CA6140普通車床數(shù)控改造

1、引言當今世界數(shù)控技術及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀，在此基礎上討論了在我國加入WTO和對外開放進一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性，并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備的幾點看法。裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產(chǎn)業(yè)、生物技術及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的

2、最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 1 緒論1.1問題提出數(shù)控車床作為機電液氣一體化的典型產(chǎn)品，是現(xiàn)代機械制造業(yè)中不可缺少的加工設備，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，能解

3、決機械制造中結構復雜、精密、批量小、零件多變的加工問題，且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、求得發(fā)展,就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出合乎市場需要的、性能合適的產(chǎn)品,而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,制造周期的快慢,生產(chǎn)成本的高低,又往往受工廠現(xiàn)有加工設備的直接影響。購買新的數(shù)控機床是提高數(shù)控化率的主要途徑,但是成本太高，很多工廠在短時間內(nèi)都無法有那么多的資金，這嚴重阻礙企業(yè)的設備更新和設備改造的步伐；同時目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長使用壽命的普通機床，由于普通機床加工精度相對較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動化程度不高，生產(chǎn)自適應性差，但考慮投資

4、成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉型周期，又不能馬上淘汰。而改造現(xiàn)有舊機床、配備與之相適應的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機床改裝成數(shù)控機床，是當前許多企業(yè)對現(xiàn)有設備改造換代的首選辦法，也是提高機床數(shù)控化率的一條有效途徑，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的捷徑，使企業(yè)提升競爭力，在我國成為世界制造業(yè)中心及制造強國的進程中，占有一席之地。1.2國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況  機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導致了應用數(shù)字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。隨著計算機技術的高速發(fā)展

5、，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡等多學科技術，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項

6、參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡化基礎上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)

7、調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術實行變革勢在必行。1.3數(shù)控技術發(fā)展趨勢  (1) 高速高精高效化  速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。 

8、60;(2) 柔性化  包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。  (3) 工藝復合性和多軸化  以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數(shù)控技術軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達24軸。 &

9、#160;(4) 實時智能化  早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務，以確保任務在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m

10、應調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。2 CA6140車床數(shù)控改造的總體方案2.1總體方案總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構的選擇（1）普通車床數(shù)控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結構、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）

11、根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟性要求，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用8位微機。在8位微機中，MCS51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選 MCS51系列單片機擴展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設計自動回轉刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳

12、動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。 （7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。 （8）采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。 （9） 原機床的主要結構布局基本不變，盡量減少改動量 ，以降低成本縮短改造周期。 （10）機械結構改裝部分應注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應方便。2.2設計要求將CA6140普通車床改造成數(shù)控車床。要求該車床具有切削螺紋的功能，縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能

13、。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm，橫向：0.005mm。設計參數(shù)如下：最大加工直徑：在床面上400mm在床鞍上210mm最大加工長度：1000mm快進速度縱向2.4m/min橫行1.2m/min最大切削進給速度縱向0.5m/min橫行0.25m/min代碼制ISO脈沖分配方式逐點比較法輸入方式增量值、絕對值通用控制坐標數(shù)2最小指令值縱向0.01mm/pulse橫行0.005mm/pulse刀具補償量099.99mm進給傳動鏈間隙補償量縱向0.15mm橫行0.075mm自動升降速性能有2.3主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的改造CA6140型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)都由主軸電機控制，而改造后的車床則把主

14、傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的運動分離開。分別由各自的步進電機來控制，但是為保證車床在車螺紋時主傳動運動與進給運動之間的聯(lián)系，所以在拆掉進給系統(tǒng)的同時，必須在主軸上安裝一個脈沖發(fā)生器，來實現(xiàn)主軸傳動和進給運動之間的聯(lián)系。同時，為了提高機床的精度和效率，用滾珠絲杠來代替原機床的光杠，并且采用單獨的步進電機來控制。這樣不僅提高了機床的性能和精度，還提高了機床的使用性能。1. 機械部分的改造首先拆去進給箱、溜板箱；還要對車床的床鞍進行部分的改造，拆去縱向小拖板、 橫向拖板，將絲杠換成滾珠絲杠，并且由一端驅(qū)動的步進電機來控制。2. 刀架的改造CA6140普通車床的刀架不能滿足數(shù)改后的車床的性能和精度的要求。所以

