立车数控化改造

立车数控化改造（通用5篇）

立车数控化改造 篇1

在电机厂中, 经常应用到的机械设备就是立车数控, 并且采用的立车数控类型都是7.1m立车数控, 这一机械设备在长期的使用过程中, 也会出现一定的问题, 如元件老化以及运行效率低等, 这样的故障问题, 会严重影响到生产的效率, 因此, 相关的人员要注重对立车数控伺服系统的改造, 采用有效的技术手段, 合理的进行数控系统交流伺服配置, 只有这样才能够进一步的提升立车数控的运行质量。

1 改造后数控系统的构成

在对7.1m立车数控中的伺服系统进行改造后, 7.1m立车数控系统的构成也发生了一定的改变, 在原有的FANUC0TC系统上装设了新的接口板以及伺服系统, 同时也加设了一个相应的能耗制动模块等, 加设的控制模块和系统, 在实际的应用中, 实现了对数据的高效存数, 其中的OTC系统主要是利用微处理器模块结构来进行操作, 其是以插件板的形式存在于数控系统中, 与其他的模块软件相结合, 从而构成了新的功能性模块。

1.1 CNCC 管理插补模块

这一模块主要是对CNC系统进行管理和组织, 其所能够起到的作用就是将模块中的数码进行有效的编辑, 对刀具的半径进行有效的补偿, 确定坐标的位置, 提升进给的速度, 实现预先处理的功能。这一模块在预先处理完毕之后, 就可以进行插补计算, 通过计算的结果可以有效的得出坐标的具体方位, 并对坐标轴的位置进行具体的定值。

1.2 位置控制模块

在数控系统经过改造之后, 其中会相应的新添加一些模块, 而位置控制模块就是其中的一部分, 相较于插补模块, 其在坐标位置的确定上和数值的给定上具有更加突出的优势, 使得坐标的位置选定更加的精确, 并能够对坐标值进行有效给定, 还能够对编码器进行合理的检测, 在检测到编码器后, 能够自行进行减速处理, 同时对比例积分进行有效的调节, 从而可以将速度控制在合理的范围内, 这样在一定程度上可以放大伺服的指令值, 使得其能够更好的驱动伺服电机, 使得伺服电机能够更好的运作。

1.3 PC 模块

这一模块主要是对机床所传送的信息进行有效的收集和整理, 利用逻辑处理技术将机床信息进行逻辑排序, 再利用相关的软件程序来对这些信息进行扫描和整理, 同时将其与NC接口相连接, 这样就可以实现信息的传送和传播, 这一模块可以有效的保障信息传送的效果, 保障信息传送的质量, 从而实现功能与操作之间的有效连接。

1.4 数据输入输出显示模块

这一模块的存在能够有效的对相关的零件程序进行合理的控制和操作, 针对各种参数数据来进行指挥, 在对数据进行有效的整理后, 可以将数据传送到相关的显示器上, 从而对数据信息进行全面的显示, 以显示出的数据来反映接口电路信号的具体状态。

2 P MC 控制软件及设计调试方法

在对7.1m立车数控进行伺服改造的过程中, 要先从PMC控制软件这方面下手, 然后依据相关的控制软件的具体使用要求, 来设计出有效的调试方法, 严格按照相关的调试设计图来对数控机床进行改造处理, 将数控机床中的控制面板以及辅助的一些操作平台就进行合理的连接, 应用机床的信息传送点将信号传入到接口板中, 从而将相关的地址表以及数据表进行优化配置。一般来说, 程序中能够应用到的地质主要包括内部继电器、定时器以及计数器等。根据该立车机械、液压、电气、数控的结构特点, 绘制控制流程图。按照一定的逻辑关系进行编程, 程序除满足机床逻辑控制, 互锁保护外, 用最少的步数、最短的顺序处理时间和易于理解的逻辑关系编程。

在计算机上安装FAPTFladder PMC软件, 用RS232接口与0TC串口连接。将存储在计算机中的顺序程序传送至0TCRAM插板中, 然后执行之。在0TCPMC监控下检查各顺序控制逻辑, 以便发现错误。在PC的Fladder软件上修改程序, 然后传送到RAM插板中, 直至各种部件逻辑动作正确为止。最后, 采用FANUC编程机将调试好的程序固化在EPROM中, 再将EPROM插在存储板上, 在系统上电过程中将程序加载到RAM中。

3 数字式交流伺服闭环控制

FANUC0TC数控伺服进给系统中的电流环、速度环、位置环的反馈控制全部数字化, 伺服的矢量控制模型和动态补偿均由高速微处理器及控制软件进行实时处理, 采样周期只有零点几毫秒。由软件进行数字的PID控制算式处理, 优化调节。软件伺服比硬件伺服更灵活, 算法结构和参数均可以改变, 因此可以获得比硬件伺服更好的动、静态性能。

0TC位置伺服应用了现代控制理论, 在位置环中采用前馈与反馈结合的复合控制, 实现高精度和高速度, 在理论上完全消除系统的静态位置误差、速度与加速度误差, 即实现完全的“无差调节”。

4 西门子 S IMOREG6RA70 主轴驱动系统

7.1m立车主电机为100k W、380V、273A、1000/1800r/min, If=6.6A, Uf=220V, 选用400A的可控硅整流装置SIMOREG6RA70。主电路、励磁电路均有进线电抗器和快速熔断器。6RA70接口控制信号有:控制使能, 启动 / 停止, 装置故障, 装置准备好, 主回路上电确认。SIMOREG6RA70整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置, 采用传统的速度电流双闭环调节系统和逻辑无环流可逆方式。

