ca6140普通车床的电气翻新及数控改造设计数控机床电气控制与plc设计(编辑修改稿)

ca6140普通车床的电气翻新及数控改造设计数控机床电气控制与plc设计(编辑修改稿)内容摘要：

能很好地满足产品频繁变化的加工要求四川职业技术学院毕业设计 1 1 普通车床数控改造 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较 理想的状态。 数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。 然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。 传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。 现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功 能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。 因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。 现以 CA6140 车床为例，说明车床数控改造的方法。 2 机械结构的改造 CA6140 普通车床的数控改造涉及三个方面的内容：一是机械传动链的改造；二是电气控制系统的配置；三是系统参数的调试。 因数控机床的结构、性能、精度、速度、摩擦磨损等方面较普通机床有更高的要求。 所以我们必须对被改造机床的结构、性能、精度 等技术现状作全面分析。 机械机构的改造 主要任务确定 CA6140 车床主要用于对中小型周磊、盘类以及螺纹零件的加工，其数控改造后数控系统控制的对象主要有主轴正反转控制、主轴变速；刀架的纵向和横向进给远动控制，刀具的选择控制， 4个刀位自动换刀控制；冷却泵、润滑泵的起停控制；脉冲编码器的加装等。 主要任务：拆掉手动刀架，小托板装上数控刀架；拆掉普通丝杠、光杠进给四川职业技术学院毕业设计 2 箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；主轴后端增加一个光电编码器，光电编码器与车床主轴之间用弹性元件连接，通常采用波纹管联轴器。 主传动系统的改造 对普通机床进行简易数控改造，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然的联系，在主轴内安装一个与主轴同步旋转的旋转编码器。 它可以保证改造后的车床具备螺纹加工的功能。 进给传动系统的改造 对进给传动系统进行改造时，把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。 每个方向的进给传动都改由各自独立的功率步进电动机，经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接，分别实现个坐标方向的运动，进行各坐标的控制。 （一） .丝杠 丝杠是将回转运动 转换为直线运动的传动装置。 滚珠丝杠 螺母 副具有如下优点： ①传动效率高 滚 珠摩擦的摩擦损失小，传动效率η =～ ，是普通滑动丝杠的 34 倍（η =～ ）。 ②摩擦力小 因静、动摩擦因数小，因而传动灵敏、运动平稳、低速不易爬行、随动精度和定位精度高。 ③可预紧 经预紧后可消除轴向间隙。 有助于定位精度和刚度提高，既使反向也没有空行程，反向定位精度高，且传动平稳。 ④有可逆性 因摩擦因数小，所以不仅可将旋转成直线运动，也可将直线运动转换为旋转运动，丝杠可螺母既可作为主动件，也可作为从动件。 ⑤使用寿命长 滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，去滚道表面淬火 硬度达 6060HRC，表面粗糙度值小，而且是滚动摩擦，故磨损很小、使用寿命长。 改造时为满足数控机床上较高精度零件加工，应用滚珠丝杠螺母副替换原普通机床上的梯形丝杠螺母副。 （二） .纵向进给系统改造 纵向步进电动机通过一对减速齿轮把动力传递给滚珠丝杠，再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台做往复运动。 原车床的进给箱保留，滚珠丝杠左端仍然采用固定支承结构，支撑轴通过套筒联轴器与滚珠丝杠相连，这种联轴器用两个互相垂直的锥销将支撑轴与丝杠联接起来，结构简单，径向尺寸小，可防止被连接轴的位四川职业技术学院毕业设计 3 移和偏斜带来的装配困难和附 和应力。 