15、，必須要換成數(shù)控自動刀架。2.4主軸脈沖發(fā)生器 為保持切削螺紋的功能，必須在主軸上安裝脈沖發(fā)生器，采用脈沖發(fā)生器直接與主軸由無間隙傳動聯(lián)軸器連接，達到傳動系統(tǒng)結構簡化，傳動鏈短，傳動剛度提高。主軸與脈沖發(fā)生器同步旋轉，發(fā)出兩路信號：每轉發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給數(shù)控裝置（CNC），脈沖發(fā)生器及光柵編碼器安裝位置.主軸脈沖發(fā)生器的結構及原理:脈沖發(fā)生器的組成部分包括白熾燈、聚光鏡、光柵盤、光闌板、光敏管及其光電整形放大電路組成。光柵盤和光闌板都是玻璃材料制成，玻璃表面經(jīng)過研磨拋光后用鍍膜法鍍上一層不透光的鉻層，透光條及用照相腐蝕法制成。在光柵盤上刻有明暗條紋，有單

16、條和1024個條兩組。當平行光束經(jīng)過光柵盤時，在光柵盤的另一面就產(chǎn)生明暗光帶，這光帶通過一個光闌狹縫，照在對應的光敏管上，從而產(chǎn)生光電脈沖信號，經(jīng)斯密特電路整形后輸出。單條紋的一組產(chǎn)生同步脈沖，每轉發(fā)一個脈沖；1024條紋的一組通過光欄上兩個相位差/4間距的狹縫，產(chǎn)生兩組每轉1024個脈沖組相差為/4的脈沖序列，供給微機處理，借以判斷主軸正、反轉，且可以從1024個脈沖中均勻地取出F個脈沖，作為中斷信號控制插補速度，實現(xiàn)F進給控制的目的。3 普通車床電氣控制的改造設計3.1 PLC程序的模塊化設計由于車床的操作過程復雜，機加工控制對象每一工作循環(huán)周期的控制關系比較復雜，因此，如果將各種控制程序

17、“混合”在一起設計，則各程序間必然會相互“牽連”，從而使設計的難度成倍增大。為此決定在PLC用戶程序設計中，采用模塊化設計思想，即對系統(tǒng)按照控制功能進行模塊劃分，將不同功能的程序放在不同的模塊中設計，依次對各控制功能的模塊設計梯形圖。這樣，使得每一部分的程序都可以單獨設計和修改，也就是說設計和修改某一部分程序時，不必擔心會對另一部分程序造成影響。程序結構清晰，便于調(diào)試，還可以根據(jù)需要靈活增加其他控制功能。本次設計中，綜合車床的特點，在開發(fā)該機床的PLC控制程序的過程中將PLC程序劃分為7個模塊，即公用程序模塊、主軸模塊、坐標軸控制模塊、潤滑控制模塊、自動換刀模塊、報警模塊和冷卻控制模塊。 3.

18、2 輸入輸出分配接下來就是編制I/O分配表。I/O分配表是設計梯形圖程序的基礎資料之一，也是設計PLC控制系統(tǒng)時必須首先完成的工作，會給PLC系統(tǒng)軟件設計和系統(tǒng)調(diào)試帶來很多方便。在編制I/O分配表時，同類型的輸入點或輸出點盡量集中在一起,連續(xù)分配。本次程序開發(fā)所用I/O分配見表3-1所示 表3-1 輸入輸出設備與PLC輸入輸出端子分配一覽表 輸入端 輸出端輸入設備 輸入端子號 輸 出 輸出端子號 旋鈕開關 X0X13 循環(huán)啟動 Y0 循環(huán)啟動按鈕 X14 進給保持 Y1進給保持按鈕 X15 單 段 Y2 單段按鈕 X16 機床鎖住 Y3 機床鎖住按鈕 X17 快 進 Y4 主軸正轉按鈕 X20

19、 主軸正轉 Y5 主軸反轉按鈕 X21 主軸反轉 Y6主軸停按鈕 X22 主軸停 Y7X向退按鈕 X23 X向退 Y10 X向進按鈕 X24 X向進 Y11Z向退按鈕 X25 Z向退 Y12Z向進按鈕 X26 Z向進 Y13快進按鈕 X27 NC報警 Y14急停按鈕 X30 超程報警 Y15超程解除按鈕 X33 X回參考點 Y16Z正向行程開關 X34 Z回參考點 Y17Z反向行程開關 X35 進行潤滑 Y20 X正向行程開關 X36 潤滑故障報警 Y21X反向行程開關 X37 換刀完成 Y22 冷卻開按鈕 X40 刀架正轉 Y23 冷卻關按鈕 X41 驅(qū)動指示 Y24潤滑電機起動按鈕 X42

