X5032立式铣床毕业设计

1、摘摘 要要 数控铣床是当今制造业中实现机电一体化的代表性先进设备。本文在叙述 了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过对国内 plc 系统的比较，遵从性价 比高、综合成本低的原则，最后确定采用松下 fp1-c40 系统。针对松下 fp1-c40 系 统的特点和旧机床的要求，进行了电气系统改造设计。电气部分分别对强电和弱电 进行了改造，将继电接触器控制改由 plc 控制，实现宽的调速范围，进给部分增加 步进驱动器及步进驱动电机，本课题利用松下 fp1-c40 型 plc 对 x5032 立式铣床电 气部分进行改造，由系统的继电接触器控制转换为可编程控制器控制。使铣床抗干 扰能力强，工作更可靠。

2、 机床改造后，显示了机床强大的工作能力和高度的可靠性，加工精度和生产率 有较大提高，是提高企业数控化率的一条切实可行的途径。 关键词：数控机床，步进电机，电气系统 目目 录录 摘摘 要要.1 目目 录录.i 引引 言言.2 1 x5032 立式铣床的介绍立式铣床的介绍.5 1.1 定义.5 1.2 立式铣床的结构.5 1.3 x5032 立式铣床主要结构特点.7 1.4 应用范围.7 1.5 主要技术参数.7 1.6 应用行业.8 1.7 x5032 铣床常见电气故障分析与检修方法.8 2 2 松下松下 plcplc.10 2.1 松下 plc 基本特点.10 2.2 概况.10 2.3 fp

3、1-c40 的 i/o 分配及内部继电器.11 2.4 fp1 的特殊功能.13 3 3 电气控制系统的设计电气控制系统的设计.16 结结论论.23 致致 谢谢.25 参考文献参考文献.26 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 1 引引 言言 由于运用普通机床加工出来的产品大多存在着质量差、品种少、供货期长等原 因，所以立式机床的电气部分改造相当有意义。 首先，提高了生产效率。原机床经过电气部分改造后，就可以实现加工自动化， 工作效率可以明显提高。其次，性能更稳定安全可靠。因为经改造的数控机床的各 基础件经过长期工作，几乎不会产生因力变形而影响精度。再次，可以为生产厂家 节省资金

4、。普通机床的数控化改造和购买新的普通机床相比可以节省至少一半的资 金，从大型和特殊设备上更能看出。最后对于复杂的零件而言，难度越高，功效提 高的越高。且可不用或者少用工装不但费用节约了，而且还可以缩短生产的准备时 间。 机床电气部分改造后可以提高零件的加工精度和生产效率。数控机床不但设计 精度较高，而且加工精度还可以靠闭环控制系统的反馈来校正和补偿。因此，可以 获得较高的加工精度。 机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可比传统机床提高 37 倍。 传统机床靠凸轮或挡块等可实现刚性自动化，且只有进行大批量生产时才经济合算； 而数控机床只要更换一个程序就可以实现另一工件加工的自动化，从而

5、使单件和小 批量生产得以自动化，故称之为“柔性自动化” 。 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬动，降低工件的定位误差。 这是自动化带来的效果，如加工中心在工件装夹好后，可实现钻、铣、攻螺纹、扩 孔等多工序的加工。这些工序是在同一基面、同一次装夹下实现的，提高了相关的 加工精度。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好地调节了机床加工 状态。还可以提示操作者机床故障或编程错误等机床运行中出现的问题。数控加工 降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生 产周期，并对市场需求做出快速反应。 我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代， 中国于 19

6、58 年研制出第一台 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 2 数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在 19581979 年间为第一阶段，从 1979 年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质 差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因 表现欠佳，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科 学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、 意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共 11 国(地区)引进数控机床先进技术和 合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始

7、正式生产和使用，并 逐步向前发展。通过“六五”期间引进数控技术， “七五”期间组织消化吸收“科技 攻关” ，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。但是国产数控机床特别是中 高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深 度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及 数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进 技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。 在 20 余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面： 培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机

8、床，使设计、 制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部 件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的 数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。 至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展， 基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主 要问题包括：缺乏像日本“机电法” 、 “机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家 人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业 和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了

