畢業(yè)設計（論文）-C6160臥式車床數(shù)控化改造設計（含圖紙）

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1、 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 1 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 摘要摘要 中國是一個傳統(tǒng)的機械制造大國，但其裝備水平落后，特別是一些老機械 制造廠大多還是比較舊的機床，遠遠不能滿足加工的要求。 針對目前制業(yè)的技術裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機械制造業(yè)裝備進行改造，解決機 械制造業(yè)中的些技術問題，用現(xiàn)代先進技術對舊的設備進行改造和提升，是我 國制造業(yè)的展方向。 本課題是針對己報廢的 C616 普通廢舊車床進行數(shù)控化改造，現(xiàn)實意義在于 如何尋找一種可行的、有推廣價值的設備改造方法，對傳統(tǒng)機制造行業(yè)的技術 裝備進行技術提升，以解

2、決目前設備老化所帶來的問題。 根據(jù)數(shù)控車床所承擔加工任務的特點，其加工的零件類型大多分為軸類套 類、盤類等，依據(jù)成組工藝技術的原理，我們提出首先編寫各類零件成組藝， 依據(jù)成組工藝，編寫數(shù)控程序，將數(shù)控加工程序編號存入 PC 機中的方法完成對 零件的快速程序編制，提高生產(chǎn)效率。 通過這種方法，可以變小批生為“大”批生產(chǎn)，可以有效的提高生產(chǎn)效率， 同時降低對操作人員的要求。 關鍵字：關鍵字：機床改造， 數(shù)控技術， 數(shù)控機床，自動刀架 CADCAD 設計圖紙，設計圖紙，QQ153893706QQ153893706 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機

3、電一體化 第 2 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX Abstract China is a traditional mechanical manufacturing country, but the level of their equipment behind, especially in some of the old machinery factory most of the older machines still far from meeting the requirements of processing. For the current status of technol

4、ogy and equipment manufacturing industry, the traditional machinery manufacturing equipment to transform, to solve some technical machinery manufacturing industry in question the old with modern advanced technology to transform and upgrade the equipment, is the development direction of Chinas manufa

5、cturing industry. This topic has been scrapped for the C616 is a general transformation of used CNC lathe, practical significance is how to find a feasible and promote the value of the equipment modification method, the traditional machine manufacturing industry, technology and equipment for technic

6、al upgrading, to address the current equipment the aging problem. CNC lathe processing according to the task undertaken by the characteristics of most of its processing of the part type is divided into shaft sleeve, plate etc., based on the principles of group technology, we propose the preparation

7、of various components into a first group of Arts, based on group technology, the preparation of NC program, NC program code stored in the PC, a method of rapid completion of the part programming, improve production efficiency. In this way, can change a small group of students as “l(fā)arge“ batch, can e

8、ffectively increase productivity, while reducing demands on the operator. Key word: Transformation tools, numerical control technology, CNC machine tools, automatic knife 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 3 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 目錄目錄 一、緒論一、緒論1 1 (一)數(shù)控設備與技術現(xiàn)狀2 (二)數(shù)控技術4 4 (三)對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化

9、發(fā)展的戰(zhàn)略思考1111 (四)設備數(shù)控化改造的現(xiàn)狀1212 (五)本文的選題及主要研究內(nèi)容1313 二、二、 西門子西門子 802S802S 數(shù)控系統(tǒng)介紹數(shù)控系統(tǒng)介紹1515 (一)西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能1515 (二)系統(tǒng)配置方案研究1515 三、三、 控制電路設計控制電路設計1818 (一)電路設計18 (二)X、Z 軸限位和參考點返回電路18 (三)機床參數(shù)設置24 (四)控制元件清單.24 (五)控制電路安裝接線圖26 四、四、 數(shù)控車床總體改造方案及機械部分設計數(shù)控車床總體改造方案及機械部分設計2727 (一)設計要求27 (二)改造方案的確定28 (三)傳動系統(tǒng)改裝設

10、計與計算29 (四)步進電動機的選擇37 (五)電動刀架的選擇38 五、五、 數(shù)控機床操作數(shù)控機床操作3939 (一)數(shù)控機床操作指南39 六、六、 應用效果應用效果4545 (一)應用前景分析45 (二)經(jīng)濟效益分析45 結論結論4747 致謝致謝4848 參考文獻參考文獻4949 附件：附件：車床數(shù)控系統(tǒng)電路原理圖，C6160 數(shù)控車床縱向進給傳動機 構，C6160 數(shù)控車床橫向進給傳動機構 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 4 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 一、緒論一、緒論 ( (一一) )數(shù)控設備與技術現(xiàn)狀數(shù)

