【正文】 機械工程系 所屬專業(yè) 數(shù)控技術(shù) 所屬班級 數(shù)控二班 學(xué) 號 13158010302140 學(xué)生姓名 張建 指導(dǎo)教師 劉帥 完成 日期 2020 年 3 月 31 日星期二 2 任務(wù)書 CA6140 普通車床的電氣翻新及數(shù)控改造設(shè)計 設(shè)計內(nèi)容與要求 : 1. 將原機床的手動刀架更換為數(shù)控電動刀架，并設(shè)計其控制線路； 2. 將原機床普通絲杠更換成滾珠絲杠，并將其改為半閉環(huán)伺服控制，設(shè)計其控制線路； 3. 對與此機床功能相關(guān)的 主電路、控制電路、輸入輸出接口電路、驅(qū)動器線路等進行設(shè)計； 4. 對整機進行調(diào)試，使功能完善、工作正常。 設(shè)計方法及思路： （ 1）查閱資料，深入掌握數(shù)控機床的原理、功能，分析機床數(shù)控改造的研究現(xiàn)狀。 （ 3）完成主傳動、進給傳動系統(tǒng)設(shè)計。 具體方法 拆除原車床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過托架安裝在原溜板 箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。需要加裝主軸脈沖編碼器，以實現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測，編碼器安裝在主軸 箱內(nèi)； ④ 為使加工過程中不超程，縱橫向要安裝行程限位開關(guān)； ⑤ 為實現(xiàn)回參考點的動作，必須在縱橫向安裝接近開關(guān)； ⑥ 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護罩，以防止加工過程中的切屑飛濺傷人； ⑦ 考慮到改造的成本，盡可能采用可靠性高的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。針對目前制造業(yè)的技術(shù) 裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機械制造業(yè)裝備進行改造，解決機械制造業(yè)中的一些技術(shù)問題，用現(xiàn)代先進技術(shù)對舊的設(shè)備進行改造和提升，是我國制造業(yè)的發(fā)展方向。 本課題研究過程中，首先對目前工廠所使用的常規(guī)數(shù)控機床進行了全面的調(diào)查和分析。 根據(jù)數(shù)控車床所承擔(dān)加工任務(wù)的特點，其加工的零件類型大多分為軸類、套類、盤類等，依據(jù)成組工藝技術(shù)的原理，我們提出首先編寫各類零件成組工藝，依據(jù)成組工藝，編寫數(shù)控程序，將數(shù)控加工程序編號存入 CP機中的方法，完成對零件的快速程序編制，提高生產(chǎn)效率。提高了生產(chǎn)效率。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力的競爭。在知識經(jīng)濟時代，知識對經(jīng)濟增長的直接貢獻率超過了其它生產(chǎn)要素（如人力、物力、和財力等）貢獻的總和，成為最主要的生產(chǎn)要素。 機械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，是制造如農(nóng)業(yè)機械、動力機械、運輸機械、礦山機械等機械產(chǎn)品的工業(yè)部門，也是為國民經(jīng)濟各部門提供如冶金機械、化工設(shè)備和工作母機等裝備的部門。 工業(yè)發(fā)達國家都非常注意機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機械裝備制造工業(yè)得到優(yōu)先發(fā)展。 企業(yè)要在當(dāng)前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。當(dāng)變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 1 普通車床數(shù)控改造 機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終使機床達到比較 理想的狀態(tài)。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當(dāng)別論）?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功 能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。 現(xiàn)以 CA6140 車床為例，說明車床數(shù)控改造的方法。 因數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)、性能、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機床有更高的要求。 機械機構(gòu)的改造 主要任務(wù)確定 CA6140 車床主要用于對中小型周磊、盤類以及螺紋零件的加工，其數(shù)控改造后數(shù)控系統(tǒng)控制的對象主要有主軸正反轉(zhuǎn)控制、主軸變速；刀架的縱向和橫向進給遠動控制，刀具的選擇控制， 4個刀位自動換刀控制；冷卻泵、潤滑泵的起停控制；脈沖編碼器的加裝等。 主傳動系統(tǒng)的改造 對普通機床進行簡易數(shù)控改造，為了使改裝后的機床主傳動和進給傳動保持必然的聯(lián)系，在主軸內(nèi)安裝一個與主軸同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器。 進給傳動系統(tǒng)的改造 對進給傳動系統(tǒng)進行改造時，把原來的進給變速傳動裝置及操縱機構(gòu)全部拆除。 （一） .絲杠 絲杠是將回轉(zhuǎn)運動 轉(zhuǎn)換為直線運動的傳動裝置。 ②摩擦力小 因靜、動摩擦因數(shù)小，因而傳動靈敏、運動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動平穩(wěn)。 ⑤使用壽命長 滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火 硬度達 6060HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用壽命長。 （二） .縱向進給系統(tǒng)改造 縱向步進電動機通過一對減速齒輪把動力傳遞給滾珠絲杠，再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺做往復(fù)運動。滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動軸承支撐座，通過一對深溝球軸承實現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母實現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。實現(xiàn)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。步進電動機通過消隙齒輪減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器與絲杠聯(lián)接，固定銷防止減速器轉(zhuǎn)動。也通過雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間 隙，橫向步進電動機及減速器安裝在床鞍的后部，靠近操作者一端，布置一根支撐短軸通過套筒聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接起來。左端將原車床的懸掛結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)，用一個連軸套和一個連接短軸把滾珠絲杠與減速器輸出軸連接起來，并通過一對圓螺母實現(xiàn)對整個絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。 托板 托板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象。除對托板配件精度要求高外，對驅(qū)動電機到絲杠間的傳動齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)，才能滿足傳動精度和靈敏度的要求。機床床身多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。 刀架的改造 拆除原手動刀架后裝上 LD4 型自動回轉(zhuǎn)刀架，是普通機床數(shù)控改造方面的關(guān)鍵，具有重復(fù)定位精度高、工作剛性高、性能可靠、使用壽命長以及工藝型能好等特點。刀架的到位信號由刀架定軸上端 4個霍爾開關(guān)和永久磁鐵檢測獲得。當(dāng)?shù)竭_規(guī)定刀位時，通過霍爾開關(guān)輸出到位信號。 X， Z 軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯 經(jīng)過分析現(xiàn)有數(shù)控機床的限 位控制電路的缺陷，想出一種新的限位控制方式，既負(fù)邏輯控制。這種接法消除因線路開路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。 采用負(fù)邏輯的輸入方法，這樣有利害、于提高數(shù)控機床的可靠性和安全性。這會造成損耗大，元件升溫，壽命縮短等問題，并且元件間機械 接觸，還會因為震動等因素造成誤動作。 硬件連接 數(shù)控機床中 PLC 的輸入點有以下兩中連接方法，其原理是：當(dāng)機床運動超程時壓下行程開關(guān) SQ1， SQ1 閉合 PLC 內(nèi)的光點歐合器件得點， PLC 認(rèn)為該點的邏輯值為“ 1”，信號有效， PLC 執(zhí)行相關(guān)操作。負(fù)邏輯輸入的連接方法，信號輸入四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 使用行程開關(guān)的常閉觸點。該輸入點的邏輯值為（ 1），當(dāng) SQ1被壓下斷開時輸入點邏輯值為“ 1”設(shè)為無效狀態(tài)，而邏輯值“ 0”設(shè)定為有效狀態(tài)。這中方法排除了因限位電路開路而造成的故障的可能性，機床的安全性得到提高。其方 法有兩種： （ 1）在 PLC編程時通過程序?qū)崿F(xiàn)。 在這兩種方法種，要求數(shù)控系統(tǒng)具有可以對其 PLC輸入，輸出端口的邏輯有效狀態(tài)進行修改的功能。本次改造對限位等影響機床安全的輸入點才用負(fù)邏輯就是采用的第 2種方法。但是由于該發(fā)光二極管的工作電流很?。ㄖ挥袔缀涟?，輸入電路只消耗即使毫瓦）因此 系統(tǒng)的消耗增加對功率幾千瓦的機床來說可 以忽略不計，同時發(fā)光二極管是冷光源，也不會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱。 3 數(shù)控系統(tǒng)配置 四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 數(shù)控系統(tǒng) 采用 SIEMENS802D 數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)面板及功能鍵如上圖所示。 5）空格鍵：在編輯程序時，按此鍵插入空格； 6）數(shù)字鍵 7）光標(biāo)向上鍵 /上檔：向上翻頁鍵； 8）刪除 /退格鍵