20、 冷卻開 Y25 潤滑油路壓力繼電器 X43 X軸驅(qū)動使能 Y2614號刀到位 X44X47 Z軸驅(qū)動使能 Y27 換刀按鈕 X503.3 梯形圖程序設計在本次程序開發(fā)過程中采用的是FXGP_WIN-C編程軟件。FXGP_WIN-C是在Windows操作系統(tǒng)下運行的FX系列PLC的專用編程軟件，操作界面簡單方便，在該軟件中可通過梯形圖、指令表及SFC 符號來編寫PLC程序。創(chuàng)建的程序可在串行系統(tǒng)中與PLC進行通訊、文件傳送、操作監(jiān)控以及完成各種測試功能。 梯形圖總體框圖 圖3-2 所示為該控制系統(tǒng)的PLC梯形圖程序的總體結構，將程序分為公用程序、回原點程序、主軸控制程序、坐標軸控制程序、報警處

21、理程序、定時潤滑控制程序、冷卻程序、自動換刀控制程序八個部分。公用程序回原點程序主軸控制程序坐標軸控制報警處理程序定時潤滑控制冷卻程序自動換刀控制 圖3-2 PLC程序總體結構最大限度地滿足被控對象的控制要求，是PLC應用程序設計的一大原則。在構思出這個程序主體的框架后，接下來就是以它為主線，逐一編寫各子程序。 公用程序公用程序如圖3-3 所示。 圖3-3 公用程序 回原點程序 在正式進行數(shù)控加工之前，刀架應當先回零，回零之后刀架在機床坐標系中的位置就定下來了。 圖3-4 回原點控制梯形圖圖3-4 所示為刀架自動回原點的梯形圖。 撥開回原點起動按鈕X12，M14變?yōu)镺N, 刀架開始向X和Z兩個

22、方向退，退到X正向行程開關時X36為ON，刀架向Z方向退，到Z向限位處時，X34變?yōu)镺N, Z方向也停止并將M14復位。這時原點條件滿足，M0為ON，在公用程序中，初始步M0被置位，為以后的工作做好了準備。 主軸控制程序數(shù)控機床主軸控制包括主軸正反轉控制和主軸停轉控制等。圖3-5 主軸控制流程圖 圖3-6 主軸控制梯形圖在梯形圖中，主軸正、反轉之間有邏輯互鎖關系，以免控制功能切換時發(fā)生故障。除此之外，必須采用PLC內(nèi)部的時間繼電器進行延時控制，否則會造成正、反轉接觸器同時接通而引起電源短路。這是因為PLC執(zhí)行程序的速度要比接觸器動作速度快得多。程序中用定時器T0和T1來完成5s的轉換延時。另外

23、，還利用PLC內(nèi)部的輔助繼電器M03和M04作為正反轉控制的輔助繼電器。 坐標軸控制程序 坐標軸控制設計的核心是圍繞坐標軸驅(qū)動允許而展開的 10。它包括超程、驅(qū)動故障、坐標軸緊停、坐標軸正常停止等的控制。一方面為PLC給出坐標軸可以運動的信號，另一方面又控制著電機運行。對驅(qū)動器使能、監(jiān)控硬限位和參考點碰塊等的控制邏輯為： 限位開關 超程 自保持 復位 驅(qū)動故障 驅(qū)動允許 超程 驅(qū)動允許 緊停 軸停圖3-7 坐標軸控制邏輯設計 圖3-8 坐標軸控制梯形圖 圖3-9 一種可能的坐標軸運動流程圖 報警處理程序在PLC 控制系統(tǒng)發(fā)生事故、故障時都應發(fā)出報警信號,一般是聲光報警信號。此處用PLC基本邏輯

24、指令實現(xiàn)報警功能,其梯形圖如圖3-10 所示。 圖3-10 報警控制梯形圖當反向行程開關X35、X37被碰到時，繼存器M13接通。同時，特殊繼存器M8013周期性的通斷，與之相連的報警指示燈閃爍，當按下“超程解除” 按鈕X33，繼存器M12接通，報警指示燈熄滅。另外，當反向行程開關接通報警后，將會控制整個機床停止運動。說明：行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。將行程開關安裝在預先安排的位置，當運動部件上的擋塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。 定時潤滑控制程序?qū)τ跈C床潤滑系統(tǒng)的改造可加裝潤滑泵，通過設定潤滑時間的方法進行，這樣可降低手工潤滑的勞動強度，提高

