【文章內(nèi)容簡介】 140 車 床 ， 對 其 進(jìn) 行 數(shù) 控 化 改 造 ,本 改 造 主 要 對 CA6140 車 床 的 控 制 系 統(tǒng)進(jìn) 行 數(shù) 控 改 造 ， 將 用 單 片 機(jī) ， 存 儲(chǔ) 器 等 組 成 的 數(shù) 控 控 制 系 統(tǒng) 取 代 傳 統(tǒng) 的 控 制裝 置 ， 改 造 成 為 可 以 實(shí) 現(xiàn) 平 面 兩 坐 標(biāo) 聯(lián) 動(dòng) 的 數(shù) 控 車 床 。 使 之 成 為 一 種 新 型 的高 效 、 多 功 能 的 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 機(jī) 床 。該 論 文 的 主 要 內(nèi) 容 是 :(1)從 總 體 上 給 出 了 一 套 數(shù) 控 改 造 車 床 C6140 的 思 路 和 框 架 。(2)在 細(xì) 節(jié) 上 完 成 了 對 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 部 分 的 改 造 設(shè) 計(jì) 。(3)數(shù)字控制部分給出了總體設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)后硬件的控制電路原理圖。10 / 41正 文 體 改 造 方 案 CA6140 車 床 的 用 途CA6140 車 床 主 要 用 于 加 工 中 小 型 軸 類 盤 類 和 螺 紋 零 件 ， 各 種 零 件 的 回 轉(zhuǎn)表 面 ， 刀 架 能 實(shí) 現(xiàn) 縱 向 和 橫 向 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) ， 并 能 在 換 刀 點(diǎn) 自 動(dòng) 改 變 工 位 選 擇 刀 具 。 CA6140 數(shù) 控 改 造 后 的 功 能該 車 床 經(jīng) 過 數(shù) 控 化 改 造 后 ， 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 兩 軸 聯(lián) 動(dòng) ， 自 動(dòng) 換 刀 ， 直 線 和 圓 弧 的插 補(bǔ) ； 工 件 在 一 次 安 裝 后 ， 完 成 多 道 工 序 的 加 工 ， 通 過 編 寫 不 同 的 程 序 完 成各 種 較 為 復(fù) 雜 零 件 的 加 工 ； 提 高 了 加 工 范 圍 和 加 工 精 度 。 普 通 車 床 數(shù) 控 改 造 設(shè) 計(jì) 方 案一 般 來 說 對 于 現(xiàn) 有 普 通 機(jī) 床 進(jìn) 行 數(shù) 控 化 改 造 的 做 法 應(yīng) 從 兩 方 面 著 手 ：機(jī) 械 部 分 和 數(shù) 控 控 制 部 分 。 改 造 機(jī) 械 部 分主 傳 動(dòng) 的 機(jī) 械 部 分 的 改 造 主 要 是 在 主 軸 上 加 裝 編 碼 器 ， 實(shí) 現(xiàn) 反 饋 主 軸 轉(zhuǎn) 速 ，保 證 主 軸 轉(zhuǎn) 一 轉(zhuǎn) ， 刀 架 能 移 動(dòng) 一 個(gè) 被 加 工 螺 紋 的 導(dǎo) 程 。 保 留 原 調(diào) 速 系 統(tǒng) ， 進(jìn) 給傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 采 用 高 精 度 的 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 替 換 進(jìn) 給 軸 原 有 的 普 通 絲 杠 副 。 增 加 數(shù) 控 控 制 系 統(tǒng)機(jī) 械 部 分 改 造 完 成 后 ， 配 上 由 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 及 應(yīng) 用 程 序 構(gòu) 成 的 開 環(huán) 數(shù) 字 控 制系 統(tǒng) ， 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 作 為 進(jìn) 給 軸 動(dòng) 力 ， 直 接 或 經(jīng) 過 一 級 減 速 齒 輪 驅(qū) 動(dòng) X、 Z 軸的 運(yùn) 動(dòng) 。 CA6140 車 床 的 電 氣 控 制 系 統(tǒng)CA6140 型 傳 統(tǒng) 車 床 是 車 床 中 使 用 最 廣 泛 的 一 種 。 該 車 床 的 主 要 組 成 部 件 有 ：主 軸 箱 、 進(jìn) 給 箱 、 溜 板 箱 、 刀 架 部 件 、 尾 座 、 和 床 身 等 。 車 床 一 般 由 四 個(gè) 基 本部 分 組 成 ： 主 機(jī) 部 分 、 驅(qū) 動(dòng) 部 分 、 控 制 部 分 、 檢 測 和 顯 示 部 分 。 其 電 氣 控制 原 理 圖 , 如 圖 所 示 ：11 / 41圖 電 路 分 析電 源 由 漏 電 保 護(hù) 斷 路 器 引 入 。 