9、合力。 我国数 控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术， “七五” 期间组织消化吸收“科技攻关” ，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特 别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004 年国产数控机床产量和消费量 的年平均增长率分别为 39.3%和 34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲， 从 2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国， 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 3 2004 年中国机床主机消费高达 94.6 亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大 型数控机床的研究开发方面与国外的差距更

10、加明显，70%以上的此类设备和绝大多数 的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺 乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依 然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。高 速化、高精度化、高可靠性、复合化、智能化、柔性化、集成化和开放性是当今数 控机床行业的主要发展方向。数控技术的问世已有 40 多年的历史，它是由机械学、 控制学、电子学、计算机科学四大基础学科发展起来的一门综合性新型学科。 论文总体思路: 在充分调查研究和技术分析的基础上，利用电气部分改造成功经验和自己在机 械、电气、数控技术等方面的

11、理论及实践基础，完成 x5032 立式铣床的电气部分改 造。改造后，该铣床具有数控化功能，较先进的自动化加工能力，加工精度、效率、 质量稳定性得以提高和保证。具体是：增加主轴的正/反转、启动/停车控制功能； 具有工进、快进、急停、显示行程、控制行程和报警及断电保护功能；实现工作台 的 x、y、z 三轴数控，三轴联动开环控制功能。 （1）：技术鉴定和了解机床的机械传动部分改前的几何精度、尺寸精度，电气 元器件及线路老化状况，对改造工作起参考指导作用。 （2）：对电气控制部分的改造所采用的 plc 进行分析选用，对步进驱动系统、 步进电机、变频器、主轴电机进行选用。 （3）：绘制电气控制部分的原理

12、图、编写 plc 程序 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 4 1 x5032 立式铣床的介绍立式铣床的介绍 1.1 定义定义 属于铣床中广泛应用的一种机床，是一种强力金属切削机床，该机床刚性强， 进给 x5032立式铣床 变速范围广，能承受重负荷切屑，是利用铣刀对各种零件进行平面、斜面及成型表 面加工的一种精密机床。 1.2 立式铣床的结构立式铣床的结构 立式铣床床身是机床的主体，大部分部件都安装在床身上，如主轴、主轴变速 机构等装在床身的内部。床身的前壁有燕尾形的垂直导轨，供升降台上下移动用。 床身的顶上有燕尾形的水平导轨，供横梁前后移动用。立式铣床在床身的后面装有 主电动机

13、，提高安装在床身内部的变速机构，使主轴旋转。主轴转速的变换是由一 个手柄和一个刻度盘来实现，它们均装在床身的左上方，在变速时必须停车，在床 身的左下方有电器柜。 （2）立式铣床横梁 位置在床身顶部的燕尾形导轨上, 横梁可以借助齿轮、齿条前后移动，调整其 伸出长度，并可由两套偏心螺栓来夹紧。在横梁上安装着支架，用来支承刀杆的悬 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 5 出端，以增强刀杆的刚性。 （3）立式铣床升降台 它是工作台的支座，万能铣床在升降台上安装着铣床的纵向工作台、横向工作 台和转台。进给电动机和进给变速机构是一个独立部件，安装在升降台的左前侧， 使升降台、纵向工作台和横向

14、工作台移动。立式铣床变换进给速度由一个蘑菇形手 柄控制，允许在开车的情况下进行变速。升降台可以沿床身的垂直导轨移动,在升降 台的下面有一根垂直丝杆，它不仅使升降台升降，并且支撑着升降台。 （4）立式铣床纵向工作台 立式铣床用来安装工件或夹具，并带着工件作纵向进给运动,纵向工作台的上面 有三条 t 形槽，用来安装压板螺栓（t 形螺栓） 。立式铣床这三条 t 形槽中，当中一 条精度较高，其余两条精度较低。工作台前侧面有一条小 t 形槽，用来安装行程挡 铁。 （5）立式铣床横向工作台 位于纵向工作台的下面，用以带动纵向工作台作前后移动，有了纵向工作台、 横向工作台和升降台，便可以使工件在三个互相垂直

