数控车床纵向改造开题报告

开题报告

1.选题目的及意义、国内外现状及发展趋势

1.1选题目的及意义

通过毕业设计培养自己综合运用所学的基础理论、基础知识、基本技能进行分析和解决实际问题的能力，使自己受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的，掌握典型车床CA6140的工作原理和设计思路。

数控机床与普通机床相比，增加了功能，提高了性能，简化了结构，较好地解决形状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题。能获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他一些条件的限制：（1）数控机床价格较昂贵，一次性投资较大，对于中小企业来说常常是心有余而力不足；（2）目前，各企业仍有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下来的机床闲置起来又会造成浪费；（3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余的功能。要较好地解决上述问题，应走普通机床数控改造之路。普通机床的改造就是在普通机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标。这一工作早在20世纪60年代已经在开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务。目前，国外已发展成为一个新兴产业部门，从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有26%的机床经过数控化改造，中小企业则达74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供数控化改造业务。中国是拥有300多万台机床的国家，其中大部分是多年积累生产的普通机床，自动化程度低。要想在近几年用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，普通机床的数控化改造大有可为，它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备技术改造的主要方向之一。

机床数控化改造优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。

传统的机床控制系统都是采用继电器、接触器等硬件逻辑控制电路，不

但接线复杂，而且经常出现故障，可靠性比较差。与传统的继电器控制相比，PLC控制具有可靠性高、柔性好、开发周期短以及故障自诊断等特点，特别适合应用于机床的控制和故障诊断系统，可以减少强电元件数目，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的品质和生产效率。

为了使机床控制稳定与可靠，具有极高的可靠性和灵活性，更容易检修，更能适应经常变动的工艺条件，取得较好的经济效益，所以对原来的继电器接触模式模拟控制系统进行PLC改造。

1.2设计研究现状及发展趋势

1.2.1国内基于PLC控制技术的发展现状

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。

20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传输及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能和产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升，这标志着可编程控制器已步入成熟。

20世纪末期，可编程控制器的发展待点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车和轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

我国可编程控制器的引进、应用、研制和生产是伴随着改革开放的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

1.2.2国内PLC在机床控制领域的发展趋势

随着计算机科学发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将PLC理解为开关量控制的时代已经过去，PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。今后，PLC将主要朝着以下两个方向发展：一是向超小型专用化和低价格方向发展；另是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。总的发展趋势如下：

1．标准化

一种自动化产品的竞争力主要在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各个厂家产品的互相兼容。所以可编程技术的标准化势在必行。

2．CPU处理速度进一步加快

将来会使用64位RISC芯片，实现多CPU并行处理或分时处理或分任务处理，实现各种模块智能化，且部分系统程序用门阵列电路固化。这样PLC执行指令的速度将达到纳秒级。

3．集成化、通讯化、网络化

由于控制内容的复杂化和高难度化，PLC将与PC集成，与DCS集成，与PID集成。网络化和强化通信能力也是PLC的重要发展方向，尤其是以PC为基础的控制产品增长率不断加快。PLC与PC集成，即将计算机、PLC及操作人员的人机接口结合在一起，使 PLC能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和 PLC的模块交互存取数据。以PC机为基础的控制方法使得用户编程更加方便，而且提供开放的体系结构，用户可以根据需要选择各类、各厂家的PLC或 I/O设备进行互联，从而可以降低生成成本和提高生产率。

4．PLC的新进展—软PLC

计算机软、硬件技术的迅速发展，推动了自动控制技术又取得了一系列新

的进展。目前有许多工业用自动控制产品、机电一体化产品开始转向以计算机为平台的控制方式，这就是软PLC。软PLC实际利用软件来实现传统PLC的功能，它最大的优势是具备柔性扩展能力，用户可以选择不同厂家生产的各种硬件产品，充分利用每一软件的最佳特性，组成最佳的控制系统。同时与硬件的连接也十分方便。有很多的 I/O卡可以直接内连接到SOFT PLC计算机总线上。从而在软、硬件两方面可以达到工控机和PLC性能的完美结合，方便了性能扩展和人机交流，是PLC未来的一大发展趋势。

2.初步拟定机床的改造方案

对CA6140型车床的工作情况分析。普通车床是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜箱移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。

对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数、切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进行联动的功能，数控改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。

改造方案的确定：

1．挂轮架系统：全部拆除。

2. 进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电机与齿轮减速箱总成，丝杠、光杠和操作杠拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠，滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部分。

3. 溜板箱部分：全部拆除，在原来安装溜板箱部分安装滚珠丝杠中间支撑架和螺母以及部分操作按钮。

4. 横溜板部分：将原横溜板的丝杠部分、螺母拆除，改装横向进给滚珠丝杠螺母副、横向进给步进电机与齿轮减速箱总成，安装在横溜板后部，并与滚珠丝杠相连。

5. 刀架部分：拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。

6.为使加工过程中不超程，纵向和横向分别要安装左右行程限位开关。

7. 纵向、横向齿轮箱、丝杠全部加防护罩，以防止脏物、油污和切屑等进入。而且，机床整体也要加装防护罩，以防止加工过程中有切屑会飞溅伤人。

1. 横向滚珠丝杠副 2. 横向电机 3. 横向齿轮减速箱 4. 尾座 5. 纵向齿轮减速箱

6. 纵向电机 7. 支架 8. 纵向滚珠丝杠副 9. 自动回转刀架

图1 CA6140总体改造结构示意图

3、论文的主要工作流程

1.CA6140车床的概述。搜集CA6140车床的相关资料，并作相关的简述。

2.CA6140车床的工作情况分析。对CA6140车床的机械部分作简要的分析，对其电气部分做详细的分析。

3.CA6140车床的控制电路分析。对其控制电路详细的分析，并按照技术要求进行改造和设计。

4.PLC的选型与概述。对PLC做简要的概述并选择满足要求的PLC的型号。

5.PLC的软件设计与编程。按照其控制要求设计控制软件。并按照要求编写梯形图。

6.完成毕业设计论文其它部分和修改不足之处。

7.整理并编制设计说明书。

4、进度安排

表4-1 进度安排

顺序 阶段安排 计划完成内容 备注

1 1-4周 查阅相关资料，确定设计方向和方案，完成开题报告和文献综述。

期间收集相关的外文资料，完成外文翻译工作。

2 4-10周 收集整理资料，实现相关的软硬件设计，完成设计任务

3 11-14周 撰写修改毕业设计任务书

4 15周 毕业设计答辩

5.课 题 研 究 有 无 困 难、准 备 如 何 解 决

5.1遇到的困难

1．CA6140型车床的工作过程、工作顺序及一些机床专用名词不太熟悉；

2．论文材料的组织欠缺经验；

3. 对于PLC的型号了解太少；

4. 对电气控制方面知识有些欠缺。

5.2解决方案

1.上网收集资料。