11、控設備與技術現(xiàn)狀 1.1.數(shù)控設備 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)己有較多的使用， 在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少量機床 以 FMS 模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率 不高，管理方式落后的狀態(tài)。1 年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第 5 名，機 床消費額在世界排名上升到第 3 位，達 47.39 億美元，僅次于美國的 53.67 億 美元1，消費額比上一年增長 25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求， 使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001 年進口機床躍升至世界第 2 位，達 24.06 億美元，比上年增

12、長 27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種 加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、 鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品 種以中低檔為主。國內(nèi)數(shù)控機床的特點 1.新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導地位 例如:全長 33 公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”期間國家重點建 設項目，其中組成列車線的 2550 根軌道梁是整個工程的最關鍵部分，對加工軌 道梁的精度提出了相當高的要求。去年年初，沈陽機床集團機床股份有限公司 中捷友誼廠以工期 6 個月、標的 6200 萬元在磁懸浮軌道專

13、用數(shù)控機床項目公開 招標中折桂，并于 8 月底將一次性驗收合格的 8 臺數(shù)控鏗銑床組成的軌道梁生 產(chǎn)線一次試車成功，目前這套銑 M 加工中心已加工出軌道梁 1100 根，確保了軌 道梁的加工精度和速度，為實現(xiàn)今年年底試車打下了良好的基礎。 2.數(shù)控機床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高 2001 年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達 1.8 萬臺，比上年增長 28.5%.金切機床 行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從 2000 年的 17.4%提高到 2001 年的 22.7%2。 3.數(shù)控機床發(fā)展的關鍵配套產(chǎn)品有了突破 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 5

14、 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 近年來通過政府的支持，數(shù)控機床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展。如北京航天 機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司建立了具有自主知識產(chǎn)權的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺; 煙臺第二機床附件廠開發(fā)了為數(shù)控機床配套的多種動力卡盤和過濾排屑裝置;濟 南第二機床集團公司的數(shù)控龍門幢銑床、數(shù)控落地鏗銑床及數(shù)控鍛壓設備等 30 多個系列 100 多個品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。 2.2.國外數(shù)控機床狀況分析 1.國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床 1998 年世界機床進口額中大部分是數(shù)控機床，美國進口機床的數(shù)控化率達 70%，我國為 60%。目前世界數(shù)控機床消費趨勢已從初期以數(shù)控電加工機床、數(shù) 控車床、數(shù)

15、控銑床為主轉向以加工中心、專用數(shù)控機床、成套設備為主。 2.國外數(shù)控機床的網(wǎng)絡化 隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術日益普遍運用，數(shù)控機床走向網(wǎng)絡化、集成化 己成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進入制造工廠的車間只是時間的問題。從另 一角度來看，目前流行的 ERP 即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常 的管理部門(人、財、物、產(chǎn)、供、銷)或設計、開發(fā)等等上層部分的信息化是 遠遠不夠的，工廠、車間的最底層加工設備數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡或信息 化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的 ERP 就比較“虛”沒有能 夠真正地解決制造工廠的最關鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn) 代制造工廠來說，第一

16、是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達到起 碼的數(shù)量或比例;第二就是所擁有的數(shù)控機床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功 能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。 以 FANUC 和西門子為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡 功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的 RS232 接口外，還備有以太網(wǎng)接 口，為數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的 網(wǎng)絡接口功能被定義為用于遠程監(jiān)控、遠程診斷。 3.數(shù)控機床的發(fā)展預測 1.數(shù)控機床推廣應用逐步由經(jīng)濟型為主向普及型為主轉變 據(jù)預測分析， 到 2005 年我國機床的數(shù)控化率為 9.5%

17、-10.36%，到 2010 年將達到 16.5%-19.27%。 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 6 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 經(jīng)濟型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長，高級型的需求緩慢增長。 2.數(shù)控金切機床的構成比逐漸趨于合理 數(shù)控機床工序集中的加工特點，將使具有復合功能的高效數(shù)控機床的需求 增長，這將導致數(shù)控機床擁有量和市場消費量中各類數(shù)控機床的構成比不同于 傳統(tǒng)的機床構成比。 3.數(shù)控機床的應用由單機向單元(系統(tǒng))方向發(fā)展 目前歐、美、日等國應用 DNC 己很普遍，柔性制造單元己占數(shù)控機床銷售

18、量的 30%以上。而我國 FMC, FMS 和 FML 的擁有量不足 50 套，相當于日本 80 年 代的水平，占數(shù)控機床消費額不到 5%。 4.出口前景良好 1998 年及前幾年我國機床工具的出口額徘徊在 5 億美元左右，2000 年上升 到 7.85 億美元，隨著東南亞經(jīng)濟復蘇和我國出口多極化市場的形成和鞏固，以 及我國加入 WTO，今后幾年我國機床出口將實現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長。預計到 2005 年出口創(chuàng)匯可達到 12 億美元3。 4.入世對中國機械工業(yè)的結構性沖擊 加入 WTO 后，外資對我國機械工業(yè)的結構性沖擊主要表現(xiàn)在以下幾點： 1.部分行業(yè)發(fā)展主導權有可能受到?jīng)_擊 在以下行業(yè)將表現(xiàn)得更