15、的坐标方向移动，以满足加工 要求。万能铣床在纵向工作台和横向工作台之间，还有一层转台，其唯一作用是能 将纵向工作台在水平面内回转一个正、反不超过45的角度，以便铣削螺旋槽，滕 州江南摇臂铣床也值得购买。 （6）立式铣床主轴 立式铣床用于安装或通过刀杆来安装铣刀，并带动铣刀旋转。主轴是一根 空心轴，前端是锥度为724的圆锥孔，用于装铣刀或铣刀杆，并用长螺栓穿过主轴 通孔从后面将其紧固。 （7）立式铣床底座 整个铣床的基础，承受铣床的全部重量，以及盛放切削液,此外，还有：吊 架、刀杆等附属装置。 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 6 1.3 x5032 立式铣床主要结构特点立式铣床

16、主要结构特点 1.x5032立式铣床底座、机身、工作台、中滑座、升降滑座、主轴箱等主要构件 均采用高强度材料铸造而成，并经人工时效处理，保证机床长期使用的稳定性。 2.x5032立式铣床立铣头可在垂直平面内顺、逆回转调整 45，拓展机床的 加工范围；主轴轴承为圆锥滚子轴承，承载能力强，且主轴采用能耗制动，制动转 矩大，停止迅速、可靠。 3.x5032立式铣床工作台 x/y/z 向有手动进给、机动进给和机动快进三种，进给 速度能满足不同的加工要求；快速进给可使工件迅速到达加工位置，加工方便、快 捷，缩短非加工时间。 4.x5032立式铣床 x、y、z 三方向导轨副经超音频淬火、精密磨削及刮研处理

17、， 配合强制润滑，提高精度，延长机床的使用寿命。 5.x5032立式铣床润滑装置可对纵、横、垂向的丝杠及导轨进行强制润滑，减小 机床的磨损，保证机床的高效运转；同时，冷却系统通过调整喷嘴改变冷却液流量 的大小，满足不同的加工需求。 6.x5032立式铣床设计符合人体工程学原理，操作方便；操作面板均使用形象化 符号设计，简单直观。 1.4 应用范围应用范围 x5032立式铣床主轴锥孔可直接或通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型 铣刀、端面铣刀等，适于加工各种零件的平面、斜面、沟槽、孔等，是机械制造、 模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。 1.5 主要技术参数主要技术参数 主轴

18、端面至工作台距离(mm) 45415 主轴中心线到床身垂直导轨的距离(mm) 350 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 7 主轴孔锥度 7：24 iso50 主轴孔径(mm) 29 主轴转速(r.p.m)18级 301500/18级 立铣头最大回转角度 45 主轴轴向移动距离(mm) 85 工作台工作面(宽度长度)(mm) 3201325 工作台行程纵向/横向/垂向（手动/机动)(mm) 720/700、255/240、370/350 工作台进给范围纵向/横向/垂向(mm/min) 23.51180/23.51180/8394 工作台快速移动速度纵向/横向/垂向(mm/min)

19、 2300/2300/770 t 型槽槽数/槽宽/槽距(mm/)3/18/70 主电机功率(mm) 7.5 进给电机功率(kw) 1.5 外形尺寸(mm) 253018902380 机床净重(kg) 3200 1.6 应用行业应用行业 主要应用于模具加工，教学设备，汽车配件，煤机矿机，工程机械，风电制作， 轨道交通，电子机械，航空航天，造纸印染等20多行业 1.7 x5032 铣床常见电气故障分析与检修方法铣床常见电气故障分析与检修方法 x5032 铣床常见电气故障分析与检修方法,如表 1-1 所示。 表 1-1 常见电气故障分析与检修方法 故障现象故障原因处理方法 天津职业技术师范大学 20

