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CA6140机床数控化电气改造设计【电气】【3张图纸】【优秀】

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摘要

　　　在机电液气一体化设备中，数控机床是一种经典的设备。在机械制造中，生产零件结构复杂、要求高精度、产品的批量生产、零件外形多变的问题，用数控机床都能得到很好的解决，并且数控机床还具有稳定的加工质量，生产效率水平高的优点。

　　　作为一条提升企业生产效率和生产质量的有效途径——购买新的数控机床具有高成本的缺点，许多企业都因资金不足而望而却步，这大大拖慢了企业换代旧设备的进度。所以对于普通或者旧机床的数控化改造，是一条降低成本，但同时又能增加产品质量及生产效率的方便路径，通过数控化改造能增加企业竞争力，在我国制造业飞速发展的道路上，数控化改造是一个重要方面。

　　　第一章阐述了课题的研究内容和意义以及数控化改造的研究现状，国内外的发展史；

　　　第二章主要阐述了车床数控化改造的总体方案；

　　　第三章主要论述了SINUMERIK 802D数控系统特点，PLC设计；

　　　第四章主要对机床电气部分进行了改造，设计了机床的主电路和控制电路

　　　第五章对机床机械部分进行了改造，对滚珠丝杠和步进电机进行了设计以及选型。

　　　关键词：数控化改造；PLC；控制

摘要III

AbstractIV

目录V

1绪论1

1.1 本课题的研究内容和意义1

1.2 国内外的发展概况1

1.2.1国内外数控机床的发展概况1

1.2.2国内外数控机床改造概况2

1.3 本章小结4

2 CA6140普通车床数控改造总体方案的设计5

2.1 设计任务5

2.2 原机床简介5

2.2.1 原机床功能5

2.2.2 原机床传动系统5

2.2.3 原机床电气控制5

2.3 总体改造方案7

2.3.1 实现主轴变频调速7

2.3.2 进给系统的改造7

2.3.3 数控系统选择7

2.4 本章小结7

3 数控车床电气控制设计8

3.1 CA6140车床电气控制8

3.1.1 CA6140车床运动形式8

3.1.2 电力拖动特点和控制电路8

3.2 数控化改造的电气控制设计8

3.2.1 数控车床主电路设计8

3.2.2 数控车床控制电路设计10

3.3 本章小结10

4 CA6140车床数控化改造的数控系统11

4.1数控改造的控制方式选择11

4.2 数控系统的选择12

4.3 PLC输入/输出12

4.3.1 输入接口12

4.3.2 输出接口12

4.3.3 电源13

4.3.4 输入/输出（I/O）点的统计13

4.4 主拖动系统变频调速改造15

4.4.1 CA6140车床主拖动系统15

4.4.2 主轴变频控制的基本原理16

4.4.3 变频器的选用16

4.5 梯形图编程17

4.6 本章小结22

5 进给系统的改造设计23

5.1 纵向（Z向）进给系统的设计与计算23

5.1.1 纵车外圆切削力的计算23

5.1.2 纵向（Z向）滚珠丝杠的计算和选型23

5.1.3 纵向（Z向）步进电机的计算和选型25

5.2 横向（X向）进给系统的设计与计算26

5.2.1 横切端面切削力的计算26

5.2.2 横向（X向）滚珠丝杠的计算和选型26

5.2.3 横向（X向）步进电机的计算和选型28

5.3 本章小结29

6 总结与展望30

6.1 论文总结30

6.2 展望30

致谢31

参考文献32

　　　　2 CA6140普通车床数控改造总体方案的设计

　　　本章概述：本章主要对原机床的功能，传动系统，电气控制方面进行了简介，并根据课题需求做出了总体改造方案。

2.1 设计任务

　　　对CA6140普通车床进行数控化改造，能使老旧的车床再次投入生产，而且数控化改造能提高机床的加工质量和精度，并且在生产效率和安全性方面使改造后的车床超越改造前普通车床出厂时的水平。