为给可调速直流电机的电枢和励磁供电, 电枢和励磁回路所有的调节和传动控制功能由两片高效微处理器控制软件通过参数构成的程序模块来实现。电枢回路中的调节功能有:转速给定值, 转速实际值, 斜坡函数发生器, 带有自适应调节的速度控制器, 电流调节, 移相触发电路, 转矩限幅等。其中调节器的控制规律为PI特性。通常的移相过程是计算出移相角或对应移相起点的延迟时间, 再由定时器和输出器形成相角可控的触发脉冲, 然后由双脉冲发生电路形成触发可控硅所要求的双脉冲, 同时实现无环流逻辑的脉冲切换和封锁功能。

5 结论

为了降低立车数控故障问题对生产质量的影响, 就需要采取有效的改造技术, 对立车数控中的系统结构进行调试, 增加相应的控制模块, 从而完善立车数控系统的功能, 进而保障立车数控设备的运行效果。本文就7.1m立车数控及伺服改造进行了详细的分析, 通过分析可以了解到, 在对7.1m立车数控进行伺服改造后, 机床的运行更为稳定, 运行的质量也得到了相应的提升, 同时也使得机床的操作更加的简便, 在对试件进行加工处理之后, 能够有效的保障生产产品的质量, 从而使得生产出的产品质量更加符合质量标准化的要求。

参考文献

[1]庄晓龙.C5225立式车床进给系统的数控化改造[J].煤矿机械, 2010 (07) .

[2]庄晓龙.C5225立式车床刀架系统的数控化改造[J].装备制造技术, 2010 (04) .

[3]彭婧.基于双系统控制的YX-C46-SK数控化改造[D].合肥:合肥工业大学, 2011.

[4]刘凯.30T镗铣床数控技术改造的研究[D].沈阳:东北大学, 2012.

立车数控化改造 篇2

毕业论文

（2016届）

（卧式车床数控化改造设计）

学生姓名 学

号

院

系 专

业 指导教师 完成日期

卧室车床数控化改造

摘要

中国是一个传统的机械制造大国,但其装备水平落后,特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床,远远不能满足加工的要求。针对目前制造业的技术装备现状,对传统机械制造业装备进行改造,解决机械制造业中的一些技术问题,用现代先进技术对旧的设备进行改造和提升,是我国制造业的发展方向。本课题是针对已报废的两台卧式床进行数控化改造,其现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法,对传统机械制造行业的技术装备进行技术提升,以解决目前设备老化所带来的问题。

本次设计着重对卧式车床的纵横向进给系统改造，并对纵横向进给伺服系统齿轮箱进行改造。本次设计作了下面的一些工作： 1机械部分采用了一级齿轮传动，以BF型步进电动机作为驱动源，以CBM/CDM滚珠丝杠作为重要元件，以便更好的实行软件控制；

2数控部分采用MCS-51中的8031作为主控芯片建立一套单片机应用系统。扩展I/O接口用8155芯片及外存储器，采用地址锁存和译码器。SolidWorks造型，包括软件的应用和对车床的实体建摸。

关键词 卧室车床 数控化 改造

目录

1． 绪

论................................................................................................................................1

2.1车床改造方案的选择.................................................................................................................5

2.1.1设计系统的选择...............................................................................................................5 2.1.2系统运用方式的确定......................................................................................................5 2.1.3伺服系统的选择...............................................................................................................5 2.2车床改造方案的确定.................................................................................................................7 3.机械计算部分.........................................................................................................................8

3.1选择脉冲当量...............................................................................................................................9 3.2计算切削力...................................................................................................................................9 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型.............................................................................................10

3.3.1纵向进给丝杠.................................................................................................................10 3.3.2横向进给丝杠.................................................................................................................14 3.4齿轮传动比的计算....................................................................................................................16

3.4.1纵向齿轮传动比计算....................................................................................................16 3.4.2横向齿轮传动比计算....................................................................................................16 4.微机控制部分..................................................................................................................16 4.1 总体设计.....................................................................................................................................16 4.2主控制器......................................................................................................................................17

4.2.1主控器的选择.................................................................................................................17 4.2.2 8031对片外存储器的选择......................................................................................18 4.2.3 8031并行I/O口扩展................................................................................................19

5.SolidWorks造型...................................................................................................................19

5.1 SolidWorks 软件介绍..............................................................................................................19 5.2 绘制草图.....................................................................................................................................22 5.3 装配体设计................................................................................................................................24 结

论......................................................................................................................................27 致

谢......................................................................................................................................28 参考文献..................................................................................................................................29 装配图与零件图......................................................................................................................30

1． 绪

论

随着我国制造业的发张，对很多零部件的精度要求越来越高，许多零件用普通车床很难加工，要求用数控机床加工。这就需要大量经费，对老设备进行改造是一条投资少见效快的途径，有许多工厂有C6140卧式车床，但无法完成精度高的工件加工，因此需对其进行数控化改造。

数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。数控机床是一个精密的机电一体化产品。是由精密机械部件（如滚珠丝杆、高精度导轨、精密轴承、主轴）和复杂电气部件（如数控系统、驱动装置和伺服电机以及精密测量系统）构成的一个完整的产品。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。数控机床的系统组成框图如下：