20、10 级专科生毕业论文 8 铣床主轴不能正常工作 1.主传动变速齿轮换挡不能到 位 2.切削过载 3.电机故障 4.主轴机械部分损坏 1.坚持主传动变速箱 2.按切削规范正确使用床 3.检查电机 主轴温升超标1.轴承损伤 2.锁紧螺母过紧 1.更换轴承 2.调整锁紧螺母 主轴轴端漏油主轴端部密封间隙过大调整密封间隙 轴变速箱五变速冲动主轴电机的冲动线路接触点失 灵 检查电气线路调整冲动小轴 的尾端调整螺钉，达到冲动 接触的要求 主轴精度超标1.主轴损坏或调整不当 2.主轴内孔磨损 3.主轴温升过高，引起热变形 4.锁紧螺母松动 1.换轴承或调整 2.更换主轴 3.调整轴承 4.锁紧螺母 天津职

21、业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 9 2 2 松下松下 plcplc 2.1 松下松下 plc 基本特点基本特点 松下 plc 的基本特点 (1)超高速处理基本指令只需0.32s，可快速扫描。小型 plc 内，通过高速处理速 度0.32sec，也可对应要求高速扫描的用途。 (2)充裕的大容量充裕的程序容量达到32k 步。注释区域也可以充分保证。2通过 超过小型 plc 范畴的高程序容量32k 步，可对应随着将来设备扩展而产生的范围广 泛的各种应用。 (3)广泛的扩展性 i/o 最多300点。可通过功能扩展插件，使扩展范围更进一步扩大。 也可控制成本。还有，利用扩展 fp0适配器，最多

22、可连3台现有的 fp0扩展单元。 (4)可靠的安全性通过8位密码和禁止上传功能，有效保护程序。 (5)配备 usb 端口3通过普通 usb 电缆(ab 型)，可与计算机实现简便连接。 2.2 概况概况 世界上 plc 产品可按地域分成三大流派：美国、欧洲和日本。日本的 plc 技术 是由美国引进的，但日本的主推定位在小型 plc 上，在小型机领域中颇具盛名。某 些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。在开发较 复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。日本有许多 plc 制造商，如三菱、欧姆龙、松下、东芝等，在世界小型 plc 市场上，日本产品 约占有

23、 70的份额。 松下 plc 是目前国内比较常见的 plc 产品之一，其功能完备，性价比高。松下 的小型 plc 有：fp-x、fp0、fp1、fp、fp-e 系列等；中型 plc 为： fp2、fp2sh、fp3 系列 plc 等。 fp1 是日本松下电工公司生产的小型 plc 产品。有 c14、c16、c24、c40、c56。 c 后阿拉伯数字是输入、输出点之和。 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 10 fp1 是近代功能非常强的小型机。主机控制单元内有高速计数器。可输入频率 高达 10khz 的脉冲。并可同时输入两路脉冲。另外输出频率可调的脉冲信号。该机 有 8 个中断源

24、的中断优先权管理。主机控制单元还配有 rs232 口，可实现 plc 与 pc 机之间的通讯。 除了主机控制单元以外，与之配套的还有扩展单元、智能单元和链接单元。 扩展单元为 i/o 扩展点数的模块，由 e8e40 系列组成。利用此模块可以将 i/o 点数扩展至 152 点。 智能单元主要为 a/d，d/a 模块。当需要对模拟量进行测量和控制时，可以连接 智能单元。 链接单元，通过远程 i/o 可实现主 fp 系统进行 i/o 数据通讯，从而实现一台主 控制单元的控制。 2.3 fp1-c40fp1-c40 的的 i/oi/o 分配及内部继电器分配及内部继电器 x、wx 均为 i/o 区的输入

25、继电器 x 以位寻址，wx 以字寻址。 fp1 的 c40 最大可扩展为 120 点。 c40+初级扩展数+次级扩展数=40+40+40=120 特殊功能继电器 1内部继电器（r） 不能外部输出，只能内部使用。其地址 r0r62 共达 1008 个。 2特殊内部继电器（r） 有特殊用途的专门内部继电器。其地址 r9000r903f。 （1）标志继电器：数据比较标志、强制性标志等等。 （2）特殊控制继电器：不受编程控制的特殊继电器。 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 11 r9013 初始闭合继电器：当运行时第一次扫描时闭合，从第二次扫描断开并保 持断开状态。 r9010 始终闭