2.2 原机床简介

2.2.1 原机床功能

CA6140 ——C代表车床，A可理解为这种型号车床在结构上区别于C6140，6表示该车床属于落地及卧式车床组，1说明该车床属于卧式车床系，40是说该车床的最大车削直径为400mm。CA6140车床具有全面的实用性，可以对各种轴类、套筒类零件进行加工，甚至盘类零件上的回转表面也能适用，对于车削端面和各种常用螺纹的加工轻而易举，在这些零件上还能进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花等加工。

2.2.2 原机床传动系统

　　　原CA6140机床的传动系统有两大部分构成。（1）主运动传动链。主运动传动链的作用是将能量源(电动机)的动力传递给主轴，让工件跟主轴一起做旋转运动，从而实现机床的主运动。（2）进给运动传动链，进给运动传动链的作用是带动刀架的纵向和横向移动及车螺纹运动。动力是从电动机传递给进给运动传动链、溜板传再传至刀架，实现刀架运动。

一、题目及专题：

1、题目　　 CA6140机床数控化改造设计　　

2、专题　　　　　

二、课题来源及选题依据

在我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新的情况下，由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行数控化改造是一条节约资金、快速上马的有效途径。

机床完成数控化改造后，可大幅进步机床的加工功率和自动化、智能化程度。下降了操作者触摸风险部位的可能性;操作系统和操作界面越来越契合人机工程学的需求，可有用削减操作者的失误率，削减因失误发生的事端，将带来宏大的安全效益。

