CA6140普通车床数控化改造设计
摘 要
应用成熟的数控技术理论和成功经验，以低廉的成本对普通旧机床进行数控化改造，可以恢复甚至提高原机床的精度，适应工业高速跨越式发展的要求，为此机床数控化改造在国际国内作为新的经济增长行业获得了很大的发展。本文以CA6140机床为研究对象，对该机床进行了数控化改造，主要研究内容如下：
对数控伺服系统的工作原理进行分析研究，简单了解了数控化改造过程中数控系统的选型，分析研究了CA6140机床的数控化改造方案，重点介绍了本课题采用的GSK980TD系统。根据机械、动力学及电气设计原理，采用交流变频电机变频调速，对数控机床的主传动系统进行了设计和校核。根据进给系统的要求，对切削力和滚珠丝杠进行了计算，并选配了合适的齿轮和进给电机。对CA6140车床电气控制部分进行了PLC设计，绘制了主轴及伺服系统的梯形图，编制了PLC可编程控制器工作程序；给出整机电气线路改造方案。对改造后的机床精度进行了恢复，并给出伺服系统典型部件改造方案。数控化改造后的机床实际应用效果良好，取得了良好的加工质量和经济效益。
此次研究，为企业技术人员实现传统CA6140型车床数控化改造提供了行之有效的科学方法，对于企业其他传统设备的技术改造也有借鉴和参考价值。
关键词：数控改造；伺服系统；PLC；CA6140车床
Numerical contral innovation of CA6140 common lathe
Computer Numerical Control(CNC) machine tools’ innocation was conducted
by application sophisticated CNC technology theory, successful experience and low cost. The accuracy of the original machine can be restored or even improved, so that it can be adapted to industrial requirements of high-speed development by leaps and bounds. CNC machine tools’ innovation was greatly developed as a new intemational and domestic economic growth industry. In this paper, CNC machine tools’ innovation programs, technical route and so on was analyzed taking CA6140 common machine as research object. All the contents are included as follows:
The motion principle of CA6140 lathe was analyzed; It was briefly introduced the selection of numerical control system during CNC machine tools’ innovation and emphatically introduces GSK-CTL Series CNC Sliding Units. According to the principles of Mechanice, Dynamics and Electronics, the main drive system of NC machine tool has been designed using AC motor speed control by variable frequency. The spindle drive system has been designed and checked. In accordance with the requirements of feeding system, the cutting force and the ball screw is calculated, and equipped with appropriate gear and feed motor. The electrical-control parts of the CA6140 lathe is designed by using PLC. The trapezoidal figures of the spindle and the servo-system are given. The programs of the PLC are programmed. A reforming project of the typical parts of the servo-system si given. After CNC machine tools’ innovation, the lathe has a good application effect, and achieved good processing quality and economic benefit.
The research offer facility technicians in enterprises not only a scientific efficient way of realizing NC reform of traditional equipments, but also some references and lessons of other kinds of traditional facilities.
Keywords: NC reform; Servo system; PLC; CA6140 lathe
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目录
绪论 ....................................................................................................................................... 1.1数控机床改造的背景和意义 .........................................................................................
1.1.1数控机床在我国发展的现状 ................................................................................ 1.1.2车床数控化改造的意义 ........................................................................................
1.1.3普通车床数控化的优点...........................................................
1.2 车床数控化改造的内容 .......................................................... 错误！未定义书签。 1.3机床数控化改造的必要性..........................................................
