì) ..................................4 設(shè)計(jì)任務(wù) ............................................... 4 總體方案的論證 ......................................... 4 總體方案的確定 ......................................... 4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 .......................................... 5 第三章 機(jī)械部分改造 .....................................6 機(jī)械傳動(dòng)方式 ............................................ 6 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .......................... 6 選擇脈沖當(dāng)量 : ...................................... 6 算切削力 : .......................................... 6 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型橫向進(jìn)給絲杠 : .................. 7 計(jì)算進(jìn)給牽引力 Fm (N) ................................ 7 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C： ................................... 7 選擇滾珠絲杠螺母副： ................................. 7 傳動(dòng)效率計(jì)算 ： ...................................... 7 剛度驗(yàn)算 ............................................ 8 校核 ................................................ 9 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 ： ....................................... 14 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 III 頁(yè) 共 41 頁(yè) 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型： ................................. 14 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 ： ................................. 14 電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī)： ................................. 15 步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率： ........... 17 縱向進(jìn)給系統(tǒng) ........................................... 17 設(shè)計(jì)參數(shù) .......................................... 18 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 .................................... 18 滾珠 絲杠的計(jì)算及選擇 ............................... 18 校核 .............................................. 20 機(jī)械部分改造 ........................................... 23 主軸脈沖編碼器的安裝 ................................... 25 第四章 數(shù)控系統(tǒng)選擇 ....................................26 西門子數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ................................... 26 數(shù)控連線圖 ............................................. 27 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制 ....................................... 27 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制 ................................ 28 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制 .................................. 29 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 PLC 傳動(dòng)控制 ............................ 31 PLC 數(shù)控系統(tǒng)需解決的問(wèn)題 ............................... 33 PLC 輸入、輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)確定 .......................... 35 驅(qū)動(dòng)程序（梯形圖）設(shè)計(jì) ................................ 35 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 IV 頁(yè) 共 41 頁(yè) 總程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................... 36 手動(dòng)程序梯形圖設(shè)計(jì) .................................. 36 電氣部分改造 .......................................... 36 結(jié) 論 ................................................39 致 謝 ................................................40 參考文獻(xiàn) ................................................41 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) 引 言 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競(jìng)爭(zhēng)。 隨著機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變 ,對(duì)機(jī)械制造裝備提出了不同的要求 .在 50 年代“剛性 ”生產(chǎn)模式下，通過(guò)提高效率，自動(dòng)化程度 ,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì) ”實(shí)現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從 90 年代開(kāi)始，為了對(duì)世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)制造資源的快速集成，要求機(jī)械制造裝備的柔性化程度更高 ,采用擬實(shí)制造和快速成形制造技術(shù) [1]。 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對(duì)比之下，我國(guó)目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致 “剛性 ”強(qiáng) ,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過(guò)多；自動(dòng)化程度基本上還是 “一個(gè)工人，一把刀，一臺(tái)機(jī)床 ”，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不 穩(wěn)定。 因此，要縮小我國(guó)同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距 ,我們必須在機(jī)械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重 [1]。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到以下目的： 1，培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力； 2，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí) ,提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力； 3，使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練 ,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力； 4，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系 實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 第一章 概述 數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批及多變零件的加工問(wèn)題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，但是數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也受到其他條件的限制。首先，數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨 大，中小企業(yè)常是心有余而力不足；目前，各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床。 完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且被替代下的機(jī)床閑置起來(lái)又會(huì)造成浪費(fèi)；在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)急需；要較好地解決上述問(wèn)題，應(yīng)走普通機(jī)床數(shù)控改造之路。低成本普通 車床數(shù)控化改造是一項(xiàng)適合我國(guó)實(shí)際情況的先進(jìn)適用技術(shù)，也是一項(xiàng)提升我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率的有效途徑。在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)“永恒”的課題。我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 ①?gòu)奶岣哔Y本效率出發(fā)，改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，從而提高機(jī)床的使用價(jià)值； ②適用于多品種、小批量零件生產(chǎn)； ③數(shù)控改造費(fèi)用低，減少了投資額，經(jīng)濟(jì)性好。數(shù)控改造費(fèi)用僅為 新購(gòu)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的 15％～ 25％，同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省 75％～ 85％的費(fèi)用。 ④力學(xué)性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限。所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用，應(yīng)此數(shù)控化改造使原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單； ⑤熟悉了解設(shè)備、便于操作維修，降低了操作者的技術(shù)要求，更易提高管理水平； ⑥可充分利用現(xiàn)有的條件?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基，不必像購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣需重新地基； ⑦可以采用最新的控制技術(shù)； ⑧交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè) 的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床－數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開(kāi)創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先 驅(qū) 。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品， 它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開(kāi)和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 普通機(jī)床 數(shù)控改造的 主要優(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。我國(guó)數(shù)控 機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，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)，有三百多萬(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