数控机床的系统组成框图

其工作原理是先根据被加工零件的形状、尺寸和技术要求等条件，确定该零件的加工工艺过程、工艺参数，并按一定的规则形成数控系统能理解的加工程序。即：将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化；按标准的格式编制成零件加工程序单；然后将此加工程序输入到数控机床的数控装置中，并将输入到数控单元的加工程序进行试运行、刀具路径模拟等。确认无误后，再将被加工零件装夹好；对刀后，即可启动机床运行加工程序。在加工程序运行时，数控系统会根据加工程序的内容，发出各种控制命令，如启动主轴电动机，打开切削液、进行刀具轨迹计算、向特殊的执行单元发出数字位移脉冲和进行进给速度控制等。正常情况下，加工程序可直接运行到其结束。当改变加工零件时，在数控机床上只要改变加工程序，就可以继续加工新零件。

数控机床改造在国外以发展成一个新兴的工业部门。早在60年代已经开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务，其发展的原因是多方面的。

首先是技术的原因，过去20年里，金属切削的基本原理变化不大，但社会的生产力的巨大发展，要求制造技术向自动化和精密化前进。而刀具材料和电子技术却有很的大的进步，特别是微电子技术，电子计算机的技

术进步，反应出控制系统，它能帮助机床自动化又能提高加工精度，技术进步和高生产率的要求，精密加工的增多等，突出了旧机床技术改造技术的必要性和急迫性。

其次是经济上的原因。许多发达国家多做过系统的分析，如果旧机床设备以新设备更新，要付出很大的代价的，若利用“改造技术”，则节省大半资金，这种事半功倍的技术，不仅不浪费资金而切还为小企业技术改造开创了新路，而且对实力雄厚的大企业也有很大的经济吸引力。

再次是市场因素，目前许多国家设备所需的数控机床数量，按机床工业现状是无力及时提供的。机床“改造”就成为机床市场需要的补足手段。

最后是生产力的因素，在工业生产中，品种多小批量生产是现代化机械制造业的基本特征，只有相当大比重完成生产任务，不外乎选择通用机床、专业机床和数控机床，柔性制造系统，就工业复杂程度和一批工件所需要生产总成本比较中看出，数控机床最能适应这一需要。

我国是拥有300万机床国家。而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度不高，要想在近几年内大量用自动、半自动和精密机床更新现有设备，不论资金还是我国机床的能力是办不到的。因此应尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装，是我国现有设备改造自动化要求解决的课题。用这控制技术正是适应这一要求。它是建立在微电子现代技术和传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入了微机的应用，不但技术具有先进性，同时在应用此自动化改造方案，有较大的应用性和可调性，而且投资改造的费用低，一套经济型数控装置的价格仅是

全功能型数控装置的1/3到1/5拥护承担的起。从若干单位应用的实例可论证，投入使用后，成倍的提高了生产效率，取得了显著的经济效益。因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再推出全功能型数控这条道路，适合我国经济、教育、生产水平，对于以后全动能型数控机床应用的准备阶段，为实现我国传统的机械制造的方向过度的重要内容。

CA6140机床是一种普通精度的及万能卧式机床，属于使用范围广的通用机床。这种机床的性能及质量较好。但结构复杂，自动化程序较低，是一种属于中型的普通机床，在各厂矿企业的应用很广。

为此，本次设计的任务是对CA6140卧式机床进行数控改造，利用微机对纵横向进给系统实行开环控制。驱动元件是利用步进电动机，传动系统利用滚珠丝杠。

2． 总体方案确定

2.1车床改造方案的选择

2.1.1设计系统的选择

在简易数控系统中，大多数是利用八位微处里机和单片机，近年来国有一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种八位单片微型机，主要有MCS—48系列，CS-51系列，Mostek的3870，Motorolo公司的6801和6805。目前在国内用的较广，开发工具较齐的是MCS-51系列，这里选用MCS-51系列中的8031。

2.1.2系统运用方式的确定

数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线控制系统，轮廓控制系统，连续控制系统。车床是控制刀具以给定速率沿指定路线运动来加工工件轮廓复杂的零件，其个坐标轴的运动之间有着精确的出数关系，根据车床加工这一特点，采用连续控制系统比较合适，连续控制系统具有点位控制系统的功能，故定位方式采用增量坐标控制。2.1.3伺服系统的选择

伺服系统是实现位量伺服控制有开环、闭环和半闭环三种控制方式。开环控制的伺服系统存在着精度不能达到太高的基本问题，但是步进电机具有位移和输出脉冲的严格对应关系，使误差不能积累，转速和输出脉冲频率有严格的对映关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大

小、环境条件的波动变化的特点，数据装置发出信号的流向是单向的，对移动部件如工作台的实际位置工件检测。并且伴随电子技术和计算机控制技术的发展，目前大多采用直流电动机或交流电动机作为执行元件。虽然闭环、半闭环对控制系统能够实现较高精确的位置伺副。由于反馈环节必须的技术条件要控制闭环系统的良好的稳态和动态性能，其难度也大为提高。

本设计是基于CA6140普通型的车床的经济化、数控化改造故采用步进电动机实现开环伺服系统。2.1.4执行机构传动式的确定

（1）导轨 由于普通型车床的改造精度要求的不高的开环系统，而滑动导轨定位精度和灵敏不需研磨措施可达到10um左右。能够满足改装后的要求，所以仍采用原机床的导轨。

（2）螺旋传动

原机床的丝杠属于滑动螺旋传动，主要缺点就是机械效率低，一般仅为30~60%，与改造后的精度相差很多。数控机床除了具有较高的定位精度外，还应良好的动态间应特征，滚珠丝杠副的特点，传动效率高，一般达到90%以上，通过预紧力可消除丝杠间隙，运动平稳，传动精