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：

① 了解数控机床的工作原理，国内外的研究发展现状；

② 完成CA6140机床的主拖动系统变频调速系统改造；并利用PLC完成控制系统设计；

③ 完成有关零部件的选型计算；PLC程序设计；

④ 熟练掌握有关计算机绘图软件，并提供电气原理图，接线图等设计图纸；

⑤ 完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料1篇。

CA6140机床数控化电气改造设计.gif

QQ截图20131030155237.gif

内容简介：: 无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： CA6140机床数控化改造设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923173 学生姓名：杭晓梁指导教师：黄敏（职称：副教授） 2012年11月25日课题来源自拟题目科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义在过去的几十年，虽然金属切削的基本原理变化不大，但随着社会生产力的发展，要求制造业向自动化和精密化方向发展，而刀具材料和电子技术的几部，特别是微电子技术、电子计算机技术的进步，运用到控制系统中，技能帮助机床的自动化又能提高加工精度，这些都要求对旧机床进行改造。通常完成数控化改造后的机床比传统机床有很多的突出优点。由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲面和曲线。而且计算机有很强的记忆和储存能力，可以将输入的程序记忆和储存下来，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以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不像新购买的机床不了解加工精度，而改造的机床可以精确的计算出加工能力。降低操作者接触危险部位的可能性;操作系统和操作界面越来越符合人机工程学的要求，可有效减少操作者的失误率，减少因失误产生的事故。而且通常机床数控化改造与置办新机床比较，特别是大型、特别机床特别显着。通常大型机床改造，只需新机床置办费用的1/3。在节约本钱的一起，数控化改造还能够节约因悉数更新而形成相应的能源消耗和污染排放。（2）数控化改造的研究状况及其发展前景目前，我国是生产和使用机床最多国家之一,现有金属切削机床400万台左右，但现有的机床大多数服役年限较长,设备陈旧落后,功能严重不足,运用不能满足现代生产的需要，安全问题成为制约其发展的一大阻碍。增加安全性能，提高机床本质安全水平，解决数控化程度较低、人员伤害事故频发、安全水平较低、生产效率不高的问题。从国外成熟经验来看，再制造是数控机床再次利用的最有效办法。数控机床改造就是运用技术创新与技术改造相结合，改造传统产业与发展新兴产业相结合，突出重点与全面提升相结合，并将促进安全生产作为技术改造的重点任务。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。研究内容了解数控机床的工作原理，国内外的研究发展现状；完成CA6140机床的主拖动系统变频调速系统改造；并利用PLC完成控制系统设计；完成有关零部件的选型计算；PLC程序设计；熟练掌握有关计算机绘图软件，并提供电气原理图，接线图等设计图纸；完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料1篇。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析对CA6140普通机床进行了解后，对主拖动系统进行改造，并利用PLC的相关知识进行对控制系统的设计。然后对关键的零部件进行选型计算，并用得出的结论进行选型。还要绘制电气原理图，接线图，流程图，梯形图等。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2013年1月20日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填毕业设计开题报告书，学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年1月21日-2013年3月15日：拟好论文框架，写好第一章绪论，并构思所需要的图纸。2013年3月16日-2013年3月22日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月23日-2013年4月20日：完成CA6140机床的主拖动系统变频调速系统改造，并利用PLC完成控制系统设计，大致完成所需图纸。2013年4月21日-2013年5月3日：完成有关零部件的选型计算；PLC程序设计，并校验图纸。2010年5月6日-2010年5月20日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：达到预期的实验结论：利用PLC完成控制系统设计，完成有关零部件的选型计算，完成论文撰写。特色或创新之处对机床进行改造后能延长机床使用寿命，并且加强机床的功能和精度。对机床进行数控化改造后能进一步保证造作工人的人身安全。已具备的条件和尚需解决的问题现已查阅到数控化改造的相关资料。需要查阅课本和相关资料，熟悉PLC编程。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目 CA6140机床数控化改造设计 2、专题二、课题来源及选题依据在我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新的情况下，由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行数控化改造是一条节约资金、快速上马的有效途径。机床完成数控化改造后，可大幅进步机床的加工功率和自动化、智能化程度。下降了操作者触摸风险部位的可能性;操作系统和操作界面越来越契合人机工程学的需求，可有用削减操作者的失误率，削减因失误发生的事端，将带来宏大的安全效益。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：了解数控机床的工作原理，国内外的研究发展现状；完成CA6140机床的主拖动系统变频调速系统改造；并利用PLC完成控制系统设计；完成有关零部件的选型计算；PLC程序设计；熟练掌握有关计算机绘图软件，并提供电气原理图，接线图等设计图纸；完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料1篇。四、接受任务学生：机械94 班姓名杭晓梁五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）相关资料题目： CA6140机床数控化改造设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923173 学生姓名：杭晓梁指导教师：黄敏（职称：副教授） 2013年5月25日目录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文三、学生“毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表”四、实习鉴定表无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： CA6140机床数控化改造设计信机系机械工程及自动化专业学号： 0923173 学生姓名：杭晓梁指导教师：黄敏（职称：副教授） 2012年11月25日课题来源自拟题目科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义在过去的几十年，虽然金属切削的基本原理变化不大，但随着社会生产力的发展，要求制造业向自动化和精密化方向发展，而刀具材料和电子技术的几部，特别是微电子技术、电子计算机技术的进步，运用到控制系统中，技能帮助机床的自动化又能提高加工精度，这些都要求对旧机床进行改造。