26、合继电器。 （3）信号源继电器 r9018r901e 这 7 个继电器都是不用编程自动产生脉冲信号的继电器。 r901a：以 0.1s 为周期重复通/断状态的时钟脉冲继电器。 r901b：以 0.2s 为周期重复通/断状态的时钟脉冲继电器。 r901c：以 1s 为周期重复通/断状态的时钟脉冲继电器。 3定时器（t） 定时器的触点是定时器指令（tm）的输出。如果定时器指令的定时时间到，与 共同标号的触点动作。 （编号 t0t99） 。 4计数器（c） 计数器的触点是计数器指令（ct）的输出。当计数器指令计数功能完毕。与其 同标号的触点动作。 （编号 t100t143） 。可以看出计数器编号和定

27、时器编号相连的。 总和共 144 个不变。 5定时器/计数器设定值寄存器（sv） sv 是存放最初的预置值。其标号与定时器/计数器相对应（sv0sv143） 。 6定时器/计数器经过值寄存器（ev） ev 是存放经过值，随着程序变化而变化。当它的内容为 0 时，定时器/计数器 的触点动作。 7通用数据寄存器（dt） 用来存储内部处理的数据。同 r 继电器不同，它不带任何触点。 8特殊数据寄存器（dt） 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 12 有特殊用途的寄存器。编号为（dt9000dt9069） 9常数（k、h） k：十进制数 h：十六进制数 10索引寄存器（ix、iy） （1

28、） 作寄存器用 （2） 其它操作数的修正值（地址修正、常数修正） 2.4 fp1fp1 的特殊功能的特殊功能 一控制功能 1脉冲输出功能（晶体管输出型） fp1 可在 y7 端输出一路脉冲信号。脉冲的频率可以通过专门数据寄存器的设置 进行调节。其频率的输出范围为 45hz5khz。 2高速计数器 fp1 内部有高速计数器。可输入一路脉冲信号，最高计数频率为 10khz。可输入 两路脉冲信号。最高计数频率为 5khz。 3可调输入延时滤波功能 由于程序刚开始运行时，机械开关抖动引起操作。为防止输入端因机械开关抖 动带来的重复响应性干扰。其延时时间可根据需要进行调节。调节范围在 1128ms。 t

29、 为延时滤波时间。 延时时间的设定系统寄存器。no404no407 中预先存放设置的时间常数。 分别对应时间为： 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 13 0=1ms 1=2ms 2=4ms 3=8ms 4=16ms 5=32ms 6=64ms 7=128ms 各寄存器与输入端子的对应关系为： no404：设定 x0x1f 的时间常数 no405：设定 x20x3f 的时间常数 no406：设定 x40x5f 的时间常数 no407：设定 x60x6f 的时间常数 例如：要使 x0x7 的延时时间为 1ms。x8xf 的延时时间为 8ms。x10x17 的延 时时间为 16ms。

30、x18x1f 的延时时间为 128ms。 应在 no404 中写入二进制数码：0111 0100 0011 0000 4脉冲捕捉功能 plc 采用“循环扫描“工作方式。在程序执行阶段，如果有时间很短的输入信 号，可能被遗漏掉，这时可加上脉冲捕捉功能。不受扫描周期的限制。 5中断功能 fp1 的 c24c72 有中断功能。分为外部硬中断和内部软中断。输入端子 x0x7 可作为外部中断输入。x0int0 x7int7。int0 为最高。int7 为最低。设置中 断使能的系统寄存器 no403，低 8 位使用。 中断响应过程如下： 外部中断源经输入端子 x0x7 输入中断脉冲信号。脉冲的上升沿到来时

31、，plc 响应外部中断。plc 停止执行主程序，并按中断的优先级由高到低依次响应。plc 不 同于微机，中断是非嵌套的。 二通讯功能 fp1 有三种通讯功能，即 fp1 与计算机之间，fp1 与外围设备之间以及 fp1 与大、 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 14 中型 plc 之间三种通讯方式。 1fp1 与 pc 之间的通讯 一台计算机与一台 fp1 之间的通讯称 1：1 方式，一台计算机与多台 fp1 之间的 通讯称 1：n 方式。 有两种方式可以实现一台计算机与一台 fp1 之间的通讯。一种方法是直接通过 fp1 的 rs232 口与 pc 进行串联使用。另一种方法可

