普通車床CA6140的控制系統(tǒng)設(shè)計【含7張CAD圖】
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充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙I普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計摘要在經(jīng)濟和科技飛速發(fā)展的現(xiàn)在，機床產(chǎn)業(yè)不斷向著高精度、高效率、低成本和智能化發(fā)展。然而，普通機床低成本、適應性強、維護方便等特點任使其在短期內(nèi)有很大需求。CA6140 普通車床使用非常廣泛，約占車床類總數(shù)的 65%，可以加工各種零件內(nèi)外表面，端面和各種內(nèi)外螺紋。本文根據(jù) CA6140 普通車床的技術(shù)參數(shù)，對 C6140 普通車床的控制系統(tǒng)和床頭箱部分結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。控制系統(tǒng)部分，經(jīng)過控制要求分析和電路分析完成了電氣原理圖、電氣接線圖和相應元件的選擇，并實現(xiàn)了傳統(tǒng)接觸器控制的宇龍機電仿真。在此基礎(chǔ)上，對 CA6140普通車床的控制系統(tǒng)進行 PLC 改造，提高其控制系統(tǒng)的可靠性，并同樣完成宇龍仿真軟件的仿真實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)部分，根據(jù)已有的技術(shù)參數(shù)，對 CA6140 床頭箱結(jié)構(gòu)進行分析設(shè)計，并利用AUTOCAD 軟件繪制床頭箱結(jié)構(gòu)的二維裝配（展開）圖和學習 CREO2.0 軟件并繪畫床頭箱三維圖。關(guān)鍵詞：CA6140 車床；PLC；控制系統(tǒng)；床頭箱充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙IIABSTRACTWith the rapid development of economy and technology,the machine tool industry is developing toward high precision,high efficiency,low cost and intelligence.However,due to its cheap,high quality,universal and reliable advantages,the ordinary machine tools can not be completely replaced for a long time. CA6140,one of the horizontal lathes, has a wide range of processes, accounting for about 65% of the total number of lathe class, commonly used in processing inside and outside the various parts of the surface, the end of a variety of internal and external thread.According to the technical parameters of ordinary lathe CA6140, the control system of ordinary lathe CA6140 and the structure of bedside box are analyzed and designed respectively in this paper. Control system part, through the control requirements analysis and circuit analysis to complete the electrical schematic diagram, the electrical wiring diagram and the corresponding component selection, and to achieve the traditional contactor control with Yulong electromechanical simulation. On this basis, making a transformation of PLC for the CA6140 ordinary lathe control system to improve the reliability of its control system, and also completed Yulong simulation software simulation.Structure parts, according to the existing technical parameters, analysis and design