主 電 路 中 共 有 三 臺(tái) 電 動(dòng) 機(jī) 。 M1 為 主 軸 電動(dòng) 機(jī) ， 用 來 帶 動(dòng) 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 和 刀 架 作 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) ， 它 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 和 停 止接 觸 器 KM1 的 三 個(gè) 常 開 主 觸 點(diǎn) 的 接 通 和 斷 開 來 控 制 。 電 動(dòng) 機(jī) M1 的 容 量不 大 ， 所 以 采 用 直 接 啟 動(dòng) 。 熱 繼 電 器 FR1 作 過 載 保 護(hù) 。M2 為 冷 卻 泵 電 動(dòng) 機(jī) 。 它 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 和 停 止 由 接 觸 器 KM2 的 三 個(gè) 常 開 主 觸 點(diǎn) 的接 通 和 斷 開 來 控 制 ， 熱 繼 電 器 FR2 作 過 載 保 護(hù) 。M3 為 刀 架 快 速 移 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 。 它 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 和 停 止 由 接 觸 器 KM3 的 三 個(gè) 常 開主 觸 點(diǎn) 來 控 制 。 因 刀 架 快 速 移 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) M3 是 短 時(shí) 工 作 ， 故 不 設(shè) 過 載 保 護(hù) 。對 線 路 圖 進(jìn) 行 照 明 燈 和 信 號 燈 的 電 路 分 析 可 知 ,控 制 變 壓 器 TC 的 二 次 側(cè)分 別 輸 出 24v 和 6v 電 壓 ， 作 為 機(jī) 床 照 明 燈 和 信 號 燈 的 電 源 。 照 明 電 路 由 開 關(guān)QS2 接 燈 泡 EL， 燈 泡 EL 的 另 一 端 必 須 接 地 ， 以 防 止 照 明 變 壓 器 原 繞 組 和 副 繞組 間 發(fā) 生 短 路 時(shí) 可 能 發(fā) 生 的 觸 電 事 故 。 熔 斷 器 FU4 是 照 明 電 路 的 短 路 保 護(hù) 。信 號 指 示 電 路 采 用 6V 交 流 電 壓 ， 指 示 燈 泡 HL 接 在 控 制 變 壓 器 的 6V 線 圈 上 ，指 示 燈 亮 表 示 控 制 電 路 有 電 。 熔 斷 器 FU3 是 信 號 指 示 電 路 的 短 路 保 護(hù) 。12 / 41 控 制 電 路 分 析控 制 電 路 采 用 110 交 流 電 壓 供 電 ， 該 電 壓 由 380 電 壓 經(jīng) 控 制 變 壓 器 TC降 壓 而 得 。 二 次 側(cè) 輸 出 110v 交 流 電 壓 作 為 控 制 回 路 的 電 源 。主 軸 電 動(dòng) 機(jī) M1 的 控 制 ： 按 下 起 動(dòng) 按 鈕 開 關(guān) SB2， 接 觸 器 KM1 的 線 圈 通電 ， KM1 的 鐵 心 吸 合 ， 主 電 路 上 接 觸 器 KM1 的 三 個(gè) 常 開 主 觸 頭 閉 合 ， 主 軸 電動(dòng) 機(jī) M1 起 動(dòng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 。 同 時(shí) ， KM1 的 一 個(gè) 常 開 輔 助 觸 點(diǎn) 也 閉 合 ， 進(jìn) 行 自 鎖 保 證 主軸 電 動(dòng) 機(jī) M1 在 松 開 起 動(dòng) 按 鈕 后 能 連 續(xù) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 按 下 蘑 菇 形 停 止 按 鈕 開 關(guān)SB1， 接 觸 器 KM1 因 線 圈 斷 電 而 釋 放 ， 電 動(dòng) 機(jī) 停 轉(zhuǎn) 。熱 繼 電 器 FR1 的 常 閉 觸 點(diǎn) 串 聯(lián) 在 KM1 線 圈 的 電 路 中 ， 當(dāng) 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) M1過 載 時(shí) ， FR1 的 常 閉 觸 點(diǎn) 斷 開 ， KM1 因 線 圈 斷 電 而 釋 放 ， 電 動(dòng) 機(jī) M1 便 停 止 。該 電 路 有 零 壓 保 護(hù) 功 能 ， 在 電 源 斷 電 后 ， 接 觸 器 KM1 釋 放 ， 當(dāng) 電 源 電 壓再 次 恢 復(fù) 正 常 時(shí) ， 若 不 按 下 起 動(dòng) 按 鈕 SB2， 則 電 動(dòng) 機(jī) 不 會(huì) 自 行 起 動(dòng) ， 以 免 發(fā)生 事 故 。