32、经 rs232/rs422 口适配器用编程 器、电缆同 pc 进行通讯。 2fp1 与 fp3/5 的通讯 fp1 通过通讯单元与它们通讯。 3fp1 与外设之间的通讯 fp1 经 rs232 口可与外围设备通 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 15 3 3 电气控制系统的设计电气控制系统的设计 3.13.1 电气控制系统的主要构成电气控制系统的主要构成 控制电路由控制变压器tc1 提供 110v 的工作电压， fu4 用于控 制电路的短路保护。该电路的主轴制动、工作台常速进给和快速进给分 别由控制电磁离合器yc1、yc2、yc3 来完成，电磁离合器需要的直流 工作电压是由整流

33、变压器tc2 及整流器 vc 来提供的， fu2、fu3 分别 用于交、直流电源的短路保护。 控制电路由控制变压器tc1 提供 110v 的工作电压， fu4 用于控制 电路的短路保护。该电路的主轴制动、工作台常速进给和快速进给分别 由控制电磁离合器yc1、yc2、yc3 来完成，电磁离合器需要的直流工 作电压是由整流变压器tc2 及整流器 vc 来提供， fu2、fu3 分别用于 交、直流电源的短路保护。 3.23.2 电气控制系统电气控制系统 3.2.13.2.1 电气原理图及工作原理电气原理图及工作原理 控制电路由控制变压器tc1 提供 110v 的工作电压， fu4 用于控制 电路的短

34、路保护。该电路的主轴制动、工作台常速进给和快速进给分别 由控制电磁离合器yc1、yc2、yc3 来完成，电磁离合器需要的直流工 作电压是由整流变压器tc2 及整流器 vc 来提供的， fu2、fu3 分别用 于交、直流电源的短路保护。 1主轴电动机m1 的控制 m1 由交流接触器km1 控制，在机床的两个不同位置各安装了一套启 动和停止按钮： sb2 和 sb6 装在床身上， sb1 和 sb5 装在升降台上。 对 m1 的控制包括主轴的启动、制动、换刀制动和变速冲动。 启动：在启动前先按照顺铣或逆铣的工艺要求，用组合开关 sa3 预定 m1 的转向。 天津职业技术师范大学 2010 级专科生

35、毕业论文 16 按一下 sb1 或 sb2km1 线圈通电并自锁 主轴电动机 m1 启动运 行，标号（ 7-13）闭合 确保在 m1 启动后 m2 才能启动运行。 停机与制动：按下sb5 或 sb6km1 线圈断电，电磁铁yc1 通 电主轴电动机 m1 停止并制动。制动电磁离合器yc1 装在主轴传动 系统与 m1 转轴相连的传动轴上，当yc1 通电吸合时，将摩擦片压紧， 对 m1 进行制动。停转时，应按住sb5 或 sb6 直至主轴停转才能松开， 一般主轴的制动时间不超过0.5s。 主轴的变速冲动：主轴的变速是通过改变齿轮的传动比实现的。在 需要变速时，将变速手柄拉出，转动变速盘调节所需的转速

36、，然后再将 变速柄复位。手柄复位时，瞬间压动行程开关sq1,手柄复位后， sq1 也随之复位。在sq1 动作瞬间， sq1 的常开触点先断开其他支路， 然后其常开触点闭合，相当于点动控制km1m1，使得齿轮转动一下 以利于啮合；如果点动一次齿轮还不能啮合，可以重复进行上述动作。 主轴换刀控制：在上刀或换刀时，主轴应处于制动状态，以避免发 生事故。此时只要将换刀制动开关sa1 扳至 “接通 ”位置，其常闭触 点 sa1-2（4-6）断开控制电路，保证在换刀时候机床没有任何动作；其 常开触点 sa1-1（105-107）接通制动电磁铁yc1，使主轴处于制动状 态。换刀结束后。要将换刀制动开关sa1