19、為突出:一 是在國內(nèi)處于市場成長期、外方掌握專有技術并處于壟斷地位的技術密集型行 業(yè)，如燃氣輪機、直流輸關鍵設備、半喂入式水稻聯(lián)合收割機、機電一體化的 汽車發(fā)動機附配件等;二是單靠有限市場難以發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力、迫切需要全球 市場支撐的行業(yè)，如高壓開關、大型變壓器、高檔科學儀器、高檔數(shù)控系統(tǒng)、 智能化工業(yè)控制系統(tǒng)等;三是國內(nèi)外制造成本相差較大、外方享有明顯的品牌優(yōu) 勢、在華設廠可以在世界市場獲取豐厚利潤的勞動密集型或易于流通的裝配型 產(chǎn)品行業(yè)，如照相機、復印機、部分工業(yè)和民用儀表、高品質低壓電器等。 2.工程成套行業(yè)將面臨更嚴峻的競爭 隨著服務貿(mào)易領域對外開放，實力雄厚的國外公司可能更積極地到國

20、內(nèi)舉 辦由其控制的、以工程承包為主要業(yè)務的工程公司，以其母公司產(chǎn)品為后盾， 以熟悉國內(nèi)情況的中方雇員為業(yè)務骨干，與我內(nèi)資企業(yè)展開激烈的競爭。 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 7 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 3.我國機械工業(yè)自主技術創(chuàng)新的積極性有可能被抑制 由于外資在華機械企業(yè)主要承擔制造車間的角色，技術來源主要依靠其母 公司，而原本就實力有限的內(nèi)資企業(yè)在完全開放的市場競爭中堅持自行研制開 發(fā)將冒很大風險，為了節(jié)省投入，提高產(chǎn)品的形象，多數(shù)內(nèi)資企業(yè)將盡可能與 外方合作，采用國際同行的技術進行生產(chǎn)。 4.處于幼稚期的

21、自主產(chǎn)業(yè)的成長環(huán)境趨于嚴峻 由于國外企業(yè)將更加不愿轉讓技術，更愿意通過在華舉辦由他們控制的企 業(yè)來與內(nèi)資機械企業(yè)爭奪中國用戶的訂單，國內(nèi)用戶也有了更多的便利采購外 資產(chǎn)品，從而部分處于成長初期的重要產(chǎn)品自主產(chǎn)業(yè)的培育壯大將更困難。 ( (二二) )數(shù)控技術數(shù)控技術 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

22、動的最基本的生產(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?，大力發(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。 數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備 是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形

23、成的機電 一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域:(1)機械制造技 術;(2)信息處理、加工、傳輸技術;(3)自動控制技術;(4)伺服驅動技術;(5)傳 感器技術;(6)軟件技術等。 1.數(shù)控技術的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 8 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生 的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因 為這些行業(yè)所需裝備的

24、數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢4。從目前世界上數(shù)控技術 及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。 1.高速、高精加工技術是裝備的新趨勢 效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效 率，提高產(chǎn)品的質量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先 端技術研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產(chǎn)工程學會(CIRP)將其 確定為 21 世紀的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒/輛，而且多品種加工是 轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多 為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在

25、高切削速度和切削力很 小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏 空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺 釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加 工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。目前高速加工中心進給速度可達 80m/min，甚至更高，空運行速度可達 100m/min 左右。目前世界上許多汽車廠， 包括我國的上海通用汽車公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替 代組合機床。美國 CINCINNATI 公司的 HyperMach 機床進給速度最大達 60m/min，快速為 100m/min，加速度達

26、2g，主軸轉速己達 60000r/min。加工一 薄壁飛機零件，只用 30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需 3h，在普通 銑床加工需 8h;德國 DMG 公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達 12000r/mm 和 1g。在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已 由 100um 提高到 51um，精密級加工中心則從 3-5um，提高到 1-1.5um，并且超 精密加工精度已開始進入納米級(O.O1um)。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達 6 OOOh 以上，伺服系統(tǒng)的 MTBF 值達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加

27、工， 與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步 擴大。2.5 軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 9 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 采用 5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削， 不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1 臺 5 軸聯(lián)動機床的效率 可以等于 2 臺 3 軸聯(lián)動機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料 銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時，5 軸聯(lián)動加工可比 3 軸聯(lián)動加工發(fā)揮更 高的效益。但過去因 5 軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結

