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 - 图文

绪论

制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、技术水平、生活水平、生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。当前世界已进入知识经济时代，知识经济与以往经济形态的不同在于对知识，特别是对知识的创新与利用的直接依赖。在知识经济时代，知识对经济增长的直接贡献率超过了其它生产要素（如人力、物力、和财力等）贡献的总和，成为最主要的生产要素。因此，当前提高制造生产的决定因素不再是劳动力和资本的密集积累，而是各项新技术的迅速发展及其在制造领域中的广泛渗透、应用和衍生，它促进了制造技术的蓬勃发展，改变了现代企业的产品结构、生产方式、生产工艺和生产组织结构。

机械制造业是制造业的核心，是制造如农业机械、动力机械、运输机械、矿山机械等机械产品的工业部门，也是为国民经济各部门提供如冶金机械、化工设备和工作母机等装备的部门。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度。

工业发达国家都非常注意机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械装备制造工业得到优先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控车床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强，更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度低，基本上还是

“一个工人、一把刀、一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。

企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、

生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床

作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求

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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

2.1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

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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。

2.2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。

2.3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=0.92～0.94，是普通滑动丝杠的34倍（η=0.20～0.40）。 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60-60HRC，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

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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。

2.4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

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