該 電 路 也 有 欠 電 壓 保 護(hù) ， 當(dāng) 電 源 電 壓 太 低 時(shí) ， 接 觸 器 KM1 因 電 磁 吸 力 不足 而 自 動(dòng) 釋 放 ． 電 動(dòng) 機(jī) M1 自 行 停 止 ， 以 避 免 欠 電 壓 時(shí) 電 動(dòng) 機(jī) M1 回 電 流 過大 而 燒 壞 。冷 卻 泵 電 動(dòng) 機(jī) M2 的 控 制 ： 當(dāng) 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， KMI 的 常 開 輔 助 觸 點(diǎn)閉 合 ， 這 時(shí) 若 需 要 冷 卻 液 ， 則 可 旋 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 換 開 關(guān) SA1 使 其 閉 合 ， 則 接 觸 器KM2 線 圈 通 電 ， 鐵 心 吸 合 ， 主 電 路 上 KM2 的 三 個(gè) 常 開 主 觸 點(diǎn) 閉 合 ， 冷 卻 泵 電動(dòng) 機(jī) 起 動(dòng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 給 切 削 加 工 提 供 冷 卻 液 。當(dāng) 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) 停 車 時(shí) ， 接 觸 器 KM1 釋 放 ， 其 常 開 觸 點(diǎn) 斷 開 ， 冷 卻 泵 電 動(dòng)機(jī) M2 也 同 時(shí) 停 止 。 可 見 ， 只 有 當(dāng) 主 軸 電 動(dòng) 機(jī) MI 起 動(dòng) 后 ， 冷 卻 泵 電 動(dòng) 機(jī) M2才 能 起 動(dòng) ， 兩 者 之 間 存 在 聯(lián) 鎖 。 熱 繼 電 器 FR2 的 常 閉 觸 點(diǎn) 串 聯(lián) 在 KM2 線 圈 的 電 路 中 ， 所 以 當(dāng) 冷 卻 泵 電 動(dòng)機(jī) 過 載 時(shí) ， FR2 的 常 閉 觸 點(diǎn) 斷 開 ， 接 觸 器 KM2 因 線 圈 斷 電 而 釋 放 ， 電 動(dòng) 機(jī)M2 便 停 止 ， 實(shí) 現(xiàn) 過 載 保 護(hù) 。 接 觸 器 KM2 對 冷 卻 泵 電 動(dòng) 機(jī) 也 有 欠 壓 保 護(hù) 。刀 架 快 速 移 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) M3 的 控 制 ： 刀 架 快 速 移 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) M3 的 起 動(dòng) 是 由 安裝 在 進(jìn) 給 操 縱 手 柄 頂 端 的 按 鈕 開 關(guān) SB3 來 控 制 ， 它 與 交 流 接 觸 器 KM3 組 成13 / 41點(diǎn) 動(dòng) 控 制 環(huán) 節(jié) 。 將 裝 在 溜 板 箱 的 十 字 形 操 縱 手 柄 扳 到 所 需 的 方 向 ， 壓 下 按 鈕 開關(guān) SB2， 接 觸 器 KM3 通 電 吸 合 ， 電 動(dòng) 機(jī) M3 獲 電 起 動(dòng) ． 刀 架 就 向 指 定 方 向 快 速移 動(dòng) 。聯(lián) 鎖 保 護(hù) ： 鑰 匙 式 電 源 開 關(guān) SA2 的 觸 點(diǎn) （ WZI—13） 與 行 程 開 關(guān) SQ2 的常 閉 觸 點(diǎn) 并 聯(lián) 后 與 檢 漏 電 阻 R 串 聯(lián) 。 檢 漏 電 阻 不 通 電 流 的 條 件 是 用 鑰 匙 將 鑰匙 式 電 源 開 關(guān) 旋 轉(zhuǎn) 到 SA2 斷 開 位 置 ， 并 且 電 氣 箱 蓋 于 已 蓋 好 ， 這 時(shí) 其 蓋 子 壓下 行 程 開 關(guān) SQ2， 常 閉 觸 點(diǎn) 斷 開 。 只 有 在 這 種 情 況 下 ， 檢 漏 電 阻 不 通 電 ． 漏 電保 護(hù) 開 關(guān) QF 才 能 合 得 上 ， 以 保 證 安 全 。 SQ1 為 掛 輪 架 安 全 行 程 開 關(guān) 。 當(dāng) 裝好 掛 輪 架 罩 時(shí) ， SQ1 的 常 開 觸 點(diǎn) 閉 合 ， 控 制 電 路 才 有 電 ， 電 動(dòng) 機(jī) 才 可 能 起 動(dòng) 。通 過 對 CA6140 車 床 的 電 氣 原 理 圖 的 分 析 ， 我 知 道 了 傳 統(tǒng) 機(jī) 床 電 氣 控 制 就是 采 用 各 種 控 制 元 件 、 自 動(dòng) 裝 置 ． 對 機(jī) 床 進(jìn) 行 自 動(dòng) 操 縱 、 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 轉(zhuǎn) 速 、 按 給定 程 序 和 自 動(dòng) 適 應(yīng) 多 種 條 件 的 隨 機(jī) 變 化 而 選 擇 最 優(yōu) 的 加 工 方 案 ， 以 及 工 作 循 環(huán)自 動(dòng) 化 等 。 