度高，有可靠性，磨损小，使用寿命长，但制造复杂，成本高。要使系统指令好，有能满足精度要求，本次改造采用滚动螺旋机构。

（3）齿轮传动

考虑步进电动机步距角和丝杠导程只能按标准选择，为达到0.001秒的分辨率的要求，纵、横向均采用错齿调隙的齿轮做减速运动。

2.2车床改造方案的确定

（1）保留原车床的主传动链。

为了保证机床加工螺纹的功能，在主轴外端安装一个YGM脉冲发生器，使其与主轴转速相一致是1:1的关系，用它来发出脉冲发生器，使微机处理机根据主轴的脉冲信号，使刀架通过丝杠的转角产生进给运动。（2）纵向进给机构的改造,拆除原机床的进给箱和溜板箱利用原机床的安装孔销钉孔安装齿轮箱体,滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置,两端仍利用原固定

方式,这样可减少改装工作量。

（3）横向进给机构的安装：保留原手动机构。用于微机进给和机床对零件操作，原有的支撑结构也保留，电动机、齿轮箱安装在机床后侧。

（4）纵、横向进给机构采用齿轮减速，并且用双齿轮错齿法消除间隙，双片齿轮间采用消除弹簧，布量成互为120的位置。当螺钉松开时，由于各个弹簧所受力不同而自动调节间隙，再用螺钉紧固。

纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩,以保持机床原外观，起到美化机床的效果,溜板箱上安装了纵向快速进给按钮,以适应机床调整时的操作需要和遇到意外时紧急处理。

3.机械计算部分

本次设计将一台CA6140普通机床改造成微机数控机床，采用MCS-51型系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能,具有降速控制功能,其他设计参数如下: 最大回直径:

400 mm 电机功率:

7.5KW 快速进给:

纵向2.4m/min

横向1.2m/min 切削速度:

纵向0.5m/min

横向0.25m/min 定位精度:

0.015mm 移动部件重量:

纵向:800N

横向600N 加速时间:

30ms 机床效率:

0.8 3.1选择脉冲当量

根据机床精度要求脉冲当量,纵向0.01mm/脉冲，横向为0.005mm/脉冲

3.2计算切削力

3.2.1纵切外圆

1主切削力（Fz）计算由《金属切削原理》可知切削率：P：电机功率7.5Kw

n:主传动系统总效率取：η=0.78 Pc-切削功率Pc=0.78×7.5=5.85Kw

Pc又∵Pc=FzV

∴Fz=v

式中: V 切削速度 V=100m/min

FzPc/V=60×Pc×1000/v=3510N 3.2.2 横切端面

主切削力Fz, 可取纵切的1/2

Fz=1/2Fz1/2×3510=1755N 又Fx:Fz :Fy=1:0.4:0.25 Fx=0.4Fz=0.4×1755=702N Fy=0.25Fz=0.25×1755=438.75N Fx=0.25Fz=0.25×1755=877.5N Fy=0.4Fz=0.4×3510=1404N 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型

3.3.1纵向进给丝杠 1．计算进给牵引力Fm

纵向进给的综合型导轨

采用三角型或综合导轨:

Fm=kFx+f(Fz+G)

式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N): G-移动部件的重量(N)f—导轨上的摩擦系数,随导轨形式而不同

K考虑颠复力距影响的实验系数.f=0.16 则Fm=1.15×877.5+0.16(3510+800)=1698.75N

2．计算最大动负载C

3C=LfwFm

选用滚珠丝杠副的直径d.时必须保证在一定轴向负载 作用下.丝杠在回转100万转后,在它的滚道上不产生点蚀 现象.这个轴向负载的最大值称为该滚珠丝杠能承受的最大动

负载C可用C=3Lfw.Fm

60nTL=106

1000VSn=L0

公式中滚珠丝杠导程L=6mm.可取最高进给速度的(1/2~1/3)此处 VS=0.5×0.5=0.25m/min T: 使用寿命按15000h计算 L: 寿命以106转为1单位 Fw: 运转系数，按一般运转取 fw:12~1.5 取fw=1.3 10000.25N=6=42r/min 60nT604215000L=106=106=38小时

C=3L.fw.Fm C=338×1.3×1698.75=7508.47 3．滚珠丝杠螺母的选型

查<<精密机床配件系列>>-山东济宁

选取滚珠丝杠公称直径为φ40选用的型号为 CDM4006-2.5 其额定动载荷15470N,所用强度足够用

４．效率计算 tanrη=tan（r）

公式中摩擦角r=2°446，φ=10 公式中:r丝杠螺旋升角

r—摩擦角滚珠副的滚动摩擦系数 , f=0.003~0.004 R摩擦角约为10分 公式中:r螺旋角 CDM4006 r =2446

r:摩擦角取10分

tan244n=tan(24410）=94.24% 5．刚度验算

先画出纵向进给滚珠丝杠支承方式如图

图3—1纵向进给计算简图

最大牵引力为1698.75N, 支承间距L=1700mm 丝杠螺母及轴承均采用预紧,预紧力为最大牵引力为1698.75N.Fm.L0ΔL=EF

公式中: Fm工作负载(N)L.:滚珠丝杠L=6mm E:材料弹性模数对钢E=20.6×106(N/mm2)F:滚珠丝杠面积mm2

F=1/4πD2=1/4π×402=1256m 1698.736△L=20.61061256.00.394×104mm2

再算滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量δmm δ=0.394×10-4×L/6=0.011

