CA6140普通車床電路自動(dòng)化改造

1、車床車刀線速度恒定初探摘要：隨著制造業(yè)的迅猛發(fā)展，企業(yè)要在激烈的市場競爭中生存和發(fā)展，就需要以最低的價(jià)格，最好的質(zhì)量和最短的時(shí)間去生產(chǎn)滿足市場的產(chǎn)品。而工廠的現(xiàn)有加工設(shè)備直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，制造周期的快慢，生產(chǎn)成本的高低。因此，提高企業(yè)加工制造裝備的數(shù)控化率則是主要途徑。但是，由于我國的大部分企業(yè)自身的資金問題，要進(jìn)行大規(guī)模添置或更換新型的數(shù)控機(jī)床還比較困難。加之替換下來的機(jī)床閑置會(huì)造成資源的浪費(fèi)。所以，普通機(jī)床的數(shù)控化改造便成為企業(yè)提高其數(shù)控化率的有效途徑。關(guān)鍵字：PLC、車刀、線速度第一章：車床的介紹一、選題意義科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要

2、求。機(jī)械加工工藝過程的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)上述要求的最重要措施之一，它不僅能夠提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，還能夠大大改善工人的勞動(dòng)條件。全功能的數(shù)控系統(tǒng)雖然功能豐富，但成本高，我國一般的中小型企業(yè)購置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行改造，進(jìn)行數(shù)控化、自動(dòng)化改造，以提高生產(chǎn)效率。目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下來的機(jī)床閑置起來又會(huì)造成浪費(fèi)，要解決這些問題，應(yīng)走普通機(jī)床的數(shù)控改造之路。從美國、日本等國家工業(yè)化進(jìn)程看，機(jī)床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控改造，中小企業(yè)則是74%，在美國有許多數(shù)控專

3、業(yè)化公司，為世界各地提供機(jī)床數(shù)控改造服務(wù)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對(duì)一些中小企業(yè)更是如此。圖1-1 CA6140型普通車床實(shí)物圖數(shù)控改造一般是對(duì)普通機(jī)床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工能力，其改造的目的有以下幾點(diǎn)：1、從提高資本效率出發(fā)，改造閑置設(shè)備，發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值。2、為了提高生產(chǎn)效率進(jìn)行數(shù)控改造。3、為了適應(yīng)多品種，小批量零件生產(chǎn)而進(jìn)行數(shù)控改造。4、為了使技術(shù)等級(jí)較低的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進(jìn)行數(shù)控改造。 5、為了減少整個(gè)設(shè)備投資計(jì)劃而進(jìn)行數(shù)控改造。所有這些目的都圍

4、繞一點(diǎn)，即提高機(jī)床的性能價(jià)格比，用較少的價(jià)格得到較高的機(jī)床性能。數(shù)控改造具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)易于對(duì)現(xiàn)有的機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余功能。(2)減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。(3)降低對(duì)工人技術(shù)等級(jí)的要求。(4)數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。(5)數(shù)控改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。二、普通車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)的內(nèi)涵機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床 達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對(duì)局部加以改

5、進(jìn)而成(那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論)。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對(duì)加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求。現(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近。三、數(shù)控車床的性能和精度的選擇并不是所有的舊機(jī)床都可以進(jìn)行數(shù)控

6、改造，機(jī)床的改造主要應(yīng)具備兩個(gè)條件：第一，機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。第二，改造的費(fèi)用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。在改裝車床前，要對(duì)機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定。改裝后的車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長度、主電動(dòng)機(jī)功率等一般都不會(huì)改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機(jī)床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改裝前確定。具體方法如下：（1） 軸變速方法、級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動(dòng)停車等。（2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：進(jìn)給速度：Z向(通常為8400mm/min)；X向(通常為2100 mm/min)。 快速移動(dòng)：Z向(通常為1.24m/min)；X向

7、(通常為1.23m/m軸變速方法、級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動(dòng)停車等。（3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式(一般都選用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng))。（4） 給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是否需要改裝成滾珠絲杠傳動(dòng)。 （5）刀架是否需要配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。（6）其他性能指標(biāo)選擇：插補(bǔ)功能：車床加工需具備直線和圓弧插補(bǔ)功能。刀具補(bǔ)償和間隙補(bǔ)償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設(shè)置刀補(bǔ)和間隙補(bǔ)償功能。四、車床數(shù)控改造方案的選擇當(dāng)數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案。目 前機(jī)床數(shù)控改造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，專用化的機(jī)床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要

8、求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)為滾珠絲杠傳動(dòng)、采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、配置脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能。圖1-2 CA6140型車床電氣控制線路原理圖第二章：變頻器變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成的。一、變頻器的主要作用是：1. 調(diào) 速：普通的三相異步電動(dòng)機(jī)，加裝變頻后可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。即任意地改變電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速，本公司的臺(tái)宇變頻器的頻率范圍是：0-400HZ2.節(jié)能：變頻器調(diào)速比傳統(tǒng)的電磁調(diào)速可以節(jié)電25%-80%，具體

9、節(jié)電的多少就要在看客 戶的設(shè)備的不同而不同；3. 軟啟動(dòng)：變頻器啟動(dòng)對(duì)機(jī)械設(shè)備沒有危害，而硬啟動(dòng)則反之。二、變頻器的特點(diǎn) 采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波。 整流電路的多重化，脈沖數(shù)多，功率因數(shù)高，輸入諧波小。 模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，增強(qiáng)了產(chǎn)品的互換性。 直接高壓輸出，無需輸出變壓器。 極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器。 有的采用光纖通訊技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。 功率單元自動(dòng)旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機(jī)功能。圖1-3三菱FR-E700型變頻器實(shí)物圖隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電氣傳動(dòng)的技術(shù)革命。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計(jì)