通常完成数控化改造后的机床比传统机床有很多的突出优点。由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲面和曲线。而且计算机有很强的记忆和储存能力，可以将输入的程序记忆和储存下来，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以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不像新购买的机床不了解加工精度，而改造的机床可以精确的计算出加工能力。降低操作者接触危险部位的可能性;操作系统和操作界面越来越符合人机工程学的要求，可有效减少操作者的失误率，减少因失误产生的事故。而且通常机床数控化改造与置办新机床比较，特别是大型、特别机床特别显着。通常大型机床改造，只需新机床置办费用的1/3。在节约本钱的一起，数控化改造还能够节约因悉数更新而形成相应的能源消耗和污染排放。（2）数控化改造的研究状况及其发展前景目前，我国是生产和使用机床最多国家之一,现有金属切削机床400万台左右，但现有的机床大多数服役年限较长,设备陈旧落后,功能严重不足,运用不能满足现代生产的需要，安全问题成为制约其发展的一大阻碍。增加安全性能，提高机床本质安全水平，解决数控化程度较低、人员伤害事故频发、安全水平较低、生产效率不高的问题。从国外成熟经验来看，再制造是数控机床再次利用的最有效办法。数控机床改造就是运用技术创新与技术改造相结合，改造传统产业与发展新兴产业相结合，突出重点与全面提升相结合，并将促进安全生产作为技术改造的重点任务。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。研究内容了解数控机床的工作原理，国内外的研究发展现状；完成CA6140机床的主拖动系统变频调速系统改造；并利用PLC完成控制系统设计；完成有关零部件的选型计算；PLC程序设计；熟练掌握有关计算机绘图软件，并提供电气原理图，接线图等设计图纸；完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料1篇。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析对CA6140普通机床进行了解后，对主拖动系统进行改造，并利用PLC的相关知识进行对控制系统的设计。然后对关键的零部件进行选型计算，并用得出的结论进行选型。还要绘制电气原理图，接线图，流程图，梯形图等。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2013年1月20日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填毕业设计开题报告书，学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年1月21日-2013年3月15日：拟好论文框架，写好第一章绪论，并构思所需要的图纸。2013年3月16日-2013年3月22日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月23日-2013年4月20日：完成CA6140机床的主拖动系统变频调速系统改造，并利用PLC完成控制系统设计，大致完成所需图纸。2013年4月21日-2013年5月3日：完成有关零部件的选型计算；PLC程序设计，并校验图纸。2010年5月6日-2010年5月20日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：达到预期的实验结论：利用PLC完成控制系统设计，完成有关零部件的选型计算，完成论文撰写。特色或创新之处对机床进行改造后能延长机床使用寿命，并且加强机床的功能和精度。对机床进行数控化改造后能进一步保证造作工人的人身安全。已具备的条件和尚需解决的问题现已查阅到数控化改造的相关资料。需要查阅课本和相关资料，熟悉PLC编程。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日存档编码：无无锡锡太太湖湖学学院院 2013 届届毕毕业业作作业业周周次次进进度度计计划划、检检查查落落实实表表系别：信机系班级：机械94 学生姓名：杭晓梁课题（设计）名称： CA6140机床数控化改造设计开始日期：2012年11月12日周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题、改进方法指导教师意见并签字备注1-32012年11月12日-2012年12月2日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书存在问题：对课题理解程度不够，对其难点分析不够，分析能力欠缺。改进方法：在指导老师的帮助下，对课题有较深的了解。4-102012年12月3日-2013年1月20日指导专业实训PLC控制综合实训，PLC编程实例设计存在问题：PLC知识不够，编程困难，缺少经验。改进方法：参看电气控制与PLC应用教科书，并上网了解PLC设计的详细过程。11-122013年1月21日-3月1日指导毕业实习相关机械制造厂实习，了解本专业的实践知识存在问题：没有实习实训的经验，无法将课本知融会贯通。改进方法：认真参与工作，虚心求教。132013年3月4日-3月8日查阅参考资料查阅与设计有关的参考资料不少于10篇，其中外文不少于5篇存在问题：查阅资料相关度小，无法满足要求。改进方法：利用空余时间，去图书馆查找相关资料，在网上查找相关文献。142013年3月11日-3月15日翻译外文资料翻译自动控制方面的外文资料存在问题：专业英文水平较低，无法正确翻译专业词汇。改进方法：借助一些翻译软件、专业字典帮助翻译提高翻译准确性性。152013年3月18日-3月22日CA6140车床数控化改造总体方案分析各种需要改造的部分，查阅相关资料，根据实际选择存在问题：缺乏设计经验，逻辑顺序不合理。改进方法：重新确立合理的总体方案。162013年3月25日-3月29日对原机床进行分析，根据总体方案，先对主轴进行改造了解主轴需要完成的动作，根据这些动作完成主轴电路的设计，变频器的选型存在问题：没有接触过变频器，对变频器的功能和如何用变频器控制主轴的知识存在误解。改进方法：认真查阅各方面资料，对变频调速多做了解。172013年4月1日-4月5日对进给系统主电路进行设计分析原来机床进给系统如何运动，再根据改造后进给系统所要完成的动作做出改造设计存在问题：一开始只考虑到了一个方向进给系统的设计，考虑不全面。改进方法：参考资料，从两个方向对进给系统主电路进行设计。182013年4月8日-4月12日对进给系统控制电路进行设计参照教科书，对如何控制主电路完成动作进行设计控制电路存在问题：没有考虑到限位开关的接入。改进方法：重新考虑限位开关的接入方法，并修改控制电路图。周次起止日期工作计划、进度每周主要完成内容存在问题

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