CA6140普通车床纵向进给和横向走刀系统的改造Word文档格式.docx
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目录4
1绪论5
1.1数控机床的产生5
1.2数控机床的发展5
1.3数控机床的发展趋势5
1.4数控机床进给系统改造的意义6
1.5总体方案确定6
2CA6140型卧式车床简介及电路分析7
2.1CA6140型卧式车床简介7
2.2车床对电力拖动的要求7
2.3控制线路特点与电气线路概述8
2.4CA6140卧式车床电路分析8
3车床进给伺服系统机械部分改造设计10
3.1进给伺服机构机械部分的设计计算10
3.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型10
3.3硬件选型16
4CA6140车床的PLC控制21
4.1I/O统计21
4.2PLC的选择22
4.3PLC控制过程分析23
4.4PLC程序设计23
4.5PLC程序仿真调试26
总结30
致谢31
参考文献32
1绪论
1.1数控机床的产生
数控机床是从美国开始发展，1948年，美国帕森斯公司在直升机叶片轮廓与加工机床检查型号的任务中，提出了制造数控机床的想法，在1949年开始研究并制造数控机床，世界上第一台数控机床出现于1952年。
经过三年的改进和自动编程技术的进步，在1955年开始可以实用。
到二十世纪50年代末，因为价格及技术方面的原因，大多为连续控制的系统。
在60年代，因为晶体管的应用，数控系统的稳定性提高了，可靠性也变高了，价格开始下降，让一些民用企业也用上了数控机床。
数控技术不仅得到了机床应用，并逐步扩展到焊接机，切割机等，不断地扩大应用数控技术范围。
1.2数控机床的发展
1952年开始，因为美国成功研制出了第一台数控机床，计算机技术，电子技术，等各种相关技术开始快速发展，数控机床也在不断的发展和升级，经历了五个发展阶段。
目前，第五代的数控系统已经基本取代了传统的数控系统，建立起了现代数控系统。
数控机床有很强的适应性，只要改变软件就可以变成各种不同的机床，具有很大的灵活性。
随着集成电路，光通信技术等高级技术应用到数控装置，数控系统的体积在不断缩小，价格也慢慢下降，功能渐渐完善。
在最近的几年里，计算机技术和微电子技术愈发成熟，在机械制造的各个方面都有出现，它们代表了未来的趋势。
1.3数控机床的发展趋势
从数控机床的技术水平看，精度高，灵活性好，速度快，自动化程度高和功能多是数控机床的一个重要发展方向。
一台主机不仅需要提高灵活性和自动化程度，也要求有进入柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。
在数控系统中，有16位和32位的微处理器，标准总线、软件模块和硬件模块的结构，存储器容量已扩大到超过1MB，机床分辨率为0.1微米，高达100米/分的高速进给速度，控制轴的数量可以多达16个，还采用了电气设备的先进技术。
在驱动系统中，随着AC驱动系统的发展迅速，交流传动已从模拟向数字发展，以差分放大器等模拟器件为主要部件的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件取代，克服了温度漂移、零点漂移等弱点。
1.4数控机床进给系统改造的意义
进给运动是由数字信号控制的，是位置精度和工件轮廓加工精度和进给运动传递精度，灵敏度，稳定性的直接对象，因此，在传输结构的设计中，需要达到减少摩擦，提高精度等目的。
数控机床的伺服驱动器的进给运动，采用无级调速。
近年来，由于伺服电机和控制单元的性能的提高，大量的数控机床进给驱动系统都直接将滚珠丝杠与伺服电机相连接。
齿轮齿条副或者蜗杆蜗条副或者滚珠丝杠螺母副的作用是实现从旋转到直线的运动形式转换。
1.5总体方案确定
总体方案要考虑车床数控系统的运动方式、进给的伺服系统的改造以及PLC的选择等。
（1）数控系统应该设计成连续控制类型
（2）普通机床的数控改造，在保证基本性能的情况下，应该尽量简化结构，降低成本。
（3）根据改造任务的要求，选用PLC和伺服电机来进行改造
（4）根据系统功能要求，还需要伺服驱动器对电机进行伺服控制
2CA6140型卧式车床简介及电路分析
2.1CA6140型卧式车床简介
CA6140型卧式车床的结构具有典型车床布局，它的加工范围很广，通用性程度很高，适合于中小型轴类和盘套类零件的加工；
能车削内外圆柱面、圆锥面、以及各种环槽、成型面、端面；
能车削常用的米制、英制、模数制以及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距的螺纹、非标准螺距以及较精密的螺纹；
还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花、压光等工作。
2.2车床对电力拖动的要求