采 用 直 流 或 交 流 無 級 調(diào) 速 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 床 ， 使 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 的 變 速 箱 變的 十 分 簡 單 ， 簡 化 了 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) ． 提 高 了 效 率 和 剛 度 ， 也 提 高 了 精 度 。由 此 可 見 普 通 車 床 的 動(dòng) 力 控 制 系 統(tǒng) 一 般 是 由 三 相 異 步 電 機(jī) 來 實(shí) 現(xiàn) ， 三 相 異步 電 動(dòng) 機(jī) 是 由 各 種 有 觸 點(diǎn) 的 接 觸 器 、 繼 電 器 、 按 鈕 、 行 程 開 關(guān) 等 電 器 組 成 的 電器 線 路 來 進(jìn) 行 控 制 的 。 電 氣 控 制 線 路 一 般 應(yīng) 由 電 源 電 路 ， 主 電 路 、 控 制 電 路 和輔 助 電 路 （ 保 護(hù) 、 顯 示 和 報(bào) 警 電 路 ） 四 大 部 分 構(gòu) 成 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 基 本 概 念 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 系 統(tǒng) （ puter numerical control） 簡 稱 CNC 系 統(tǒng) ， 按照 美 國 電 子 工 業(yè) 協(xié) 會(huì) （ EIA） 數(shù) 控 標(biāo) 準(zhǔn) 化 委 員 會(huì) 的 定 義 ， CNC 系 統(tǒng) 是 ： 用 計(jì)算 機(jī) 道 過 執(zhí) 行 其 存 貯 器 內(nèi) 的 程 序 來 完 成 數(shù) 控 要 求 的 部 分 或 全 部 功 能 ， 并 配 有 接口 電 路 、 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 的 一 種 專 用 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 。CNC 系 統(tǒng) 根 據(jù) 輸 入 的 程 序 或 指 令 ， 由 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 插 補(bǔ) 運(yùn) 算 ， 形 成 理 想 的 運(yùn)動(dòng) 軌 跡 ， 插 補(bǔ) 計(jì) 算 出 的 位 置 數(shù) 據(jù) 輸 出 到 伺 服 單 元 ， 控 制 電 機(jī) 帶 動(dòng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) ， 加工 出 所 需 的 零 件 。CNC 系 統(tǒng) 具 有 靈 活 性 強(qiáng) ， 易 于 變 化 和 擴(kuò) 展 ， 通 用 性 高 ； 易 于 實(shí) 現(xiàn) 許 多 復(fù) 雜的 功 能 ； 可 靠 性 高 ， 使 用 維 修 方 便 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 CNC 系 統(tǒng) 是 由 程 序 、 輸 入 輸 出 設(shè)備 。 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 裝 置 （ CNC 裝 置 ） 、 可 編 程 控 制 器 （ PLC） 、 主 軸 驅(qū) 動(dòng) 和 伺 服14 / 41驅(qū) 動(dòng) 等 組 成 ， 其 核 心 是 CNC 裝 置 。 圖 為 CNC 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 框 圖 ： 圖 數(shù) 控 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 按 有 無 反 饋 檢 測 元 件 分 為 開 環(huán) 、 半 閉 環(huán) 和 閉 環(huán) 三 種類 型 。開 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 由 驅(qū) 動(dòng) 控 制 單 元 、 執(zhí) 行 單 元 和 機(jī) 床 組 成 （ 如 圖 所 示 ） 。通 常 ,執(zhí) 行 元 件 選 用 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) ,因 系 統(tǒng) 不 對 輸 出 進(jìn) 行 檢 測 ,所 以 執(zhí) 行 元 件 對系 統(tǒng) 的 特 性