28、構復雜等原因，其價格要比 3 軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍，加之編程技術難度較大，制約了 5 軸聯(lián)動機床的發(fā) 展。當前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實現(xiàn) 5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡 化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復 合主軸頭類型 5 軸聯(lián)動機床和復合加工機床(含 5 面加工機床)的發(fā)展。新日本 工機的 5 面加工機床采用復合主軸頭，可實現(xiàn) 4 個垂直平面的加工和任意角度 的加工，使得 5 面加工和 5 軸加工可在同一臺機床上實現(xiàn)，還可實現(xiàn)傾斜面和 倒錐孔的加工。德國 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次裝夾下 5 面加工和 5 軸聯(lián)動加

29、工，可由 CNC 系統(tǒng)控制或 CAD/CAM 直接或間接控制5。 3.智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控 系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自 適應控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前 饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;簡化 編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等:還 有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問

30、題。 目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究，如美國的 NGC 歐共體的 OSACA、日 本的 OSEC，中國的 ONC 等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所 謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠 家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象(數(shù)控功能)，形成系列化，并 可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制。 系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明 個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、 運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核 江漢大學機建學院 2011 屆畢

31、業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 10 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 心。 數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成 的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。 國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關的新概念 和樣機，如在 EM02001 展中，日本山崎馬扎克(Mazak)公司展出的 “CyberProduction Center“(智能生產(chǎn)控制中心，簡稱 CPC)6 ; 日本大限(Okuma)機床公司展出“IT plaza“(信息技術廣場，簡稱 IT 廣場);德 國西門子(

32、Siemens)公司展出的。 4.重視新技術標準、規(guī)范的建立 (1)(1)關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用 性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃， 并進行開放式體系結構數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC, OSACA, OSEC)的研究和制定，世界 3 個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定，預示了 數(shù)控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在 2000 年也開始進行中國的 ONC 數(shù) 控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 (2)關于數(shù)控標準數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。 數(shù)控技術誕生后的 50 年間的信息交換都是基于工 S06

33、983 標準，即采用 G, M 代碼描述如何(how)加工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他己越來越不能 滿足現(xiàn)代數(shù)控技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標準 IS014649 (STEP-NC)7，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中 性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過 程，乃至各個工業(yè)領域產(chǎn)品信息的標準化。STEP-NC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術領 域的一次革命，對于數(shù)控技術的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首 先，STEP-NC 提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC 加工程序都集 中在單個計算機上。而在新標準

34、下，NC 以及歐洲 OSACA-NC 數(shù)控系統(tǒng)的原型樣 機上進行了驗證。 5.數(shù)控設備更注重安全性、操作性 數(shù)控設備是集機電一體化的產(chǎn)品，由于其自動化程度高，所以對其安全性 和可操作性有了更高的要求。 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 11 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 2.對我國數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計 1.我國在數(shù)控技術方面所取得的成績 我國數(shù)控技術起步于 1958 年，近 50 年的發(fā)展歷程大致可分為 3 個階段:第 一階段從 1958 年到 1979 年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術 封鎖

35、和我國的基礎條件的限制，數(shù)控技術的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家 的“六五” 、 “七五”期間以及“八五”的前期，即引進技術，消化吸收，初步 建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開 發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方 面都取得了長足的進步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間， 即實施產(chǎn)業(yè)化的研究，進入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn) 業(yè)化取得了實質性進步。在 “九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場占有率達 50%，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達到了 10%?？v觀我國數(shù)控技術近 50 年的發(fā) 展歷程，特別是經(jīng)過

36、4 個 5 年計劃的攻關，總體來看取得了以下成績8。 (1)奠定了數(shù)控技術發(fā)展的基礎，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術我國現(xiàn)在己 基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動、數(shù)控主機、專機及其配套件的基礎技術， 其中大部分技術已具備進行商品化開發(fā)的基礎，部分技術已商品化、產(chǎn)業(yè)化。 (2)初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地在攻關成果和部分技術商品化的基礎上， 建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。蘭州 電機廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機生產(chǎn)廠以及北京第一機床廠、濟 南第一機床廠等若干數(shù)控主機生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè) 基地。 (3)建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍雖然在

37、數(shù)控技術的研 究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進步，但我們也要清醒地認識到，我國高 端數(shù)控技術的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實需 求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比(與國外對比)不 僅技術水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備 的技術水平差距有擴大趨勢。 2.從國際上來看，對我國數(shù)控技術水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計 (1)技術水平上，與國外先進水平大約落后 1015 年，在高精尖技術方面則 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 12 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXX

