ca6140卧式车床数控化改造设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

ca6140卧式车床数控化改造设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

统造 成破坏 )。 光纤技术的通讯，可以扩展 PLC 输入输出点，通过光纤进行连接，简化和线路的连接。 (7)轴转接模块 GSK980TA1 提供了轴转接模块，机床的编码器和到伺服的线路可以直接联到此模块，通过它再和数控系统的轴板进行连接。 提高了数控系统的可靠性，如果机床的轴有问题，可以直接把轴模块上的插头相对换，就能很快的查出问 题 所在 (系统内部或外部 )。 软件功能 (1)CNC 功能 系统软件的开放性和友好界面，帮助性的编程方式。 定义的固定循环并使用户很方便地根据其加工特性进行编写自己的固定循环，用户集成的 G 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 11 页 代码功能。 M 功能和 PLC 功能的调用子程序， E 参数 (用户可以通过 E 参数来读取或改变 CNC 的数值 )。 强大的通讯功能 (RS232IRS4221RS485) ，边加工边传输功能。 提高了计算机的 CAD/CAM 程序的加工能力。 完善的丝杠螺距补偿。 GSK 的螺距补偿为线性补偿，补偿中仅把相应的拐点坐标值输入即可。 并且没有固定的距离和补偿值的限制。 (2)PLC 功能 梯形图的 PLC 程序，多任务的 PLC 程序的编程结构，提高了 PLC 程序的编写和可读性。 梯形图 PLC 程序在屏幕上的动态显示，方便了最终用户的维修。 丰富的 PLC 和 CNC交换信息 量 , PLC 图形界面的管理。 (3)强大的编程软件 GSKCC 软件。 Windows 环境下并运行在 PC计算机上， PLC 程序的编写工具，方便的机床程序管理。 简便的通讯能力 (PCIONC 间为主从关系，所有操作均在 PC 侧完成 )，动态的 PLC程序显示 (PC 侧 )。 GSKCC 软件 Windows 环境并运行在 PC计算机。 调整 NC 的机床参数和伺服系统，图形的动态响应，强大的优化功能，方便地调整系统参数。 显示 GSK980TA1 系统的显示器 480 2 34点阵，用 彩 色液晶显示器 (LCD),标准为 ″。 GSK980TA1 系统有图形显示功能： ① 对编制的加工程序进行加工前的图形模拟，模拟刀尖的轨迹或加工件的三维实体形状 :② 在加工过程中显示刀尖的轨迹，使操作员能够监视切削过程。 图形可局部放大，以便观察细部。 显示图形必须用图形控制板，该板为专用微机， CPU 用 80186。 PMC 控制 PMC就是可编程序机床控制器，是专门用于控制机床的 PLC。 GSK980TA1系统的 PMC 只有 47 条指令〔基本指令有 12 条，功能指令有 35 条 )。 基本指令为 2 进制位的逻辑运算，功能指令主要有数据定义、数据变换、译码和代数运算。 GSK980TD 系统用梯形图编制 PMC顺序逻辑程序。 由于有功能指令，使得 PMC 程序编制非常容易，简捷。 梯形图可用下述两种方法编制： ① 用专用的编辑卡利用 LCD 液晶显示画 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 12 页 面在系统上现场编制。 ② 在计算机上装入专用软件用计算机编制，然后经RS232C 口将梯形图程序传送到数控系统。 调试好的程序要用写入器写入EPROM。 GSK980TA1 系统 PMC 控制有 FMCL 和 PMCM2 种。 PMCL 的处理机与主机共用，其处理时间为 6 /步，最大步数为 5000 步。 PMCM为专用处理机，徽处理器为 80186，专用一块板，插在主 板上，处理时间为 2us 步，最大步数为 8000 步。 2种 PMC 的扫描周期均为 I6ms。 进给伺服驱动 GSK980TA1 系统进给轴的驱动使用交流同步电动机，目前为 a系列。 根据其负载特性和快速性分为 :a(标准型 )、 am(高加速特性 )、 ac(经济型 )和aL(低惯量型 )。 最大力矩为 400 mN。 0C配 a型。 0D配置 ac型。 am 加速特性好，从 0至最高转速的启动过程为 24ms，故用于高速加工。 电机轴上装有脉冲编码器，每转发出 65536 个脉冲 (经电路倍频 )，用做位 置反馈和速度反馈。 这种位置反馈，是间接测量工作台的直线位移，所以称为半闭环伺服系统。 