2.车床数控改造的构思与方案 ...................................................................................... - 7 -
2.1改造的任务 ......................................................................................................... - 7 - 2.2 改造方案的论证 ................................................................................................ - 8 - 2.3 改造方案的确定 ................................................................................................ - 8 - 3主要结构的数控改造方法 .......................................................................................... - 9 -
3.1 数控系统的改造 ................................................................................................ - 9 - 3.2 纵向进给系统的改造 ...................................................................................... - 11 - 3.3 横向进给系统的改造 ...................................................................................... - 18 - 3.4 刀架的选择 ...................................................................................................... - 19 - 3.5 主轴传动系统 .................................................................................................. - 19 - 3.6滑动导轨副的改造................................................................................................. 3.7编码器...............................................................................................................- 20 -
4 光栅尺安装与调试 ................................................................................................... - 20 -
4.1 光栅尺的安装 .................................................................................................. - 20 - 4.2 光栅尺的校正 .................................................................................................. - 21 - 5 参考点的建立 ........................................................................................................... - 21 - 6.安全防护….................................................................................................................... - 21 -
7普车数控改造的经济评估 ............................................................ 错误！未定义书签。
8 总结 ........................................................................................................................... - 22 -
绪论
随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高。产品的更新换代也不断加快。因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数控机床的产生。
数控机床是指机床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程序自动进行的机床。随着微电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。
尽管数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批量多品种零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率。但是目Ｉｊ｛『我国在役机床总量约３８０万台，其中数控机床总数只有１１万多台，数控机床占有率不足３％，而一些工业发达国家早已达到２０％以上（¨。我国是制造大国，但不是制造强国。机械制造业水平与发达国家相比相对落后，设备陈旧，技术水平差距大，国际竞争力弱，影响了生产力的发展。逐步提高数控机床的占有率已经成为我国制造技术发展的总趋势。提高机床数控率有两个途径：一是增加新的数控机床，价格昂贵，一次性投资大，目前各企业均有大量的普通机床，完全用数控机床替代是根本不可能的；二是对旧机床进行数控化改造。我国是一个机床拥有量极大的国家，但大部分机床服役龄较长，采取对旧机床进行改造来提高设备的先进性和数控化率，是一个极其有效和实用的途径，是企业必走之路。
制造技术和自动化水平的高低己成为一个国家或地区经济发展水平的重要标志，而 其中最具代表性的就是数控机床。我国现正处于从以劳动密集型产业为主向以技术密集型产业为主的发展阶段，对自动化设备的需求会越来越大、越来越积极。利用现有普通车床，通过数控化改造，使其成为一台高效、多功能的数控车床，是一种盘活资金的有效途径，也是低成本实现自动化的行之有效的方法。因为一方面我国普通车床保有量大，要将普通车床淘汰掉是不经济、也不现实的做法；另一方面，从我国目前生产状况来看，仍然以生产普通车床为主，普通车床的数控化改造将会长期存在，并会不断的发展。
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1.1 数控机床改造的背景和意义 1.1.1数控机床在我国的发展现状
我国是世界上机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势,一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求,而另一方面却有不少国产机床滞销积压,国外机床产品充斥市场。90年国外数控机床在我国市场的占有率仅达15%左右,而95年已达77%。严重影响我国数控机床自主发展的势头。 这种现象的出现,除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外,一个主要的原因是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进,新产品(包括基型、变型和专用机床)的开发周期长,从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。具体地说,这个问题反映在下列五个方面:
(1) 我国机床厂目前开发基型产品的周期约为15～18个月,其中设计时间约为5～8个月,占总周期的40%左右。而国外一些先进机床厂同类基型产品的开发周期为6～9个月,其中设计约1.5～2个月,只占25%。因此无论是产品开发的总周期还是设计所占的时间比例均与国外先进水平有很大的差距。
(2) 我国工厂由于缺乏设计的科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法以及机床性能测试装置等),自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计,使设计一次成功的把握性降低,往往需要反复试制才能定型,从而可能错过新产品推向市场的良机。 (3) 用户根据使用需要,在订货时往往提出一些特殊要求,甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求,这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。在国外,这项修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周,而在我国机床厂用手工操作就至少需1～2个月,且由于这些图纸和文件涉及多个部门,常会出现漏改和失误的现象,影响了产品的质量和交货期。
(4) 现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数,他们的专业知识和实际经验不足, 又担负着开发的重任。
(5)由于长期以来形成的设计、工艺和制造部门分立,缺乏有效的协同开发的模式,不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见,容易造成产品的反复修改,延长了开发的周期。 为解决这些问题,必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术,发展优化和仿真技术,提高产品结构性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境,使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面,使企业取得良好的经济效益。
1.1.2车床数控化改造的意义
我国现在拥有数量多达300多万台的通用机床，其中大部分机床的加工精度、生产率和自动化程度与先进设备相比不高，要想在几年内大量地用数控机床来更新，无论在资金上还
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