38、XX 更大。 (2)產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn); 功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低;外觀質量相對差;可靠 l 性不高，商 品化程度不足;國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應，用戶信心不足。 (3)可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術的研究開發(fā)、工程化能力較弱;數(shù) 控技術應用領域拓展力度不強;相關標準規(guī)范的研究、制定滯后。 3.存在差距的主要原因 (1)認識方面對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進程艱巨性、復雜性和長期性的特點認識不足;對 市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足;對我國數(shù)控技術應用 水平及能力分析不夠。 (2)體系方面從技術的角度關注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時

39、候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè) 鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候少;沒有建立完整的高質量的配套體系、 完善的培訓、服務網(wǎng)絡等支撐體系。 (3)機制方面不良機制造成人才流失，又制約了技術及技術路線創(chuàng)新、產(chǎn)品 創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實施，往往規(guī)劃理想，實施困難。 (4)技術方面企業(yè)在技術方面自主創(chuàng)新能力不強，核心技術的工程化能力不 強。機床標準落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標準研究不夠。 ( (三三) )對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 1.戰(zhàn)略考慮 我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移， 即要掌握先進制造核心技術，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結構

40、調(diào)整中，我國制造業(yè) 將進一步“空芯” 。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世 界新經(jīng)濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心” ，而非掌握核心技術的制造 中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。 我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會 安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民 的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定;其次從國防安全 看，西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質，對我國實現(xiàn)禁運 和限制， “東芝事件”和“考克斯報告”9就是最好的例證。 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計

41、C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 13 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 2.發(fā)展策略 從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為 導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方 法，選擇能夠主導 21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產(chǎn) 業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍 式發(fā)展。強調(diào)市場需求為導向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(如量大面廣的 數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關鍵 設備等)帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能

42、部件(數(shù)字化伺服 系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等)的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。 沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的 產(chǎn)品;當然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā) 方面，要強調(diào)產(chǎn)、學、研以及最終用戶的緊密結合，以“做得出、用得上、賣 得掉”為目標，以解決國家之急需。在競爭前數(shù)控技術方面，強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào) 研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的技術和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至 整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。 ( (四四) )設備數(shù)控化改造的現(xiàn)狀設備數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 目前，關于設備改造方面的報道比較多，其方法多種多樣，具體表現(xiàn)在:

43、 1.根據(jù)用戶的需求可以選擇不同的數(shù)控系統(tǒng)。 2.根據(jù)要求可以進行經(jīng)濟性數(shù)控化改造，也可以進行智能化數(shù)控設備改造。 不管哪種形式的數(shù)控改造，最基本的思路是要滿足用戶的基本使用需求。 但目前對車床的數(shù)控化改造，主要是經(jīng)濟性數(shù)控化改造。在改造過程中，主要 沿用系統(tǒng)供應商提供的外部接線要求進行控制電路設計，沒有對系統(tǒng)進行深入 的分析研究，不能結合實際應用解決當前同類設備存在的問題，比如:現(xiàn)在的設 備普遍采用正邏輯控制，當限位保護電路，如發(fā)生電路開路或接觸不良時，不 會立即報警，容易造成事故。針對目前同類數(shù)控設備使用中存在的問題，經(jīng)過 仔細的研究和分析系統(tǒng)特性，在改造設備時所有限位保護電路均采用負邏輯

44、， 如發(fā)生電路開路或接觸不良時會立即報警，防止意外事故發(fā)生;設定了特殊的限 位控制裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。這一技術已經(jīng) 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 14 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 申請了國家發(fā)明專利。另外，我們知道車床加工的主要任務是承擔軸類、套類、 盤類等零件的加工。成本、質量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力 和市場競爭能力的 4 個要素，采用傳統(tǒng)的非數(shù)控生產(chǎn)方式只有達到一定閉值的 大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述 4 個方面的統(tǒng)一。但在當前激烈的市場競爭環(huán) 境下，以生產(chǎn)為中

45、心，企業(yè)為主導的賣方市場已轉向以市場需求為中心,用戶為 主導的買方市場，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟壽命大大縮短， 這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境;其次，衡量企業(yè)競 爭力的首位因素也由成本轉為交貨期。為此，發(fā)展柔性結構體系的數(shù)控制造裝 備及制造系統(tǒng)是實現(xiàn)在快速多變的市場環(huán)境中對用戶驅動的市場需求作出靈活、 快速響應的關鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的柔性化是指當產(chǎn)品的品種的需求 發(fā)生變化時，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟性的前提下，實現(xiàn)及時轉換生產(chǎn)的適應能力。 同時，持續(xù)地提高經(jīng)濟加工精度也是適應市場競爭的另一個主要目標。因而作 為評定數(shù)控機床及系統(tǒng)效能的基本指標也將由傳統(tǒng)的工