但是，只要设定相应的参数 GSK980TA1 系统可以使用直线光栅尺，使系统接成全闭环。 除此之外，还可接成双位置反馈，即同时具有上述 2 个闭环。 这样，既可以提高系统的稳定性，还可以提高系统的快逮性和加工精度。 进给伺服单元的控制用前述的轴控制板，该板输出控制指令信号到功率放大器。 功率放大器为模块化结构，分为整流模块和逆变模块，使用 IPM元件。 LSI 是专用位置控制大规模集成电路芯片。 ROM 中存储的控制程序主要有同步电机的快速响应矢量 控制、 IP 调节器、速度和位里的反馈控制、前馈和提前前馈控制和状态观测器。 此外，还有许多非线性补偿与控制，如单脉冲抑制、超调抑制、反向间隙加速补偿、机床的速度反馈等。 还有运行过程的监测及保护。 由于有这些控制，使 GSK980TA1 系统运行可靠、快速、平稳、精度高。 主轴驱动 GSK980TA1 系统可以同时控制 2个主轴电动机，可以是 2个数字式控制的电机，也可以一个为数字式，另一个为模拟式控制电机。 模拟控制指令 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 13 页 是 0～ 10V 的直流电压。 该系统的主轴电机为异步电机，目前为 a系列。 有以下品种。 a:标准型，恒功 率调速范围 4:1。 aP：恒功率宽调速范围型 (8:1)。 aC 经济型。 aT：与主轴直连型。 主轴电机的最大功率为 37kW，最高转速可达 15000r/min，用数字式矢量控制。 主轴驱动有速度控制和位置控制 2 种工作方式，普通加工为速度控制。 主轴电机轴上装有圆型的磁性传感器，用做速度反馈。 位置控制用于主轴同步、主轴定向、刚性攻丝、 Cs轴轮廓控制。 因此需要控制主轴的转角或转位，轮廓控制时要与其它轴插补。 此时需在机床的主轴上装位置编码器，位置编码器有光电式和磁性传感器。 普通为每转发出 1024 个脉冲，高精度的发出 360000 个脉冲 /转。 主轴控制用单独的 CPU控制，处理器为 TMS320。 从 CNC 单元输出的控制指令用一条光缆送到主轴的控制单元，数据为串行传送，因此可靠性比较高。 RS232C 口及数据通讯 GSK980TA1 系统有 2 个串口 (RS232C)，分 4 个通道，用于系统与外部设备的数据交换。 交换的数据包括 :系统及机床的设定参数、 PMC 参数、零件加工程序、刀具补偿值、设定的工件坐标系、丝杠的螺补值等。 与计算机相连时，计算机内必须装有数据传送软件。 最快的传送速率为 9600bps。 除上述的信息交换外，利用 串行通讯还可实现下列方式的在线加工与机床的 DNC 管理 : (1)纸带方式的加工 :加工复杂零件时，加工程序非常长， CNC 的内存容量不够用，可将程序存于外设，如计算机的软盘。 用电缆将 PC 机与 CNC 经串口连接后，启动自动加工， CNC 预读 15个程序段，开始加工。 此后加工一段读入一段，直至结束。 (2)远程缓冲 (REMOTEBUFFER):上述方式虽然解决了长程序的存储问题，但由于数据的边读入、边处理、边加工，所以加工速度慢。 对于小程序段、快速加工，走刀有停顿现象，为此，开发了 REMOTEBUFFER 功能。 该功能可实现 数据块的传送，有 2种工作方式 :① 计算机存储的加工程序是通常的加工代码指令方式。 缓冲器接受后变为 2 进制，然后送到 CNC 执行。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 14 页 ② 计算机存储的加工程序是按 2 进制编制的。 缓冲器收到后不经转换即送往 CNC 执行。 这 2 种方式都比纸带方式的加工速度快，数据传送速率最快为 15m/s，电缆最长可达 100m(无调制解调器时 )。 (3)DNC2:它可使 8 台 CNC 机床与主计算机远程相连，实现多台机床的加工监控与管理。 连接方式为点 — 点式，数据传输协议为 LVS2，传送速率最高为 19200bps。 CNC 与主 计算机交换的信息除了系统和机床的参数、加工程序、加工的设定值外，还可传送机床的工作状态，如自动加工启动、停止、加工中暂停、报警等。 DNC2 共设计了 60多条指令。 主计算机必须根据这些指令格式编制相应的处理程序，编程语言用 C。 为方便用户，可提供宏指令库。 调机、维护与故障诊断 (1)伺服参数设定与调整 :为了方便调机，系统的 CRT 有进给伺服参数设定画面和调整画面。 在参数的设定画面上，只需设定初始化位、电机代码等参数即可设定好所用电机的标准参数，使电机稳定运行。 