the CA6140 bedside box structure, and use AUTOCAD software to draw the two-dimensional structure of the bedside box structure (expansion) and learning CREO2.0 software and painting bedside box three-dimensional map.Key words: lathe CA6140; PLC; control system; bedside box充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙0目 錄摘要 ......................................................................IABSTRACT.................................................................II1. 緒論 ..................................................................11.1 論文背景及意義....................................................11.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀....................................................11.3 論文主要工作及章節(jié)安排............................................22. CA6140控制系統(tǒng)設(shè)計.....................................................42.1 電路設(shè)計..........................................................42.2 電氣原理圖設(shè)計....................................................72.3 元器件選擇........................................................82.4 電氣接線圖設(shè)計...................................................113. 控制系統(tǒng) PLC改造 .....................................................133.1 PLC 控制分析 .....................................................133.2 PLC 選擇 .........................................................143.3 程序設(shè)計.........................................................143.3 PLC 控制的宇龍機電控制仿真 .......................................164 床頭箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................................174.1 主軸箱箱體設(shè)計...................................................174.2 零件校核.........................................................185 結(jié)論 ..................................................................23參考文獻 .................................................................24附錄 1：外文翻譯..........................................................25附錄 2：外文原文..........................................................29致 謝 ...................................................................38充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙11. 緒論1.1 論文背景及意義機床是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，代表著國家基礎(chǔ)制造業(yè)的發(fā)展水平。