46、作精度和切削能力改為 用高效柔性和高精化的程度來衡量。 高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競爭激烈的市場環(huán)境下的兩個最 主要的要求，即產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質量的持續(xù)提高。如何達到上述 要求，進一步提高其生產(chǎn)的柔性化，達到操作的簡便易行，在改造過程中利用 成組技術，來把單件多品種生產(chǎn)轉變成變品種的批量生產(chǎn)，設計共用化的程序 存入系統(tǒng)，減少編程的麻煩，提高了加工效率。這一創(chuàng)新思路是目前市場上沒 有的，該技術己申請專利。同時采用無級變速方式，使其轉速提高到 2000r/min，實現(xiàn)了高速化。 ( (五五) )本文的選題及主要研究內(nèi)容本文的選題及主要研究內(nèi)容 對已報廢的兩臺 C616 普通廢舊

47、車床進行數(shù)控化改造。通過改造，其目的就 是要創(chuàng)新一些技術，以便進行推廣。課題組接到任務后，認真仔細的研究改造 方案，分析現(xiàn)在經(jīng)濟型數(shù)控車床容易出現(xiàn)安全性故障的原因，經(jīng)過反復的論證， 在設計過程中，所有限位保護電路均采用負邏輯，如發(fā)生電路開路或接觸不良 時會立即報警，防止意外事故發(fā)生;設定了特殊的限位控制裝置，使刀架在特定 的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。 合理的設計控制系統(tǒng)，利用原機床的電機作為主電機，節(jié)約了購買電機的 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 15 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 費用。要求改進后的設備能提高

48、精度達到數(shù)控行業(yè)標準(JB2670-82)10，同時滿 足操作方便，對使用人員要求不高的要求。 1.主要研究內(nèi)容 1. C616 車床數(shù)控化改造總體機械部件設計。 2.主要部件的設計和選用。 3.創(chuàng)新設計數(shù)控機床限位保護裝置。使設備發(fā)生電路開路或接觸不良時， 應立即報警，防止意外事故發(fā)生，提高設備使用的安全性。 4.設計雙限位保護開關，使刀架在特定的位置不能換刀。 5.滿足設備的各項性能指標。 6.對完成改造后的機床進行安裝、調(diào)試，使其達到用戶使用要求。 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 16 頁 姓名：XXX 學號：XXXXX

49、XXX 二、二、 西門子西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)介紹數(shù)控系統(tǒng)介紹 ( (一一) )西門子西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能數(shù)控系統(tǒng)的基本功能 德國西門子公司生產(chǎn)的 802S 數(shù)控系統(tǒng)是一種專門針對中國市場開發(fā)的經(jīng)濟 型機床數(shù)控系統(tǒng)。它采用 32 位的微處理器(AM486DE2 )、集成 PLC，分離式小 尺寸操作面板、液晶顯示器和機床控制面板。802S 可以控制 2-3 個步進電機驅 動的進給軸和一個主軸。 802S 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能如下: 1.線性插補軸最多 3 軸(開環(huán))。 2.一個變頻器驅動的主軸，具有主軸編碼器反饋接口11。 3.PLC 模塊具有 16 個輸入點和 16 個輸出點

50、，經(jīng)擴展可以達到 64 個輸入點 和 64 個輸出點。 4.支持中/英文轉換。 5.螺距補償和間隙補償。 6.具有故障報警信息顯示和診斷數(shù)據(jù)顯示。 7.支持車削循環(huán)和銑削循環(huán)。 8.刀具補償功能。 9.螺旋插補功能。 10.用戶程序存儲器 256K. 11.可以擴展兩個電子手輪。 12.通過特定的參數(shù)設置可以獲得示教功能。 ( (二二) )系統(tǒng)配置方案研究系統(tǒng)配置方案研究 1.西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)配置 802S 數(shù)控系統(tǒng)配置和連接圖如圖 2-1 所示。 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 17 頁 姓名：XXX 學號：XXX

51、XXXXX 圖 2-1 數(shù)控系統(tǒng)配置和連接 2.系統(tǒng)配置方案研究 根據(jù)用戶使用要求，經(jīng)過嚴格的分析計算，確定系統(tǒng)配置如下: 1.按照用戶的要求，選用 802SSNC 系統(tǒng)，含顯示和操作面板。 2.根據(jù) Z 軸的進給功率要求，通過計算，選擇 12N.M 的步進電機。 3.X 軸和 Z 軸驅動器，選用 SETP DRIVE C 型驅動器。 4.主軸變頻器采用 ATV 28HU90N4 變頻器。 5.主軸編碼器采用 1024 線變頻器。 6.采用 100VA 的系統(tǒng)電源隔離變壓器。 7.系統(tǒng)電源采用 24V/4. 5A 電源。 8.主電機仍采用原來舊機床的電機。 9.選用 LD4-CK6132 電動