其中的柔性变速比可设定电机与滚珠丝杠及位置 反馈传感器 (脉冲编码器 )之间的齿轮传动比。 该变比可以不为整数。 在伺服调整画面上可以定量地读出机床工作台移动时各轴的伺服增益、伺服误差及其变动情况。 据此，可判断系统运行是否稳定、有无爬行以及跟随精度等，根据情况进行适当的调整。 有故降时该画面还显示伺服的报警。 (2)主轴参数设定 :输入主轴电机的代码及初始化位即可设定好主轴电机的标准参数，电机即可稳定运行。 主轴运行有监视画面，在该画面上可读出主轴电机的转速、负载百分比及主轴的转速，从而可以省去通常的转速表和负载表。 (3)加工程序错误显示 :程序出错时， CRT 上显 示报警号。 根据报警号可由说明书中查出错误原因，报警表是多年经验的积累，几乎所有的编程错误都可从该表中查出。 (4)运行故障显示 :CNC 控制软件的运行、硬件的各主要元件、伺服控制、主轴控制等出现故障时， CRT 上均显示相应的报警号。 GSK980TA1系统对这 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 15 页 些故障有较好的保护。 例如，伺服反馈断线形成大开环时，既不会撞车，也不会损坏元件。 (5)I/O 信号诊断。 CRT 可显示梯形图，在该图上可以检查机床强电信号的工作。 CRT 还有诊断画面，通过该画面，根据信号的地址检查 0/1 状态变化，可判断其是否正常工作。 系统的功能 GSK980TA1 系统为全功能型，下列一些功能增加了系统的应用范围和操作的方便 : ① Cs 轴轮廓控制 :可以省掉 Cf 轴，用主轴的转动作为回转坐标与其它直线轴插补，加工轮廓曲线。 ② 刚性攻丝 :Z 轴进给与主轴转动同步，不用弹簧卡头实现攻丝，从而提高了螺纹的加工精度。 ③ PMC 轴控制 :用梯形图程序控制伺服进给轴，用于回转轴分度或定量位置进给。 0C系统 PMC 可控制 2 个进给轴。 ④ 主轴双刀架。 ⑤ 分辨率 :系统分辨率标准设定为1urn。 可用参数设定为其 1/10.⑥ 加工程序的后台编辑 :自动切削过程中可以编 辑新的程序。 ⑦ 菜单编程。 ⑧ 图形会话在线自动编程 :有多种形式，最新的是符号指令形式，易学，易操作。 有工艺参数语句。 ⑨ 用户宏程序 :一种参量编程软件包，用来编制加工程序 (适合于成组工艺 )或者用其接口变量编制 PMC 程序，控制 CNC的运行状态。 CNC是本系统的核心部分，用以完成人机对话与通讯，解释机械加工语言，分配加工任务，以及协调各功能模 块的工作等。 辅助控制部分包括机床的冷却系统、润滑系统与主轴运动等方面的控制。 同时在主轴箱内安装编码器，以构成加工螺纹所需的主输系统 (c 轴 )。 选用 IOO Opmr 的编码器，由于主轴 大齿轮为 128 齿 (m=5)，故编码器前端齿轮选用 20 齿，其速比为:1,则主轴每转一转，编码器将返回 6400 个脉冲，经四分频后，每转计数脉冲为 25600，分辨率为 秒 /脉冲，完全满足数控系统对 C 轴的反馈精度要求。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文 ) 第 16 页 第 4 章 机床的电气改造 数控系统电气控制线的连接 原机床已有一个电控柜，里面放置了开关、继电器、接触器等。 根据改造后的电气原理图，设计制作电控柜，淘汰了原有的电控柜。 GSK980TA1 数控系统外围接口棋块如下 : (1)RS232 通讯接口。 (2)X 轴 ,Z 轴及主轴控制接口 :用来控制 X轴、 Z轴伺服电机的运动及主轴的转速。 (3)编码器反馈信号接口 :用于与主轴电机的编码器的连接，编码器的作用是将转速信号转换为脉冲信号，从而实现了对主轴转速的检测，这在螺纹加工的时候是不可缺少的。 (4)手摇脉冲发生器接口 :实现手动、联动切削。 (5)开关量输入输出接口 :输入信号主要用于 X、 Z方向是否超程的检测，刀架的位置检测，坐标原点位置检测等。 输出信号主要用于主轴的转速控制，主轴的正、反转或停止控制，主轴的冷却液的开、闭控制，刀架正、反控制等，另外，输入模块除接受一般的 24VDC 开关量外，还可 以接三线式的接近传感器信号。 这样对该机床的一些三线式接近开关，提供了方便可靠的连接。 (6)机床操作面板接口， GSK980TA1 机床操作面板有多达 39 个自定义键。 面板与系统采用光纤连接，结合该机床控制操作的自身特点要求，在机床立板上定义了一些操作键，完全满足了机床控制的要求。 (7)模拟输入输出及外部中断接口 .此接口为机床提供了一个灵活的模拟输出口，便于与其它模块相连。 (8)密集。