10、算機(jī)數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢。交流電機(jī) 變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性 能等諸多優(yōu)點(diǎn)而被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。近年來，發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實(shí) 現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。三、變頻器的選擇選擇變頻器時(shí)必須要充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性。大致分為三種類型: 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載。用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和

11、運(yùn)用場合選擇不同類型的變頻器。在選擇變頻器時(shí)因注意以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次諧波，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加10而溫升會(huì)增加20左右。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防止溫升過高，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。圖1-4變頻器系統(tǒng)原理圖變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，與工頻電源相比，會(huì)降低輸出容量1020，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動(dòng)機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。對(duì)于壓縮機(jī)、振動(dòng)機(jī)

12、等轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的負(fù)載和油壓泵等有峰值負(fù)載情況下，如果按照電動(dòng)機(jī)的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象。因此，應(yīng)了解工頻運(yùn)行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。選擇變頻器時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級(jí)是否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會(huì)影響變頻器的長久運(yùn)行。第三章：PLC模塊三菱PLC英文名又稱：Mitsubish Programmable Logic Controller，是三菱電機(jī)在大連生產(chǎn)的主力產(chǎn)品。 它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控

13、制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。三菱PLC在中國市場常見的有以下型號(hào)： FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-A FR-Q）。一、 各部分作用1、CPU運(yùn)算和控制中心起“心臟”作用。組成：CPU由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路集成在一個(gè)芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。2、存儲(chǔ)器具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。圖1-5 FX-2N 32mt-d

14、 系列PLC實(shí)物圖3、輸入/輸出接口（1）輸入接口：光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極度管和光電三極管組成。發(fā)光二級(jí)管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號(hào)，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號(hào)變化規(guī)律相同的光信號(hào)。光電三級(jí)管：在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)有線性關(guān)系。輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號(hào)。（2）輸出接口PLC的繼電器輸出接口電路工作過程：當(dāng)內(nèi)部

15、電路輸出數(shù)字信號(hào)1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作。4編程器編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實(shí)驗(yàn)室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與計(jì)算機(jī)相連。然后敲擊鍵盤。通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內(nèi)部輸入程序。二、 PLC的基本工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式：1每次掃描過程。集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。集中對(duì)輸出信號(hào)

16、進(jìn)行刷新。2輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。3一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時(shí)間（3）指令條數(shù)6由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。圖1-6 三菱PLC電器原理圖三、 PLC的選型因每種品牌配置不一樣，所以它的選型方式也有所差異，下面著重介紹大家常用的大眾品牌三菱plc的選型方法。1、分析被控對(duì)象并提出控制要求詳

17、細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì)三菱PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。2、如何確定三菱plc的輸入/輸出設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備(如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等)和輸出設(shè)備(如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等)，從而 確定與三菱PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。3、如何選擇三菱PLC三菱 PLC選擇包括對(duì)三菱PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。4、三菱plc分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)三菱PLC外圍硬件線路（1）分配I/O點(diǎn)畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸

18、出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表，該部分也可在第2步中進(jìn)行。（2）設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。第四章、車床電路的PLC改造設(shè)計(jì)一、工作任務(wù)車床能夠完成車削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋，以及切斷和割槽等加工操作，并可以裝上鉆頭或鉸刀進(jìn)行鉆孔和鉸孔等加工，在機(jī)械加工中應(yīng)用極為廣泛，CA6140型車床是其中較為常見的一種。CA6140型車床的控制可以采用繼電器電路，也可以采用PLC電路。本項(xiàng)目中將利用可編程序控制器改造CA6140型車床控制電路，完成

19、CA6140型車床改造電路的設(shè)計(jì)、編程、接線與調(diào)試運(yùn)行工作。二、實(shí)踐操作（1）閉合電源開關(guān)QS主軸電動(dòng)機(jī)M1的綠色啟動(dòng)按鈕SB2、SB3內(nèi)的指示燈HL1、HL2（Y21）亮（2）車床接通電源QS后，可利用車床工作照明燈EL1(Y10)上的開關(guān)SA(X10通斷照明燈。（3） 按下主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕SB2或SB3，指示燈HL1、HL2滅，表示啟動(dòng)指令完成，主軸電動(dòng)機(jī)已啟動(dòng)。圖1-7 PLC外部接線示意圖（4）按下冷卻泵啟動(dòng)按鈕SB5，指示燈HL3滅，表示冷卻泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)按下SB6，主軸電動(dòng)機(jī)停止，冷卻泵電動(dòng)機(jī)隨之停止。（5） 按下紅色停止按鈕SB4，主軸電動(dòng)機(jī)M1停止。（6） 車床接通電源QS后，可利用快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)按鈕SB7控制刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。（7） 加工完畢關(guān)閉電源開關(guān)QS。三、根據(jù)設(shè)計(jì)思路編程1、PLC輸入和輸出地址分配輸入地址表編號(hào)地址說明功能1X1按鈕SB1接入急停2X2按鈕SB2接入啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)3X3按鈕SB3接入啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)4X4按鈕SB4接入停止主軸電動(dòng)機(jī)5X5按鈕SB5接入啟動(dòng)冷卻泵電動(dòng)機(jī)6X6按鈕SB6接入 停止冷卻泵電動(dòng)機(jī)7X7按鈕SB7接入 啟動(dòng)快速電動(dòng)機(jī)8X8開關(guān)SQ1接入 傳動(dòng)帶護(hù)罩開關(guān)