在各行業(yè)，機床都占據(jù)著不可或缺的重要地位，所以機床工業(yè)影響著國民經(jīng)濟、國防建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。機床顧名思義，就是一種機械，它是一種對某些材料的工件進行加工塑形的機械，一般加工后這些工件或者坯料會具有所要求的形狀，或者一定精確度的尺寸。大部分機械的零件都由機床加工出來。也可以說機床其實也是由機床制造出來的，它是每臺機器的制造者。這就是機床和其他機械的主要區(qū)別。在整個機械行業(yè)中，機床也稱之為工具機或者工作母機。如果在有人問機床到底是什么東西的時候，就可以這樣描述，機床其實就是制造生產(chǎn)機器的機器。機床是制造機器的基本設(shè)備，機器的好壞直接來源于機床的工作能力和品質(zhì)。要求精度高，品質(zhì)好的機器在生產(chǎn)的時候也要選擇相應的機床來生產(chǎn)。正由于這些，機床的發(fā)展和技術(shù)水平直接反應著一個國家機械行業(yè)的發(fā)展趨勢，映射著一個國家工業(yè)化水平的高低。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀中國機床工具工業(yè)協(xié)會副秘書長李晶明曾表示，在 2009 年世界金融危機背景下，中國機床產(chǎn)業(yè)“一枝獨秀” ，產(chǎn)值躍居世界第一，但中國機床產(chǎn)業(yè)與國際頂尖水平還有一定差距，呈現(xiàn)“大而不強”的特點。“大”主要體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破具有歷史性意義。從 2002 年至 2009 年，是中國機床工業(yè) 8 年高速增長期，更是在 2009 年全年工業(yè)總產(chǎn)值達到 4014.2 億元，較上年增長 16.1%，我國第一次成為機床第一大生產(chǎn)國，此前 8 年也一直是世界機床第一大進口國和第一大消費國。“不強”的體現(xiàn)之一是低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩。由于我國機床工業(yè)水平落后于發(fā)達國家、國內(nèi)企業(yè)自主創(chuàng)新能力不強，在高精尖產(chǎn)品研發(fā)方面跟不上市場需求。雖然中國機床產(chǎn)值躍居世界第一，但仍然需要依靠大量進口，特別是在高檔數(shù)控機床方面。顯而易見，中國機床行業(yè)具有嚴重的結(jié)構(gòu)性矛盾，國內(nèi)的主要產(chǎn)品與國民經(jīng)濟發(fā)展需求不相適應即行業(yè)高檔產(chǎn)品產(chǎn)能不足和低檔產(chǎn)品產(chǎn)能過剩的矛盾。 “不強”的體現(xiàn)之二是科技基礎(chǔ)薄弱。整體上看，我國機床產(chǎn)業(yè)高端技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品與快速增長的國民經(jīng)濟不相適應。我國機床產(chǎn)業(yè)在技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量等各方面還比不上發(fā)達國家。 “不強”的體現(xiàn)之三是缺乏大型國際集團。中國雖然擁有數(shù)量最大的機床企業(yè)，但缺少具有國際競爭力的大型機床集團和世界級頂級企業(yè)。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙2當然，正在高速發(fā)展的我國機床產(chǎn)業(yè)亦有不少稱道之處。從產(chǎn)值來看，已經(jīng)位于世界前列，經(jīng)過這些年飛速發(fā)展，我國機床工業(yè)水平有了顯著提高，擁有一套獨屬于我國的相對完整的體系，為以后的發(fā)展奠定了的基礎(chǔ)，并在國際中具有一定的競爭力。德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。德國特別注重科學試驗，理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機床質(zhì)量和性能良好，先進實用，尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床更是為世界機床界所稱道。美國政府高度重視機床工業(yè)，一直以來注重基礎(chǔ)科研，因而在機床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，使高性能數(shù)控機床技術(shù)一直領(lǐng)先。如 1952 年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958 年創(chuàng)制出加工中心、70 年代初研制成 FMS、1987 年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。日本政府對機床工業(yè)的發(fā)展也非常重視，頒布了“機振法” 、 “機電法” 、 “機信法”等法規(guī)，對機床工業(yè)的發(fā)展加以引導。