25、設備可靠性。正常情況下按規(guī)定的時間間隔周期性自動啟動，每次按給定時間潤滑。潤滑系統(tǒng)的控制過程如下：在正常工作時，按下潤滑電機起動按鈕后，系統(tǒng)即開始進行潤滑，運行10秒后停止，停止30分鐘后重新開始進行潤滑，如此循環(huán)往復下去。同時，PLC還對潤滑系統(tǒng)的狀態(tài)進行監(jiān)測。PLC在潤滑系統(tǒng)開始進行潤滑后即通過潤滑油路壓力繼電器檢查潤滑油路中潤滑油的流動是否正常，若壓力繼電器一直閉合，說明油路有堵塞。潤滑的5秒定時時間到了之后，開始30分鐘的間隔，此時如果油路中還有油，說明油路有泄露。在這兩種情況下，PLC都會報警，潤滑就會停止。定時潤滑的控制流程如圖3-11。啟動潤滑 進入潤滑狀態(tài)管路中有 油？ 否 是

26、計時10秒后停止?jié)櫥Ｖ節(jié)櫥笥嫊r30分鐘停止?jié)櫥?0分鐘內(nèi)管路中無油？ 是 否潤 滑 報 警 圖3-11 定時潤滑控制流程圖使用FXGP_WIN-C軟件編寫的梯形圖程序如圖3-12。 圖3-12 潤滑控制梯形圖 冷卻程序冷卻是根據(jù)加工任務來選用的，通過操作面板上的冷卻啟動和停止按鈕來進行控制。在急停生效時，冷卻輸出禁止。 圖3-13 冷卻控制梯形圖 自動換刀控制程序 數(shù)控機床要求能夠準確、快速地換刀。為提高換刀的效率和定位精度，滿足在一次裝夾下完成多工序加工的需要，采用電動刀架替換原有的手動刀架。電動刀架可實現(xiàn)刀架的自動回轉和自動換刀，因而可提高加工效率和刀具的重復定位精度。此處選擇結構簡單

27、、體積小、剛性好、價格便宜的四刀位電動刀架。另外，采用電動刀架,也可使機械結構簡單,省去大量液壓管路。選用自動轉位電動刀架，刀架上同時安裝四把不同的車刀，可在一個工序中依次用四把車刀自動完成幾個表面的加工。這對于加工形狀復雜、加工表面較多、相對位置精度要求較高的零件是特別適宜的。發(fā)出換刀指令自動換刀的控制流程如圖3-14。 T0D6T1D5D5 = D6 ?換刀完成 是 D5 D6 ? 否 是 否D5D64 D8D5D6 D8刀架正轉計數(shù)器計數(shù)換刀完成圖3-14 自動換刀控制流程圖該控制的設計充分利用了PLC具有豐富的數(shù)據(jù)功能指令的優(yōu)點，用數(shù)據(jù)指令來進行判斷比較。假設T0是實際刀號,T1為待換

28、刀號。數(shù)據(jù)寄存器D6存放實際刀號，D5存放待換刀號。D7存放待換刀號與實際刀號的差值。用比較指令CMP進行數(shù)據(jù)比較。比較結果使M17，M18，M19中的一個接通。當D5大于D6時，M17接通；D5等于D6時，M18接通；D5小于D6時，M19接通。在程序中首先對D5和D6中存放的值進行比較，判斷是否到位。當D5D6時，表示刀號相符；當D5D6時，將D5D6的值存放到D8中，當D5D6時，將D5D64的值存放到D8中。D8中存放的是旋轉刀位數(shù)，將它作為計數(shù)器的計數(shù)值，由計數(shù)器對轉過的刀位進行計數(shù)，當計數(shù)值到，表示換刀結束。 圖3-15 自動換刀控制梯形圖 需要說明的問題一般而言，PLC應用程序通

29、常還應包括初始化程序，用來將計數(shù)器進行清零、對某些輸出量置位或復位等，以防止系統(tǒng)發(fā)生誤動作?？紤]到本控制系統(tǒng)中各模塊之間差異較大，沒有專門編制這一子程序，而是將這些內(nèi)容穿插在相關的子程序中。4 普通車床的常見故障及維修方法4.1車削價工中的工件出現(xiàn)圓度誤差： 1.主軸的軸承間隙過大，主軸旋轉精度有徑向跳動及軸向竄動，調(diào)整軸承間隙。 2.主軸承磨損，更換。 3.主軸承的外徑或主軸箱體的軸孔呈橢圓形、或相互配合間隙過大，更換軸承外套或修正主軸箱軸孔。 4.卡盤后面的連接盤的內(nèi)孔、螺紋配合松動，修配連接盤。 5.工件用兩頂尖安裝時，中心孔接觸不良或后頂尖頂?shù)貌痪o，使回轉頂尖產(chǎn)生振動，工件在兩頂尖間安