37、 扳回至 “断开 ”位置。 2进给运动控制 工作台的进给运动分为工作进给和快速进给，工作进给必须在 m1 启动运行后才能进行，而快速进给因属于辅助运动，可以在m1 不 启动的情况下进行。工作台在6 个方向上的进给运动是由机械操作手 柄运动带动相关的行程开关sq3sq6,并通过接触器km3、km4 动作 来实现控制进给电动机m2 正反转的。行程开关sq5 和 sq6 分别控制 工作台的向右和向左运动，而sq3 和 sq4 则分别控制工作台的向前、 向下和向后、向上运动。进给拖动系统使用的两个电磁离合器yc2 和 yc3 都安装在进给传动链中的传动轴上。当yc2 吸合而 yc3 断开 天津职业技术

38、师范大学 2010 级专科生毕业论文 17 时，为工作进给；当yc3 吸合而 yc2 断开时，为快速进给。 工作台的纵向进给运动：将纵向进给操作手柄扳向右边行程 开关 sq5 动作 其常闭触点 sq5-2(27-29)先断开，常开触点sq5- 1(21-23)后闭合 km3 线圈通过（ 13-15-17-19-21-23-25）路径通电 m2 正转 工作台向右运动。若将纵向进给操作手柄扳向左边，则 sq6 动作 km4 线圈通电 m2 反转 工作台向左运动。 sa2 为圆工作 台控制开关，此时应处于“断开 ”位置，其 3 组触点状态为： sa2- 1、sa2-3 接通， sa2-2 断开。 工

39、作台的垂直与横向进给运动：工作台垂直与横向进给运动由一个 十字形手柄操纵，十字形手柄有上、下、前、后和中间5 个位置：将 手柄扳至 “向下 ”或“向上 ”位置时，分别压动行程开关sq3 和 sq4，控制 m2 正转和反转，并通过机械传动结构使工作台分别向下和向 上运动；而当手柄扳至“向前 ”或“向后 ”位置时，虽然同样是压动 行程开关 sq3 和 sq4，但此时机械传动机构则使工作台分别向前和向后 运动。当手柄在中间位置时，sq3 和 sq4 均不动作。下面就以向上运 动的操作为例分析电路的工作情况。将十字形手柄扳至“向上 ”位 置sq4 的常闭触点 sq4-2 先断开，常开触点sq4-1 后

40、闭合 km4 线圈 经（ 13-27-29-19-21-31-33）路径通电 m2 反转 工作台向上运动。 进给变速运动：与主轴变速时一样，进给变速时也需要使m2 瞬间点动一下，使齿轮易于啮合。进给变速冲动由行程开关sq2 控 制，在操纵进给变速手柄和变速盘时，瞬间压动了行程开关sq2，在 sq2 通电的瞬间，其常闭触点sq2-1（13-15）先断开，而常开触点 sq2-2(15-23)后闭合，使 km3 线圈经（ 13-27-29-19-17-15-23-25） 路径通电，点动m2 正转。由 km3 的通电路径可见，只有在进给操作手 柄均处于零位，即sq2sq6 均不动作时，才能进行进给的变

41、速冲动。 工作台快速进给的操作：要使工作台在6 个方向上快速进给， 在按工作进给的操作方法操纵进给的控制手柄的同时，还要按下快速进 给按钮开关 sb3 或 sb4，使得 km2 线圈通电，其常闭触点（105- 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 18 109）切断 yc2 线圈支路，动合触点（105-111）接通 yc3 线圈支路， 使机械传动机构改变传动比，实现快速进给。由于在km1 的常开触点 （7-13）上并联了 km2 的一个常开触点，所以在m1 不启动的情况下， 也可以进行快速进给。 3圆工作台的控制 在需要加工弧形槽、弧形面和螺旋槽时，可以在工作台上加装圆工作 台，圆

42、工作台的回转运动也是由进给电动机m2 来拖动的。在使用圆 工作台时，将控制开关sa2 扳至 “接通 ”的位置，此时sa2-2 接通而 sa2-1、sa2-3 断开。在主轴电动机m1 启动的同时， km3 线圈经 （13-15-17-19-29-27-23-25）的路径通电，使m2 正转，带动圆工作 台单向旋转运动。由km3 线圈的通电路径可见，只要扳动工作台进给操 作的任何一个手柄，sq3-sq6 其中一个行程开关的常闭触点就会断开， 都会切断 km3 线圈支路，使得工作台停止运动，从而保证了工作台的进 给运动和圆工作台的旋转运动不会同时进行。 4照明电路 照明灯 el 由照明变压器yc3 提