52、刀架。 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 18 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 具體情況如表具體情況如表 2-12-1 所示。所示。 表表 2-12-1 系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置 序名稱型號數(shù)備注 1 NC802S I 含顯示、操作面板 2 步進電機 9N.m 1 X 軸 3 步進電機 12N.m 1 Z 軸 4 驅動器 SETP DRIVE C1 5 驅動器 SUP DRIVE C1 6 變頻器 TV 28HU90N4I 7 主軸編碼器1024 線 1 8 系統(tǒng)電源隔 離變壓器 1 OOVA1 9 系統(tǒng)電源 24V/4.5A

53、 1 要求無關機蕩機 10 主軸電機 1 11 油泵電機 1 12 電動刀架 1 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 19 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 三、三、 控制電路設計控制電路設計 ( (一一) )電路設計電路設計 1.主軸電路 C616 數(shù)控車床主軸采用變頻器驅動三相交流異步電機實現(xiàn)主軸無級調(diào)速， 去除機床原有的主軸變速箱，可以獲得更好的操作性能和切削性能。 1.變頻器 采用德國 Schneider Electric 公司的 Altivar 28 通用變頻器，型號為 ATV 28HU90N4，功率 5.5KW

54、。 2.802S 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓 802S 數(shù)控系統(tǒng)的主軸速度模擬量控制電壓為DC-1OV1OV。其中 0lOV 為主軸正轉速度控制(執(zhí)行 M3 指令)，0-10V 為主軸反轉速度控制(執(zhí)行 M4 指 令)。而變頻器的速度控制電壓為 0+lOV，其正/反轉由變頻器的 1/O 端口輸 入的狀態(tài)控制。如果直接把數(shù)控系統(tǒng)的速度控制模擬電壓輸出端直接與變頻器 連接，將導致變頻器不能識別反轉控制電壓而不能實現(xiàn)反轉。電路 KA 1, KA2 用于控制變頻器的正反轉，KA3 用于對速度控制電壓的極性進行轉換，保證變 頻器的速度控制電壓在反轉時也為 0-+1 OV。 3.變頻器故障報警輸出

55、變頻器的故障報警輸出作為系統(tǒng)的報警輸入，如果主軸出現(xiàn)過流、短 路、過熱等故障時均可及時停止系統(tǒng)的運行，并發(fā)出報警信號。 ( (二二)X)X、Z Z 軸限位和參考點返回電路軸限位和參考點返回電路 1.x、z 軸的限位輸入端設置為負邏輯 經(jīng)過分析現(xiàn)有數(shù)控機床的限位控制電路的缺陷，研制出一種新的限位控制 方式，即負邏輯控制。其基本思路是:使用限位行程開關的常閉觸點，當限位開 關沒有壓下時 I/0 點與 24V 接通，當限位開關被壓下 1/O 點與 24V 斷開，機床 限位。這種接法消除因線路開路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠 性。限位輸入端采用負邏輯需對系統(tǒng)的相關參數(shù)進行修改。 采用負邏輯

56、輸入的方法，這樣有利于提高數(shù)控機床的可靠性和安全性。如 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 20 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 果機床的電路采用傳統(tǒng)的繼電器、接觸器等元件實現(xiàn)邏輯功能則不宜采用負邏 輯，因為他會導致部分繼電器、接觸器處于始終通電狀態(tài)。這會造成損耗大、 元件升溫、壽命縮短等問題，并且元件間機械接觸，還會因為震動等因素造成 誤動作。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)其控制邏輯由邏輯電子線路實現(xiàn)，不會出現(xiàn)以上問題。 本次數(shù)控改造使用的數(shù)控系統(tǒng)為西門子 802S 數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)負邏輯輸入要軟件、 硬件兩方面配合才能實現(xiàn)。硬件連接數(shù)控

57、機床中 PLC 的輸入點有以下兩種連接 方法，其中圖 3-2 所示的連接方法是正邏輯輸入，其原理是:當機床運動超程時 壓下行程開關 SQ1, SQI 閉合 PLC 內(nèi)的光電藕合器件得電，PLC 認為該點的邏輯 值為“1“，信號有效，PLC 執(zhí)行相關操作。這種方法的缺點在于當從+24V 端子 到 PLC 輸入點之間的線路接觸不良或開路則會造成 SQI 無效 (即使 SQI 被壓下 閉合)，而導致機床出現(xiàn)重大事故12。 圖 3-1 負邏輯輸入 圖 3-2 正邏輯輸入 （1）圖 3-1 所示的是負邏輯輸入的連接方法，信號輸入使用行程開關的常 閉觸點在正常情況下 SQI 是閉合的，該輸入點的邏輯值為“