30、裝需松緊適當，發(fā)現(xiàn)回轉頂尖產(chǎn)生扭動須及時修理或更換。 4.2 車削時工件出現(xiàn)錐度： 1.用卡盤安裝工件縱向進給車削時，產(chǎn)生錐度是由于主軸軸心線在水平面和垂直面上相對溜板移動導軌的平行度超差。必須重新檢查并調(diào)整主軸箱安裝位置和刮研修正導軌。 2.車床床身導軌面嚴重磨損精度超差，即導軌平面內(nèi)直線度超差，導軌在垂直面內(nèi)的直線度超差，由于山形導軌和平導軌磨損量不等，使溜板移動時產(chǎn)生傾斜誤差。刮研導軌，可用導軌磨床磨削導軌，使其達到標準。 3.用一夾一頂或兩頂尖安裝工件時，由于后頂尖不在主軸的軸中心或前后頂尖不等高及前后偏移。可調(diào)整尾座偏移量到標準。 4.主軸箱溫升過高，導致車床主軸中心線升高及傾斜。檢

31、查主軸箱箱內(nèi)的熱源，主要是主軸軸承問題，另外如潤滑油質(zhì)量等，應及時排除。 4.3、精車圓柱表面時出現(xiàn)波紋： 1.主軸的軸向游隙超差，可調(diào)整主軸后端的推力軸承的間隙。 2.主軸滾動軸承磨損或間隙過大，應調(diào)整或更換主軸的滾動軸承，加強潤滑。 3.主軸的滾動軸承外環(huán)與主軸箱主軸孔的間隙過大，修復軸孔或更換軸承。 4.溜板的滑動表面之間間隙過大，調(diào)整床鞍、中滑板、小滑板的鑲條和壓板到合適的配合，使移動平穩(wěn)、輕便。 5.進給箱、溜板箱、托架的三支承不同軸，轉動時有卡阻現(xiàn)象，找正光桿絲桿與床身導軌的平行度，校正托架安裝位置，調(diào)整進給箱、溜板箱、托架三支承的同軸度，使床鞍在移動時無卡阻現(xiàn)象。 4.4、精車端

32、面工件時在直徑上每隔一定距離重復出現(xiàn)波紋： 1.床鞍上導軌磨損，刮研配合導軌鑲條至標準。 2.橫向絲桿彎曲，校直絲桿。 3.中滑板的橫向絲桿與螺母的間隙過大，中滑板下的橫向絲桿與螺母由于磨損面間隙過大產(chǎn)生竄動，須予以調(diào)整。 4.5、車削螺紋時螺距不均勻及亂紋（小螺距螺紋）： 1.機床的絲桿磨損、彎曲，采用修正絲桿，配合螺母的方法來解決，并校正彎曲絲桿。 2.開合螺母磨損，因與絲桿不同軸而造成嚙合不良，間隙過大，并因其燕尾導軌磨損面造成開合螺母閉合時不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)絲桿和開合螺母的間隙。 3.絲桿的軸向游隙（包括軸向竄動）過大，進行絲桿的軸向竄動測量并修復。 4.床鞍運動不穩(wěn)定，如爬行、床鞍手柄的旋轉輕重不一，溜板箱內(nèi)的齒輪缺損或嚙合不良，檢查齒輪情況，調(diào)整相應機構的間隙。 5.主軸軸向竄動，調(diào)整主軸后端的角度接觸球軸承，使主軸的軸向游隙控制在0.01-0.02mm，測定主軸軸肩支承面的跳動允差0.015mm。 4.6、主軸箱溫升過高（非正常溫升）： 1.軸承發(fā)熱，噪聲大，軸承精度低，選擇規(guī)定精度等級的軸承。 2.主軸彎曲或箱體孔不同軸，修復主軸或箱體。 3.潤滑不良，選用規(guī)定牌號的潤滑材料，并適當清潔。 4.軸承磨損，配合間隙不當，更換軸承，調(diào)整間隙。 總結隨著微電子技術的發(fā)展，我國的機床數(shù)控化在近十