对滚珠丝杠经过预拉拉伸,拉压刚度可提高4倍 其实际变量=1/4×0.011=2.75×10mm

33=0.00756mm<定位精度0.015mm

3.3.2横向进给丝杠

1．计算进给牵引力Fm 横向导轨为燕尾形导轨 其计算公式如下: Fm=KFx+f(Fz+2Fy+G)式中K:考虑颠复力矩的影响实验系数K=1.4 f:导轨上摩擦系数为f=0.2,G移动部件重量G=600N Fm=1.4×702+0.2(1755+2×438.75+600)=1629.3N 2．计算最大动负载(N)1000VS10000.250.54n=L0.==31.25 6031.2515000106L==28.125 3C=28.125×1.2×1629.3=5865.48N 3．选择滚珠丝杠螺母副

查<<精密机床配件系列>>丛书

山东济宁

选用滚珠丝杠为CDM2504-2.5 其额定的动载荷为6638 d=25mm d1=24.5mm 循环列数为1×2.5×2

Coa=16826 螺旋导程角

4r=arctanpD=arctan3.142

5r=2°55 选择精度等级为3级

4．传动效率的计算

tanr

η=tan(r）=tg2°55/tg(2°55+10)=0.945 5．刚度计算

横向进给丝杠方式,如图所示最大牵引力为2612.1N 支承间距 L=450mm 因丝杠长度较短不需要预紧

L=450

图3—2横向进给系统计算简图

1滚珠丝杠的拉伸或压缩变形量

FmL1629.34△L=EF=20.6106/4252=0.6448×104

滚珠丝杠经过预拉伸

=1/4×0.007254=0.0018 3=0.0054小于定位精度

定位精度为0.015

3.4齿轮传动比的计算

3.4.1纵向齿轮传动比计算

已确定纵向脉冲当量δ=0.01 ,滚珠丝杠导程L=6mm和步距角0.75, 可计算出i

360P3600.01i=b.L0=0.756=0.8 可选定齿轮的齿数为i=z1/z2=32/40 或20/25 d=mz=64 z1=32 z2=40 或z1=20 z2=35 d2=70 3.4.2横向齿轮传动比计算

已确定横向脉冲当量δ=0.005mm/step,滚珠丝杠导程L=4mm 和步距角0.75 ,可计算出传动比i 360p3600.005i=b.L0=0.754=0.6 z1=21 ,z2=35

4.微机控制部分

在普通车床CA6140基础上加数控部分,以使其成为经济型数控机床,以完成较高的精度加工.4.1 总体设计

我国目前广泛使用MCS-51系列中的8031芯片,通过扩展和I/O口扩展功能,实现对机床X,Z两个方向的控制.以及软硬的任务分配有:控制步进电

机脉冲发生和脉冲分配,数码显示的字符发生,键盘扫描管理既用硬件管理,又可用软件实现,此次采用若干方案:控制步进电机用的脉冲发生器用硬件.采用国产YB015环行分配器实现,字符发生及键盘扫描均有软件实现.4.2主控制器

4.2.1主控器的选择

近年来同外的一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种8位的单片微型端口及部分RAM于一体的功能很强的控制器。目前国内用得较广，开发工具较齐的是MCS—51系列包含三个产品：8031、8051和8751。三者的引脚完全兼容，仅在结构上有一些差异，主要是8031：8031是无ROM的8051，而8751是用EPROM代替ROM的8051。用得较多的就是我所选用的8031。(1)8031型芯片: 1)单片机是集CPU,I/O端口及部分RAM一体的功能很强的控制器,8031基本特点如下: 1处理器CPU8位 2芯片内有时钟电位 3具有12 各字节RAM 4具有21特殊功能的存储器 5具有4 各I / O端口,32根I/O线

6可寻址64K外部数据存储器

7可寻址64K外部程序存储器 8具有两个16位定时/记时数量 9具有5 个中断位,配备两个优先级 10具有一个全功能窜行接口 11具有寻址能力,适宜逻辑计算

从以上论证可以看出,8031型芯片,功能几乎为一块Z80CPU,一块RAM,一块Z80CTC两块Z80PLO和一块Z80SLO处理的微机计算机.(2)8031芯片管脚的功能及其他功能

按引脚功能可分三类，即：其一：I/O口线：P、P1、P2、P3共4个8为口。其二：控制线：PSEN（片外取指令控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外取存储器选择）、RESET（复位控制）。其三：电源及时钟：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。4.2.2 8031对片外存储器的选择

1、EPRAM选择：

根据MCS—51单片机应用系统中常用的EPRAM芯片，确定存储器容量为16K。选择EPRAM的型号时，主要考虑的因素是读取速度，这决定着系统是否正确工作。根据CPU与EPRAM时序匹配要求，可选用2片2764程序存储器。

2、RAM选择：单片机的扩展RAM多选用静态RAM，根据容量要求和RAM与CPU的读写时序匹配的要求，这里选用大容量的RAM6264两片。

4.2.3 8031并行I/O口扩展

8031有四个8位口(I/O端口),但真正能够提供用户使用的只有P1口,因为P2 P0口通常用来传送外存储器的地址和数据,P3口也需要使用他的第二功能.因此8031的I/O的端口通常需要扩充.以便他能和更多外联机工作.扩充方法有两种:

①借用外面RAM地址来扩充I/O端口;