滚珠丝杠右端仍利用原有的滑动轴承支撑座，通过一对深沟球轴承实现径向支承，丝杠左端通过一对圆螺母实现滚珠丝杠的预拉伸和锁紧。 因此纵向滚珠丝杠的支承形式为一端固定，一端浮动，三点支撑。 实现半闭环伺服控制系统。 滚珠丝杠采用双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙，调整方便。 步进电动机通过消隙齿轮减速，减速器输出轴用套筒联轴器与丝杠联接，固定销防止减速器转动。 （三） .横向进给系统改造 横向滚珠丝杠的支承形式为一端固定，一端浮动，三点支撑，实现半闭环伺服控制系统。 也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间 隙，横向步进电动机及减速器安装在床鞍的后部，靠近操作者一端，布置一根支撑短轴通过套筒联轴器与滚珠丝杠连接起来。 右端仍利用原支承横向进给丝杠的滑动轴承支座作为径向支承，对原支承作适当改造，布置一对推力球轴承，以承受双向轴向力。 左端将原车床的悬挂结构改为支承结构，用一个连轴套和一个连接短轴把滚珠丝杠与减速器输出轴连接起来，并通过一对圆螺母实现对整个丝杠的预拉伸和锁紧，以提高其轴向刚度。 螺母通过螺母座直接固定在中拖把上。 托板 托板是数控系统直接控制的对象。 所有的点位控制、直线控制和轮廓控制，以及被加工零件的最终 坐标精度都将受到托板运动精度、灵敏度和稳定性的直接影响。 除对托板配件精度要求高外，对驱动电机到丝杠间的传动齿轮也要采用间隙消除结构，才能满足传动精度和灵敏度的要求。 机床导轨 为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，必须考虑机床导轨的耐磨性。 机床床身多采用普通铸铁，其摩擦系数较大。 改造中，在对达不到预定要求的原机床导轨要进行修磨、刮研，在上面贴上耐磨、吸振的聚四氟飞烯软带即可。 刀架的改造 拆除原手动刀架后装上 LD4 型自动回转刀架，是普通机床数控改造方面的关键，具有重复定位精度高、工作刚性高、性能可靠、使用寿命长以及工艺型能好等特点。 刀架的定位过程如下：系统发出换刀信号 — 刀架电动机正转 — 刀架上升四川职业技术学院毕业设计 4 并转位 — 刀架到位发出信号 — 刀架电动机反转 — 初定位 — 精定位夹紧 — 刀架电动机停转 — 换刀应答。 刀架的到位信号由刀架定轴上端 4个霍尔开关和永久磁铁检测获得。 四个霍尔开关分别为四个刀位的位置，当刀台旋转时，带动磁铁一起旋转。 当到达规定刀位时，通过霍尔开关输出到位信号。 坐标系的建立 X、 Z 轴的限位和参考返回 电路 机床坐标系是机床固有的坐标系 它是其它坐标系（如工件坐标系、编程坐标系）的基准 CA6140 车床的坐标原点， M 定在卡盘基座与主轴中心的交点上，数控系统是通过检测参考点的具体位置来确定机床坐标系的，我们选用两个接进开关， X 轴方向与 Z 轴方向各安装一个在床身上，用于建立参考点，当移 动刀架，两个接近开关都有信号输出时，刀架的当前位置即为参考点 R，测量 XR 及ZR，并将它们写入机床数据 34100（参考点位置值），即可在数控系统中建立机床坐标系。 X， Z 轴的限位输入端设置为负逻辑 经过分析现有数控机床的限 位控制电路的缺陷，想出一种新的限位控制方式，既负逻辑控制。 其基本思路是：使用限位行程开关的常闭触点，当限位开关没有压下 I/O点与 24V断开，机床限位。 这种接法消除因线路开路而产生限位失灵现象，提高了限位电路的可靠性。 限位输入端采用负逻辑需对系统的相关参数进行修改。 采用负逻辑的输入方法，这样有利害、于提高数控机床的可靠性和安全性。 如果机床的电路采用传统的继点器，接触器等元件实现逻辑功能则不宜采用负逻辑，因为他会导致部分继电器，接触器处于始终接触状态。 这会造成损耗大，元件升温，寿命缩短等问题，并且元件间机械 接触，还会因为震动等因素造成误动作。 现代数控系统其控制逻辑由逻辑电子线路实现，不会出现以上问题，本次数控改造使用的数控西门子 802D 数控系统，实现负逻辑输入要软件，硬件两方面配合才能实现。 硬件连接 数控机床中 PLC 的输入点有以下两中连接方法，其原理是：当机床运动超程时压下行程开关 SQ1， SQ1 闭合 PLC 内的光点欧合器件得点， PLC 认为该点的逻辑值为“ 1”，信号有效， PLC 执行相关操作。 这种方法的缺点在于当+丛 4V 端子到 PLC 输入点之间的线路接触不良或开路则会造成 SQ1 无效（即使SQ1 被 牙下闭合），而导致机床出现大事故。 负逻辑输入的连接方法，信号输。