43、供 24v 的工作电压， sa4 为灯开关 , fu5 提供短路保护。 3.23.2 电气控制系统的电气控制系统的 plcplc 设计设计 3.2.1i/o3.2.1i/o 分配表分配表 表 3-1 输入端 sb1x0 启动 sb2x1 停机与制动 sb5x2 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 19 sb6x3 m1 变速手柄压合 sq1x4 换刀制动开关 sa1x5 向前向下方向 sq3x6 向后向上方向 sq4x7 工作台向右 sq5x8 工作台向左 sq6x9 sb3 x10（xa） 快速给进按钮 sb4x11(xb) m2 变速手柄压合 sq2 x12（xc） 圆台控制

44、开关 sa2 x13（xd） 照明灯开关 sa4 x14（xe） 主轴电动机控制 km1y0 快速进给电机 km2y1 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 20 表 3-2 输出端 km3y2 m2 的正反转 km4y3 制动电磁离合器 yc1y4 快速进给yc3 吸和 y5 工作进给yc2 吸和 y6 照明 ely7 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 21 3.2.2 plc 梯形图 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 22 结论 数控机床作为机电一体化典型产品，在机械制造业中发挥着越来越大的作 用，它很好地解决了形状结构复杂、精度要求高、小批量及

45、多变零件的加工问 题且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。对于企业而言，单纯依靠 购买全新数控机床，所需一次性投资较大，而且替换下来的机床闲置起来又会 造成浪费，要解决这些问题，应走普通机床的数控化改造之路。从美国、日本 等西方发达国家的工业现代化进程看，机床的数控化改造也必不可少，经数控 改造的机床占有较大比例。如日本的大企业中有 26的机床经过数控改造，中 小型企业则是 74，在美国有许多数控专业化公司，为世界各地提供机床数控 化改造服务。因此，普通机床的数控化改造不但有存在的必要，而且大有可为。 本文以 ca6140 型普通车床为例，从机械和电气两方面详细阐述了数控化改造的 思想和

46、方法。实践证明，经过改造后的车床，拥有教完各的数控功能和高的加 工精度，抗干扰能力强，可靠性明显提高，能适应更广泛地加工要求，与购买 同档次的全新数控车床相比，节约资金约 50。本次改造，对于资金并不充裕 的企业，特别是中小型民营企业，具有一定的借鉴意义。全文主要论述和研究 了以下内容： l. 为使改造后的车床主轴能够实现无级变速，本次改造采用了变频器驱动 电机的方式。 2. 为使改造后的车床能够加工螺纹，在改造时，在主轴端部加装了主轴脉 冲编码器，本文对脉冲编码器的安装方法作了详细论述。 3. 在电气改造方面，设计了主控电路原理图及数控系统 plc io 口接线 图。 4. 铣床经改造之后，

47、x 轴向重复定位精度达到 8m，轴向定位精度 15m。y、z 轴都在重复定位精度为 8 m，轴向定位精度 15m 范围之内。达 到了提高精度的改造目的。 后续展望 天津职业技术师范大学 2010 级专科生毕业论文 23 1. 本次改造，考虑到原车床的精度和改造的成本、周期、难易程度等各方 面因素，采用的是以步进电机作为驱动元件、开环控制的西门子 sinumerik 802sbase line 经济型数控系统。今后的改造，我们将更多地考虑以交流伺服 电机作为驱动元件、半闭环控制的数控系统sinumerik 802c base line。 这样切削速度可以加快，加工精度也可进一步提高。 2. 本次改造，只开发了基本的数控功能。今后的改造，以开发更多的数控 功能，方便机床的操作。 鉴于我国现有大量的普通旧机床，为确保资源利用，避免重复投资利日设 备的闲置浪费，建议相关部