主电机M1，完成主轴的切削运动和刀架的进给运动的驱动，电动机采用直接起动的方式起动，可正反不同方向旋转，并可进行正反不同方向的电气停车制动，还具有点动的功能。
电动机M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，用直接起停方式，并可连续工作，也具有点动功能。
快速移动电动机M3，电动机可以根据使用者需要，手动控制起停。
2.3控制线路特点与电气线路概述
控制线路的特点：
控制线路有起动和停止按钮。
主电路、控制电路和照明电路都用了隔离开关。
三台异步电动机都采用直接起动控制线路，并用热继电器做过载保护。
控制线路采取了电气措施，来防止电源短路事故。
电气线路概述：
主电路由三台三相异步交流电动机和其附属电路元件组成。
三台三相异步电动机都采用接触器直接起动。
M1是主轴电机，功率为7500w，由交流接触器KM1控制起停，热继电器FR1做过载保护电器。
M2是冷却泵电动机，功率为125w，由交流接触器KM2控制，热继电器FR2做过载保护电器。
M3是快速移动电动机，功率为250w，由交流接触器KM3控制。
主电路的电源电压为AC380v，由隔离开关QS做电源引入开关，熔断器FU1做短路保护电器。
控制线路的电源电压为AC110v，照明电压为36v。
2.4CA6140卧式车床电路分析
主电路分析
主电路有三台电动机，用隔离开关QS将380v的三相电源引入。
主电路的接线分成三个部分：
第一部分用交流接触器KM1控制电动机M1；
第二部分用交流接触器KM2控制电动机M2；
第三部分用交流接触器KM3控制电动机M3。
为了保证主电路的正常运行，保证安全问题，主电路中还设置了短路保护环节及过载保护环节。
控制电路分析
控制电路可分成主电动机M1、冷却泵电动机M2、快速进给电动机M3的控制电路和照明电路、控制电路工作指示灯等控制电路部分。
按下按钮SB2，KM1接触器线圈通电，常开主触头闭合，电动机M1通电。
同时，并联在按钮SB2两端的常开辅助触头也闭合。
当松开按钮SB2时，因为常开辅助触头是闭合的，所以KM1接触器线圈仍旧保持通电状态，而保证了电动机M1连续运转。
要令电动机M1停止运转，可以按下停止按钮SB1，切断线圈KM1电源，常开主触头与辅助触头都断开，电动机M1和控制电路都断电，电动机停止运行。
按下按钮SB3，KM2接触器线圈通电，电动机M2通电。
当松开SB3时接触器KM2线圈断电，电动机M2停止运行。
在电动机M1运行的情况下合上开关SA2，接触器KM3线圈通电，电动机M3通电。
断开开关SA2，接触器KM3线圈断电，电动机M3停止运行。
3车床进给伺服系统机械部分改造设计
3.1进给伺服机构机械部分的设计计算
1、进择脉冲当量
根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向0.01mm/步，横向0.005mm/步。
2、计算切削力
（1）纵车外圆
主切削力Fz（N）按经验公式来估算:
Fz=0.67Dmax1.5
=0.67x4001.5=5360
按切削力的各分力比例:
Fz:
Fx:
Fy=l:
0.25:
0.4
Fx=5360x0.25=1340
Fy=5360x0.4=2144
（2）横切端面
主切削力F’z（N）可取纵切的1/2倍:
此时走刀抗力为F’y（N），吃刀抗力为F’x（N）。
仍按上述比例粗略计算:
F’z:
F’y:
F’x=1:
F’y=2680x0.25=670
F’x=2680x0.4=1072
3.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型
1、纵向进给丝杠
（1）计算进给率引力Fm（N）
纵向进给是综合型导轨：
式中：
K－－考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K＝1.15;
--滑动导轨摩擦系数:
0.15--0.18;
G----溜板及刀架重力:
G=800N。
（2）计算最大动负载c:
（4-2）
式中:
L0——滚珠丝杠导程，初选L0=6mm;
vs——最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（1/2～1/3），此处vs＝0.6m/min；
fw——运转系数，按一般运转取fw＝1.2～1.5；
L——寿命、以106转为1单位。
（3）滚珠丝杠螺母副的选型和校核
可采用外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副结构，1列2.5圈，其额定动载荷为16400N，精度等级为3级。
传动效率计算
（4-3）
γ——螺旋升角，W1L4O0bγ=2044'
φ——摩擦角取10'
滚动摩擦系数0.003～0.004
（4）刚度验算
一般滚珠丝杠比较细长，它的刚
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