②利用并行I/O接口芯片来扩充I/O端口.5.SolidWorks造型

5.1 SolidWorks 软件介绍

SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个三维机械设计CAD软件。SolidWorks全

面采用非全约束的特征建模技术,由于其设计过程的全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计,同时牵动相关部分的改变.它既提供自底向上的装配方法,同时还提供自顶向下的装配方法,自顶向下的装配方法使工程师能够在装配环境中参考装配体其他零件的位置及尺寸设计新零件,更加符合工程习惯.它具有独创性的“封套”功能,来分块处理复杂装配体.其具有的“产品配置”功能,可为用户设计不同“构型”的产品.它集成了设计、分析、加工和数据管理整个过程,所获得的分析和加工模拟结果成了产品模型的属性,在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了详细的数据信息。他还可以动态模拟装配过程,进行静态干涉检查，计算质量特征，如质心、惯性矩等。它将2D绘图和3D造型技术容为一体,能自动的生成零部件尺寸、材料明晰表、具有指引线的零部件编号等技术资料，从而简化了工程图样的生成过程。SolidWorks同时有中英文两种界面选择，其先进的特征树结构使更加简便直接，而且它具有较好的开发性接口和功能扩展性，能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换、传送。

Solidwokrs 可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力，它提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具。Solidworks 能够直接读取DWG格式的文件，在人工干预下，将 AutoCAD 的图形转换成Solidworks三维实体模型。另一方面，Solidworks 软件对于熟悉Windows的用户特别易懂易用，它的开放性体现在符合Windows标准的应用软件，可以集成到Solidworks软件中，从而为用户提供一体化的解决方案。

进入SolidWorks的操作界面如图：

图5—1

5.2 绘制草图

图5—2 利用独特的基于特征的零部件建模功能，可以使用拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、放样和扫描、阵列特征和孔轻松创建设计。

■ 通过独特的对多个实体的特征及控制，加快零部件建模速度。

■ 通过动态编辑特征和草图，只需执行简单的拖放操作即可进行实时更改。

5.2.1 进入SolidWorks系统后,单击（标准工具栏）的新建，系统将弹出（新建SolidWorks文件）窗口。选择（零件）项，单击（确定）进入。然后在特征管理器中选择（前视基准面）为基准面，绘制草图。具体如图5—2所示。然后在利用拉伸功能就完成了主轴箱的设计，如图：

图5—3

从而生成主轴箱，实图下：

图5—4主轴箱

这就是主轴箱的设计过程，在CA6140设计过程中需要大量的零件如：刀架、导轨、顶尖等。

图5—5 顶尖

图5—6导轨床身

以上是顶尖、导轨床身的设计结果。

5.3 装配体设计

创建新的零部件时，可直接参照其他零部件并保持关系。设计具有成千上万个零件的大型装配体时可获得无可比拟的性能。可将零部件和特征拖放到适当的位置。

SolidWorks 提供完善的产品级的装配特征功能，以便创建和记录特定的装配体设计过程。实际设计中，根据设计意图有许多特征是在装配环境下在装配操作发生后才能生成的，设计零件时无需考虑的。在产品的装配图作好之后，零件之间进行配合加工比如：零件焊接、切除、打孔等功能。

SolidWorks 支持大装配的装配模式，拥有干涉检查、产品的简单运动仿真、编辑零件装配体透明的功能。

SolidWorks提供两种装配体设计方法：

⑴由下而上的设计:首先绘制零件,然后将它们插入装配体中,并把这些零件按设计目的结合,完成装配。这是较常用的设计方法。当使用已建的零件来装配时,这种有下而上的方法较好。

⑵由上而下的设计:与由下而上的方法比,有上而下的设计不同之处在于:先从装配体开始,边装配边绘制零件。由一个零件的几何参数来定义其他的零件,或者产生在装配零件之后加工的加工特征。也可以从草图开始,定义固定零件位置、基准面等,然后参考这些定义来设计零件。

由两者比较来看,由下而上的设计中,由于零件皆为独立的设计,所以其间的关系和重新产生零件的操作较由上而下的设计更为简单,为此本次设计采用第一种方法。

在进入SolidWorks时,单击（标准工具）中的新建选择(装配体)进入装配体的工作窗口,然后通过配合使各个零件装在一起形成装配体, 所形成的装配体如图：

图5—9 卧式数控车床

结

论

通过此次毕业设计,使我对数控机床有了更加深刻的了解。了解了对普通车床进行简单数控改造的过程。知道如何将普通机床改造成简单经济型数控机床：分别将普通车床的丝杠、光杠改造成为滚珠丝杠；分别对机床的横向，纵向进行数控改造，采用步进电动机作为主传动力，采用微机控制。由于目前的水平将理论知识转为现实的生产力，还有一段距离，这就要求我们在今后工作和学习中不断钻研本专业知识，用知识去创造财富。牢记科学技术是第一生产力。

致

谢

本次研究论文在学校教研室、班主任、冯老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。由于能力有限，在整个设计过程中赵老师付出了很多心血，认真地查阅了设计过程中涉及的资料，逐一修改.又细心地帮助我改正，对此表示深挚的感谢。

在设计结尾阶段，我的同学和朋友们对我的设计和论文的书写给予很大的帮助。在此表示感谢。

再一次地感谢各位老师的辛勤指导。

参考文献

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机床数控化改造可行性研究 篇3

数控化改造是发展我国数控设备的一个重要方面。

数控机床与传统机床相比有以下突出的优越性,而且这些优越性均来自数控系统计算机:

一是可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

二是可以实现加工的自动化,而且是柔性自动化,从而效率可比传统机床提高3～7倍。

三是加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要“修配”。

四是可实现多工序的集中,减少零件在机床间的频繁搬运。

五是拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,因而可实现长时间无人看管加工。

二、机床数控化改造的工作内容

机床与生产线数控化改造的主要内容有以下几点:

一是恢复原功能,对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。

二是NC化。在普通机床上加数显装置,或加数控系统,改造成NC机床、CNC机床。

三是翻新。为提高精度、效率和自动化程度,对机械、电气部分进行翻新,对机械部分重新装配加工,恢复原精度;对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新。

四是技术更新或技术创新。为提高性能或档次,或为了使用新工艺、新技术,在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新。

三、数控化改造的优缺点

1.减少投资额,交货期短

同购置新机床相比,一般可以节省60%～80%的费用,改造费用低,大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造,只花新机床购置费用的l/3,交货期短。但有些特殊情况,如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱,往往使改造成本提高2～3倍,与购置新机床相比,只能节省投资的50%左右。

2.力学性能稳定可靠,但结构受限

旧机床所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件,而不是焊接构件,改造后的机床性能高、质量好,可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制,不宜做突破性的改造。

3.熟悉设备,便于操作维修

另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,在操作使用和维修方面培训时间短,见效快,改造的机床一安装好,就可以实现全负荷运转。

4.可充分利用现有的条件

例如可以充分利用现有地基,不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。

另外,还可根据技术革新的发展速度,及时提高生产设备的自动化水平和效率,提高设备质量和档次,将旧机床改成当今水平的机床。

四、机床数控化改造中常见的问题

1.数控系统的选择不合理

在改造过程中,有些企业为了节约成本,选择简易数控系统。这种数控系统价格低廉、功能简单、寿命不高,最后影响改造后机床的使用。或者有些设备在购买时的价格较高,改造时为了和当时的层次一致选择了高档数控系统,改造后会出现系统的功能过高,造成不必要的浪费。

2.伺服系统的选择不匹配

在数控化改造中,会有多轴的伺服系统的改造,此时会出现为了设计方便,使不同轴的伺服系统使用同样的伺服系统。这样会造成伺服参数的不匹配。不同的轴尤其是X/Y轴和Z轴,在机械结构上不同,产生的伺服参数、机械参数和刚度都不同,选择相同的伺服系统会因此而产生系统不稳定的问题。

3.机械结构的调整过大

在改造中切忌贪大求新的心理。因为改造的机床都是旧机床,本身的刚度和精度都比同类型的新机床差。改造的目的是在保证原来精度的基础上提高其性能水平,但是改造后的机床是不能和新数控机床相比的。因此,在机械结构的改造中,要尽量保持原有的形式和部件,除非必要,一般不建议修改原有的机械结构。

4.电气系统的更新

机床经过长时间的使用,其电气系统已经老化,最好通过改造的机会将其旧有的电气系统更新。更换电气元件,可以用PLC实现功能的,最好用PLC控制。电气系统更新后要详细画好电气控制图,以便将来的修理。

5.液压系统最好只做清洗工作

液压系统一般藏在机床的结构中,不便于拆卸。因此在数控化改造时,建议只对液压系统进行清洗,更换液压介质,不更新其液压系统。

6.机床附件的选择

随着数控机床的深度发展,出现了许多机床附件,如空气过滤器、切屑排出装置等。一般在经济许可的条件下,若生产确实需要且不改变原有机床结构,可以加配1～2个附件。附件的增加会使电气控制变得更为复杂,因此在添加附件之前,要修改电气控制方式。

CA6140车床的数控化改造 篇4

该类型的车床改造完成后由数控系统、伺服驱动、伺服电机、原有普通车床各功能部件以及电动刀架等几部分组成。横向和纵向采用伺服电机驱动，其中横向的伺服电机固定在床鞍的后端面上，通过一对同步带轮将运动传送到普通车床原有的横向丝杆副，实现横向的快进和快移;纵向伺服电机则固定在进给箱的左端，通过联轴器将运动传递到普通车床的进给箱，在纵向丝杆的带动下实现纵向快移和进给。该类型的车床数控化改造保留了普车大部分的功能部件，改造后车床的精度不受影响，适用于零件的粗加工过程中。

2.2 保留普通车床功能部件

该类型车床在改造过程中要拆除原有车床的挂轮、进给箱、溜板箱、三杆、托架以及横向丝杆副，安装相应的纵向和横向滚珠丝杆组件、数控系统、驱动装置以及驱动电机。该类型的车床数控化改造后能够保证其加工精度，但是改造设计过程中的工作量较大，周期较长，适用于距离较近，能够长时间停机的用户。

2.3 采用相关系列数控滑台机构

该类型车床改造过程中只借助原有车床的导轨，安装新的数控系统、驱动装置以及电机即可。改造后的机床克服了原来机床的精度低、可靠性差以及改造周期长的缺点，实现了对车床快速、大规模的改造，适用于对盘、套类零件的加工。

3 对CA6140改造的总体方案

CA6140车床(图1所示为其结构简图)主要用来完成对小型轴类、盘类以及螺纹类零件的加工，要求机床能够控制其主轴的正反转，以适应零件对切削速度的要求;刀架要能够在横向和纵向完成进给运动，并且在换刀点能够完成四个到位的自动改变;加工螺纹时还要保证刀架移动一个逻辑或导程时主轴能够转一圈。在对CA6140进行改造的过程中首先要解决的问题就是要实现对机械传动进给和手动控制转位刀架的数控化改造，使其能够实现自动转位刀架和自动进给。