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技術(shù)上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。雖然起步較美、德兩國晚，但通過先仿后創(chuàng)，在占領(lǐng)了大部分中檔機床市場后加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展，已成為世界第一大數(shù)控機床生產(chǎn)出口國。隨著以航空工業(yè)為代表的高端科技的不斷發(fā)展，加工產(chǎn)品的性能要求越來越高，對零件的加工效率要求也不斷提高，精度和成本的控制越來越嚴格，這對于未來機床的性能提出了更高的要求。以下從機床技術(shù)特性和技術(shù)發(fā)展的角度概括了未來機床的發(fā)展方向：（1）高精度；（2）高效率；（3）復合化；（4）智能化；（5）綠色化。在當前機械制造產(chǎn)業(yè)各企業(yè)普通機床還占有較大比例的環(huán)境下，想要短期內(nèi)全部由數(shù)控機床替代，無論是在資金上還是技術(shù)力量上都是難以實現(xiàn)的。那么，對普通機床進行改造必不可少，不僅能實現(xiàn)機床半自動化或自動化，還能提高機床加工精度，投資少，見效快，適合當前環(huán)境下的生產(chǎn)力水平。1.3 論文主要工作及章節(jié)安排參考相關(guān)資料，查找普通車床 CA6140 技術(shù)參數(shù)，了解 CA6140 車床。對 CA6140 控制系統(tǒng)進行設(shè)計，設(shè)計電氣原理圖和電氣接線圖，并選擇相應的元器件。在此基礎(chǔ)上引入 PLC 裝置，通過 PLC 在控制系統(tǒng)中的優(yōu)勢來改造控制系統(tǒng)，并分別實現(xiàn)宇龍機電控制仿真。對 CA6140 床頭箱結(jié)構(gòu)進行簡單設(shè)計，了解 CA6140 正反轉(zhuǎn)及傳動方式，并用 AUTOCAD 和 PREO2.0 軟件繪制裝配（展開）圖及相關(guān)零件圖。第一章為緒論，分別介紹了論文背景和意義，國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，論文主要工作和充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙3章節(jié)安排。第二章為 CA6140 控制系統(tǒng)設(shè)計，分別為電路設(shè)計，電氣原理圖總成，選擇元器件，設(shè)計電氣接線圖，宇龍仿真實現(xiàn)。第三章為控制系統(tǒng)的 PLC 改造，包括 PLC控制分析，元器件選擇，程序設(shè)計，宇龍仿真實現(xiàn)。第四章是 CA6140 床頭箱設(shè)計，通過從箱體和部分零件進行介紹。第五章是總結(jié)。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙42. CA6140控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 電路設(shè)計2.1.1 主電路設(shè)計主電路設(shè)計圖如圖 2.1 所示：圖 2.1 主電路電氣原理圖主電路中主要包含 3 臺電動機：主軸電動機 M1，冷卻泵電動機 M2 和快速移動電動機 M3。L1、L2、L3 是接入電路的三相電源（380V） 。熔斷器 FU 緊接三相電源，是整個電路的保護單元?？傞_關(guān) QS 緊接熔斷器，是機床電源的總開關(guān)。主軸電動機 M1 的主電路是一個“單向運轉(zhuǎn)單元主電路” ，其中包括接觸器 KM、熱繼電器 KR1 和主軸電動機 M1。主軸電動機的作用是帶動主軸旋轉(zhuǎn)和刀架進給。接觸器KM 三相主觸點的接通和斷開決定著主軸電動機 M1 啟動和停止。熱繼電器 KR1 串聯(lián)在主軸電動機前，防止主軸電動機 M1 過載。當主軸電動機 M1 發(fā)生過載或短路故障時，熱繼電器 KR1 會立即反應，主軸電動機控制電路中的熱繼電器 KR1 的動斷觸點（如圖 2.2,3至 5 號線）斷開，主軸電動機 M1 隨之停轉(zhuǎn)。當熱繼電器 KR1 的熱元件冷卻后，熱繼電器 KR1 動斷觸點自動復位閉合，主軸電動機 M1 能恢復運轉(zhuǎn)。 充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙5上述元件中，主軸電動機 M1 和接觸器 KM 的主觸點容易出現(xiàn)故障。當接觸器 KM 三相主觸點其中之一閉合接觸不良時，主軸電動機 M1 會出現(xiàn)單相運轉(zhuǎn)，當有兩相閉合接觸不良時，主軸電動機 M1 無法運轉(zhuǎn)。當主軸電動機 M1 有一相繞組發(fā)生短路時，主軸電動機 M1 同樣會出現(xiàn)單相運轉(zhuǎn)。冷卻泵電動機 M2 和快速移動電動機 M3 之前有一個電路短路保護環(huán)節(jié)熔斷器 FU1。冷卻泵電動機 M2 主電路與主軸電動機 M1 主電路相同，同樣也是一個“單向運轉(zhuǎn)單元主電路” ，由 3 個元件組成：接觸器 K1，熱繼電器 KR2，冷卻泵電動機 M2。