58、1“，當 SQI 被壓下 斷開時輸入點邏輯值為“0“。這時要求通過數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設置或修改 PLC 程 序把該點邏輯值“1”設定為無效狀態(tài)，而邏輯值“0”設定為有效狀態(tài)。如果 從+24V 端子到 PLC 的輸入點之間的線路出現(xiàn)開路或接觸不良時，該點被認為有 效，機床會立即報警，必須在電路連接良好的情況下機床才能正常運行。這種 方法排除了因限位電路開路而造成故障的可能性，機床的安全性得到提高。 軟件設置負邏輯需要把邏輯“1”改為無效狀態(tài)而邏輯“0”為有效狀態(tài)， 其方法有兩種: 第一，在 PLC 編程時通過程序實現(xiàn)。 第二，通過設定機床參數(shù)實現(xiàn)。 （2）在兩種方法中，要求數(shù)控系統(tǒng)具有可以對其 PL

59、C 輸入、輸出端口的邏 輯有效狀態(tài)進行修改的功能。西門子的 SINUMERIK 802S 數(shù)控系統(tǒng)具有此功能。 本次改造對限位等影響機床安全的輸入點采用負邏輯就是采用的第 2 種方法。 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 21 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX (3)采用負邏輯存在的問題及對對策數(shù)控機床的 PLC 輸入點采用負 邏輯輸入的方法使輸入電路中的光電禍合器的發(fā)光二極管長期處于通電狀 態(tài)。但是由于該發(fā)光二極管的工作電流很小(只有幾毫安，輸入電路只消耗幾十 毫瓦)，因此系統(tǒng)的功耗的增加對功率幾千瓦的機床來說可以忽略不

60、計，同時發(fā) 光二極管是冷光源，也不會導致系統(tǒng)發(fā)熱。光電藕合器的工作壽命大于 10 萬小 時，以每臺機床每天連續(xù)工作 12 小時計，可以保證機床正常工作 20 多年，對 機床的壽命也不會造成影響。 2.參考點返回采用雙開關方式 用行程開關做參考點返回減速開關，用接近開關作為參考點檢測開關。在 各軸返回參考點時，先高速運動到參考點返回減速開關，將其壓下后反向慢速 逼近參考點，到參考點檢測開關后完成參考點返回。由于這種方法使各軸在達 到參考點前速度較低(可通過參數(shù)設定改變)，所以精度較高并且可以消除絲杠 的反向間隙。 3.電動刀架控制電路 電動刀架的刀位檢測霍爾元件為輸出電路為集電極開路輸出方式，不

61、能與 數(shù)控系統(tǒng)直接相連，需要在各刀位檢測電路輸出端添加集電極上拉電阻。如圖 3-3 所示。 圖 3-3 刀架電路 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 22 頁 姓名：XXX 學號：XXXXXXXX 4.驅動器與步進電機的連接線路 驅動器與步進電機的連接如圖 3-4 所示，連接電纜采用數(shù)控系統(tǒng)配置的專 用動力電纜。 圖 3-4 驅動器與步進電機的連接圖 為保證步進電機的相序準確，必須按照系統(tǒng)說明書的要求連接，否則步進 江漢大學機建學院 2011 屆畢業(yè)設計 C6160 臥式車床數(shù)控化改造設計 專業(yè)：光機電一體化 第 23 頁 姓名：

62、XXX 學號：XXXXXXXX 電機不能正常運轉。驅動器所使用的 85V 交流電源由 380V 交流電驅動變壓器壓 降壓產(chǎn)生，為克服步進電機起動時大電流的沖擊，驅動變壓器必須有足夠的功 率余量，實際改造中選用的是 1.5KVA 的變壓器。為防止電源干擾，在驅動變壓 器原邊與副邊之間繞有屏蔽層并接地。驅動器與數(shù)控系統(tǒng)之間的連接電纜由于 深入強電柜，因此要求有良好的抗電磁干擾性能，一般采用西門子系統(tǒng)廠商提 供的屏蔽多芯雙絞電纜，但其長度不能滿足要求，換用了同規(guī)格的自購電纜也 可以滿足要求。 5.系統(tǒng)接地電路 接地包括系統(tǒng)電源接地和步進電機驅動系統(tǒng)接地。分別如圖 3-5 ,圖 3-6 所示。 圖 3-5 系統(tǒng)電源接地 良好合理的接地是系統(tǒng)可靠工作的重要保證。為提高系統(tǒng)抗干擾能力各須 接地的設備均通過 1Omm2的接地線直接與接地排相連，地線排再通過 16mm2的接 地線與電源系統(tǒng)的地線相連接。這種接地方法可以抑制各設備