CA6140车床FANUC数控改造电气部分研究设计（系统选型及强电设计）【无图】

CA6140车床FANUC数控改造电气部分研究设计（系统选型及强电设计）

47页 250000字数+说明书+开题报告+任务书+答辩PPT+外文翻译

CA6140车床FANUC数控改造电气部分研究设计（系统选型及强电设计）开题报告.doc

CA6140车床FANUC数控改造电气部分研究设计（系统选型及强电设计）答辩PPT.ppt

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摘    要

　　　在我国目前拥有大量技术陈旧的机床急需更新的情况下，由于数控机床的加工能力和资源受限，对机床进行数控化改造是一条节约资金和快速上马的有效途径。普通机床的数控化改造已成为企业提高自身自动化程度的一种重要化手段。

　　　本设计对CA6140数控车床进行数控化改造，主要内容为数控系统选型和电气原理图的设计。在设计的前期翻阅了大量的资料，根据任务书的要求确定了总体设计方案。介绍了当前国内外机床改造业的现状，讨论了如何经济实用地做好数控系统选型，实现新数控系统与旧机床的组合，最终满足旧机床改造的要求，改善机床的技术性能。

　　　先对机床改造进行了可行性分析，通过几种典型数控系统的对比，选择了FANUC0i—TB数控系统作为原机床的数控装置，并选用了与该系统相匹配的主轴电机和伺服电机。该系统是由日本生产的，其成本低，功能实用，运行可靠，而且操作与维护容易，性能价格比非常突出。接着完成了系统的强电设计及主电路控制元器件的选型。

　　　利用FANUC数控系统对CA6140进行数控化改造后，该机床操作方便，降低了操作者的劳动强度，机床的控制精度也有了很大的提高。

关键词：车床；数控改造；数控系统；伺服系统；电气原理图

目  录

1 引  言1

1.1 数控机床改造的特点及国内外发展概况1

1.1.1 数控机床改造的特点1

1.1.2 国内外数控机床改造的现状1

1.2机床数控改造的必要性和可行性2

1.2.1 市场需求2

1.2.2 必要性和迫切性2

1.2.3 可行性3

1.3 本次数控改造研究设计的主要内容及设计方案3

1.3.1 数控改造的内容3

1.3.2 设计方案4

2 CA6140普通车床数控化改造的可行性分析6

2.1 机床简介6

2.1.1 原机床功能6

2.1.2 原机床精度6

2.1.3 原机床主要技术参数6

2.1.4 原机床传动系统7

2.1.5 原机床电气控制7

2.2 CA6140普通车床数控化改造的可行性论证8

2.2.1 技术可行性论证8

3 数控系统选型11

3.1 数控系统选型原则11

3.2 国内外数控系统比较11

3.2.1 典型数控系统的分析比较12

3.2.2 数控系统的选型14

3.2.3 数控改造的控制方式选择17

3.3 伺服系统改造方案18

3.3.1 进给驱动系统的改造18

3.3.2 主轴驱动系统的改造24

3.3.3 伺服系统连接图27

4 机床强电设计29

4．1 机床强电柜的设计和安装条件29

4.1.1 防止噪音的方法29

4.2 改造后机床强电原理图31

4.2.1 主电路控制元器件的选型31

5 总 结38

参考文献40

致  谢67

1.3 本次数控改造研究设计的主要内容及设计方案

1.3.1 数控改造的内容

　　　1、恢复机床功能，对机床存在的故障部分进行诊断并恢复。

　　　2、利用国外先进数控系统，对机床进行数控化改造。

　　　3、为提高精度、效率和自动化程度，根据改造需要对机械、电气部分元器件进行更换，对机械部分重新修配调整，恢复原精度。

　　　4、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，较大幅度地提高水平和档次。

1.3.2 设计方案

　　　1、数控系统的选择

　　　数控系统是数控机床的中枢，是其中最关键的环节。目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。

　　　首先，要考虑机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费，且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求，不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用。

　　　其次，要考虑数控系统的制造厂商。老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等，国内公司主要有华中数控、广州数控、北京航天等。目前，进口系统的性能尚优于国产系统，但价格也较高，因此适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能可靠使用，且近几年国产系统也有长足进步，与世界先进技术的差距越来越小。

　　　第三，要考虑数控系统与其它配件的匹配。如果数控系统、电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时，就可能会出现输入与输出信号的不匹配及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。

　　　2、伺服系统的选择

　　　伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。在CA6140机床的数控化改造中，选用了性能好、精度高的闭环控制系统。该系统的执行元件——伺服电机，通常采用永磁式交流伺服电机。

　　　永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中，它容量大，结构简单，运行可靠，效率高，但启动特性欠佳。其选择方法是：先确定电机的额定转速，其次选择其负载惯量，然后再确定它的额定转矩，进行电机预选，最后通过进一步的速度、加减速转矩及连续工作转矩的验算确定预选电机是否符合要求。

　　　3、主传动系统的改造

　　　在对主传动系统进行改造时，一般应把原主轴箱齿轮变速换档机构改造成高速档和低速档，电机的转速由变频器来控制，把主轴的调速、正转、反转和停转由原来的机械控制改变为由数控系统控制。这样就扩大了变速范围，实现加工过程中的自动变速，提高机床的性能。另外，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然的联系，要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。CA6140车床改装为数控车床时，在主轴箱内装主轴脉冲编码器，以保证具备螺纹加工的功能。

　　　4、进给传动系统的改造

　　　在对进给传动系统进行改造时，一般都应把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。而每个方向的进给传动都改由各自独立的功率伺服电机，经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。

　　　5、刀架的改造

　　　普通车床改装后需要多把刀能按程序要求自动换刀才能自动完成全部车工工序，所以必须对刀架部件进行改造。即拆掉原手动刀架，装上电气或液压驱动，由数控装置控制的自动刀架。

　　　6、强电结构设计

　　　电气控制柜采用冷轧钢板制作，为了保证电柜的电磁一致性，采用0.8-钢板冲压成形后焊接结构。电柜内部安装板采用镀锌钢板，以提高系统的接地性能。控制柜内各个部件按照强、弱电分开安装、布线。各屏蔽电缆进控制柜的入口处，屏蔽层要接地。进给驱动电动机、主轴驱动电动机的动力线和反馈线直接接入驱动单元，不经过端子转接。各位置反馈线、指令给定线、通信线等弱电信号线采用双绞双屏蔽电缆。开关量端子板、编码盘反馈屏蔽电缆中电源线采用多芯绞合共用，以提高信号电源和这些部件的抗干扰能力。各部件外壳可靠接地;各结构间可靠接地、共地。