熱繼電器 KR2 連接與作用和主軸電動機 M1 主電路相同。在工作中冷卻泵電動機 M2 會經(jīng)常接觸混有鐵屑等雜物的機床切削液，所以冷卻泵電動機 M2 容易出現(xiàn)故障，其常見故障有：冷卻泵雜物堵塞電動機定子繞組短路等。此類故障均會使熱繼電器 KR2 熱元件動作斷開，使電動機停轉(zhuǎn)?？焖僖苿与妱訖C主電路 M2 只有接觸器 K2 和快速移動電動機 M3 兩部分組成。由于快速移動電動機 M3 是功率較小的短期點動工作模式，所以無需串聯(lián)熱繼電器。2.1.2 控制線路設(shè)計控制線路圖 2.2 所示設(shè)計如下：圖 2.2 控制線路圖充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙6主電路通過控制變壓器 TC 降壓傳遞到控制電路，控制變壓器 TC 降壓后副邊分別輸出 6V，24V，110V 電壓作為控制回路電源。其后緊接 FU2、FU3、FU4 分別為三條電路的短路保護環(huán)節(jié)。其中 110V 控制電路交流電壓、熔斷器 FU2、熱繼電器 KR1 和 KR2 動斷觸點是 3 臺電動機控制電路公共部分，此三種元件其中之一出現(xiàn)故障便使整個控制電路不能運行。主軸電動機 M1 是由接觸器 KM 控制的，所以它的控制電路肯定有接觸器 KM 的線圈。在接觸器 KM 的線圈前串聯(lián)按鈕 SB1 動斷觸點和 SB2 動合觸點，在 SB2 上并聯(lián)一個接觸器 KM 常開輔助觸點，組成一個標準的“單向運轉(zhuǎn)單元控制電路” 。按下電路中的啟動按鈕 SB2，接觸器 KM 線圈得電，接觸器 KM 常開觸點（9 至 11號線）閉合并自鎖，主電路中接觸器 KM 的三相主觸點閉合使電動機 M1 運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕 SB1，接觸器 KM 線圈失電，主電路中接觸器 KM 三相主觸點斷開使主軸電動機停止運轉(zhuǎn)。冷卻泵電動機 M2 控制電路與主軸電動機 M1 控制電路相似，由接觸器 K1 控制。其完整回路為：110V 交流電壓—熔斷器 FU2—熱繼電器 KR1、KR2—手動開關(guān) SA1—KM 常開觸點—K1 線圈—回到 110V 交流電壓。其中手動開關(guān) SA1 是其電路的啟動和停止開關(guān)。接觸器 KM 常開觸點的作用是使冷卻泵電動機 M2 在主軸電動機 M1 運轉(zhuǎn)的前提下才能運轉(zhuǎn)。當主軸電動機 M1 不運轉(zhuǎn)時，冷卻泵電動機 M2 控制電路中的接觸器 KM 常開觸點保持斷開狀態(tài)，即使手動開關(guān) SA1扳至閉合， K1 線圈也不得電，冷卻泵電動機 M2 也不會工作。同理，快速移動電動機 M3 由接觸器 K2 控制。其完整回路為：110V 交流電壓—熔斷器 FU2—熱繼電器 KR1、KR2—按鈕 SB3—K2 線圈—回到 110V 交流電壓。此電路構(gòu)成“點動控制單元控制電路” ，按下點動按鈕 SB3 后，中間繼電器 K2 線圈通電使主電路接觸器 K2 的三相主觸點閉合，快速移動電動機 M3 隨之運轉(zhuǎn)。反之松開點動按鈕 SB3，快速移動電動機 M3 停止運轉(zhuǎn)。控制變壓器 TC 副邊輸出 6V 作為電源信號指示燈電壓，其電路為：6V 電壓—熔斷器 FU3—電源信號指示燈 HL—回到 6V 電壓。只要總開關(guān) QS 閉合，信號燈 HL 就保持點亮狀態(tài)；反之,信號燈 HL 滅。控制變壓器 TC 副邊輸出 24V 作為照明燈電壓，其電路為：24V 電壓—熔斷器 FU4—手動開關(guān) SA2—照明燈 EL—回到 24V 電壓。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙72.2 電氣原理圖設(shè)計通過上述分析設(shè)計，得到電氣原理圖，如下圖 2.3 所示。圖 2.3 CA6140 普通車床電氣控制原理圖充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙82.3 元器件選擇2.3.1 電動機選擇主軸電動機 M1 完成機床的主運動，即帶動工件做回轉(zhuǎn)運動，以及相應的進給運動。主軸的正、反轉(zhuǎn)和變速由機械方式解決。綜上所述，初選 Y 系列電動機用作主軸電動機 M1。Y 系列電動機（摘自 JB/T8680.1--1998）為全封閉自扇冷型籠式電動機，具有高效、節(jié)能，噪聲低等優(yōu)點，且防護性能好，又具有高度互換性。根據(jù)車床要求從 Y系列電動機中選擇 Y132M-4 型電機，其主要參數(shù)為：額定功率：7.5kw頻率：50Hz轉(zhuǎn)速：1440r/min額定電流：15.4A堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：2.3最大轉(zhuǎn)矩：2.5冷卻泵電動機 M2 是由三相異步電動機和單極離心泵組合成的三相電泵。AB 型冷卻泵具有體積小，外觀美，噪音小等特點。