根据CA6140车床的主要性能指标和工作状况，其改造方案如图2所示。

(1)拆除原有车床的横向和纵向丝杠光杠、溜板箱以及挂轮箱中的齿轮，增加滚珠丝杠。其中滚珠丝杠采用分体方式，用套筒联轴器连接在一起，横向滚珠丝杠的两端采用原有的固定和支承方式，纵向滚珠丝杠通过托架安装在原来溜板箱跟床鞍连接的部位上。

(2)横向驱动电机及齿轮减速器相对于操作者来说安装在床鞍的后部，纵向驱动电机及齿轮减速器安装在机床右端靠近尾座的位置。

(3)拆除原有手动刀架，在小托板上安装数控转位刀架。

(4)在挂轮箱内加装主轴脉冲编码器，实现对主轴转速的同步检测来完成对螺纹类零件的加工。

(5)在纵向和横向安装行程限位开关，保证加工过程中不超程。

(6)在横向安装接近开关，保证零件在加工过程中能够返回参考点。

(7)纵向和横向齿轮箱和丝杠要加装防护罩，防止油污和切屑等赃物的进入。

(8)根据机床的使用要求和改造成本，加装合适的数控系统。

4 结论

随着数控技术的发展，CA6140车床已经不能满足对零件加工的要求，数控机床作为机电一体化产品在机械制造业中发挥着非常重要的作用，解决了目前零件形状结构复杂，精度要求高以及小批量生产的问题。在改造过程中拆除了原有车床上的挂轮、进给箱、溜板箱等部件实现了其数控化改造，确定了其数控化改造的基本方案，其中传动系统采用了滚珠丝杠副，刀架采用的自动转位刀架，采用伺服电机对其进行驱动，实现了机床主轴的快进和快移。

参考文献

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[2] 陈心昭.现代实用机床设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 贡克勤.数控原理[M].北京：机械工业出版社，.

[4] 罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

PLC在机床数控化改造中的应用 篇5

关键词：PLC　数控车床　控制

中图分类号：TG515　文献标识码：A　文章编号：1674-098X(2012)01(c)-0095-01

机床顺序控制：机床顺序控制用可编程逻辑控制器PLC(有称FMC)实现，PLC最好是独立型。数控机床的控制由数控装置和可编程控制器协调配合共同完成，其中可编程控制器主要完成与逻辑运算有关的一些动作，PLC通过辅助控制装置完成机床相应的开关动作，如刀具的更换、工件的装夹、冷却液的开／关、自动润滑等一些辅助动作。它还接受机床操作面板的指令，一方而直接控制机床的动作，另一方面将一部分信息送往数控装置用于加工过程的控制。

在工业发达国家的军、民机械工业，在20世纪70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床，本质是采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC，FMS外，还包括在产品开发中推行CAD，CAE，CAM，虚拟制造以及在生产管理中推行MIS(管理信息系统)、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外軍、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年，每年都有大量机电产品进口数控机床比传统机床有突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。

①可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。

②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3-7倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。

③加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。

④可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

⑤拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可以实现长时间无人看管加工。

由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术己经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

机床顺序控制：机床顺序控制用可编程逻辑控制器PLC(有称FMC)实现，PLC最好是独立型。

可编程控制器PLC是一种数字运算电子系统，专为在工业环境下运用而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。

数控机床的控制由数控装置和可编程控制器协调配合共同完成，其中可编程控制器主要完成与逻辑运算有关的一些动作，PLC通过辅助控制装置完成机床相应的开关动作，如刀具的更换、工件的装夹、冷却液的开／关、自动润滑等一些辅助动作。它还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分信息送往数控装置用于加工过程的控制。

在讨论PLC，CNC和机床的辅助装置以及强电线路的关系时，常把数控机床分为“NC侧”和“MTR”两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和软件以及与CNC装置相连接的外围设备。“MT侧”包括机床机械各部分及其液压、冷却、润滑、排屑等辅助装置、机床继电器线路和强电线路等。PLC处于NC和MT之间，对“NC侧”和“MT侧”的输入，输出信号进行处理。CNC装置和机床输入／输出信号的处理包括：

(1)CNC装置的输出信号向机床传递。CNC装置的输出数据经过PLC逻辑处理，通过输入、输出接口传送到机床侧。CNC给机床的信息主要是M，s，T等辅助功能代码。

S功能处理：主轴转速用S4位代码直接指定。CNC输出s4位代码进入PLC，经过一系列处理，实现对主轴转速的控制。

T功能处理：数控车床通过PLC管理刀架，包括选刀方式，刀架动作等。

M功能处理：M功能是辅助功能，根据不同的M代码，可控制主轴的正、反转和停止，切削液的开、关等动作。PLC向机床侧传递的信号主要是控制车床的执行元件执行信号，如电磁阀、继电器、接触器的动作信号及确保车床各运动部件状态的信号及故障指示。

(2)车床动作检测信号向CNC装置传递。从车床侧输入的开关量经过PLC逻辑处理传送到CNC装置中。PLC传送给CNC的信号，主要有车床各坐标基准点信号和M、s，T功能的应答信号等。车床传送给PLC的信息主要有车床操作面板上各开：关、按钮等信息，其中包括车床的起动、停止，工作方式选择，倍率值选择，主轴的正、反转和停止，切削液的开、关，各坐标轴的点动、换刀以及行程限位等开关信号。