根據(jù)車床要求選擇 AB-25 冷卻泵電機，其主要參數(shù)為：額定功率：90w額定電壓：380V最高揚程：4m最大流量：25L/min快速移動電動機 M3 主要負責刀架的快速移動工作，不需要實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和變速。根據(jù)車床要求選擇 AOS5634 三相異步電機，其主要參數(shù)為：功率：250w額定電壓：380V轉(zhuǎn)速：1360r/min頻率：50Hz2.3.2 熔斷器的選擇熔斷器的種類、熔斷器額定電流等級、額定電壓和熔體的額定電流是選取熔斷器的重要數(shù)據(jù)。額定電壓的選擇主要根據(jù)所保護環(huán)節(jié)的電壓。熔斷器選擇的核心要素是熔體電流。熔斷器 FU 是整個電路的保護環(huán)節(jié)。根據(jù)熔體額定電流計算公式，熔體電流為：（2-85.435.2.1074.1????RI充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙91）選擇螺旋式熔斷器 RL1-60，熔體為 50A。熔斷器 FU1 是 M2、M3 兩臺電動機保護環(huán)節(jié)。根據(jù)熔體額定電流計算公式，熔體電流為：（2-AIR63.105.271????2）選擇螺旋式熔斷器 RL1-15，熔體為 15A熔斷器 FU2、FU3、FU4 選用螺旋式熔斷器 RL1-15，熔體分別為：2A，1A，1A。2.3.3 接觸器選擇根據(jù)電氣原理圖知接觸器 KM 有 3 對主觸點和 2 對常開動合觸點，根據(jù)公式計算主觸點額定電流得：（2-AKUPIdc 09.148.57103???3）選擇 CJ20-16 交流接觸器，額定工作電流為 16A，控制線路線圈電壓 110V。根據(jù)電氣原理圖知接觸器 K1 和接觸器 K2 都只有 3 對主觸點。選擇 CJ20-16 交流接觸器。2.3.4 其他元器件選擇為了提高電路的安全性能，根據(jù)上述分析及電氣原理圖，控制電路采用經(jīng)變壓器降壓后的電源?？刂谱儔浩髦饕鶕?jù)變壓器容量及一次側(cè)、二次側(cè)的電壓等級來選擇。變壓器選擇 JBK2-100 型控制變壓器，副邊電壓 110V、24V、6V。低壓斷路器 QS 是整個電路電源的總開關(guān)，并不直接控制電動機運轉(zhuǎn)，根據(jù)電動機的額定電流來選擇型號。根據(jù)三臺電動機參數(shù)選擇 DZ5-20 型低壓斷路器。熱繼電器的選擇主要是根據(jù)電動機的額定電流來確定其型號與規(guī)格。熱繼電器的額定電流 應接近或略大于電動機的額定電流 ，如下式：RTI edI（2-RTI)05.1~9.(?4）根據(jù)上述要求選定熱繼電器 KR1 為 JR16-20/3D，整定電流 15.4A；熱繼電器 KR2為 JR16-20/3D，整定電流 0.32A。導線：選擇導線主要依據(jù)導線載流量，而導線截面是影響導線載流量的最主要因素。根據(jù)上述元器件參數(shù)，選擇 BVR-2.5mm 銅芯導線作為主電路導線，選擇 BVR-1mm銅芯導線作為控制線路導線。信號燈：根據(jù)電壓，工作環(huán)境等要求選擇 ZSD-O 型燈。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙10照明燈：根據(jù)電壓，工作環(huán)境等要求選擇 DX1-0 型燈。2.3.5 制定電氣元件表根據(jù)上述結(jié)果，制定電氣元件表，如下表 2.1 所示。表 2.1 CA6140 普通車床電氣元件表符號 名稱 型號規(guī)格 數(shù)量 作用M1 主軸電動機 Y132M-4，7.5kw，15.4A， 1440r/min1 主軸旋轉(zhuǎn)和刀具進給M2 冷卻泵電動機 AB-25，90w，0.32A，3000r/min1 輸送冷卻液M3 快速移動電動機AOS5634，250w，1360r/min1 刀架快速移動FU 螺旋式熔斷器 RL1-60，50A 3 全電路短路保護FU1 螺旋式熔斷器 RL1-15，15A 3 M2，M3 短路保護FU2 螺旋式熔斷器 RL1-15，2A 1 控制線路短路保護FU3 螺旋式熔斷器 RL1-15，1A 1 電源信號燈短路保護FU4 螺旋式熔斷器 RL1-15，1A 1 照明燈短路保護KM 交流接觸器 CJ20-16，16A，110V 1 控制主軸電動機K1 交流接觸器 CJ20-16，16A，110V 1 控制冷卻泵電動機K2 交流接觸器 CJ20-16，16A，110V 1 控制快速移動電動機TC 控制變壓器 JBK2-100，380/110,24,6 1 降壓輸出電源KR1 熱繼電器 JR16-20/3D， （10-16）/15.4A1 主軸電動機過載保護KR2 熱繼電器 JR16-20/3D， （0.25-0.35）/0.32A1 冷卻泵電動機過載保護QS 低壓斷路器 DZ5-20，380V，20A 1 電源總開關(guān)SB1 按鈕 LA 型，500V，5A，紅色 1 控制主軸電動機停轉(zhuǎn)SB2 按鈕 LA 型，500V，5A，綠色 1 控制主軸電動機運轉(zhuǎn)SB3 按鈕 LA 型，500V，5A，綠色 1 控制快速移動電動機運轉(zhuǎn)SA1 手動開關(guān) HZ2-10/1,10A 1 控制冷卻泵電動機點動SA2 手動開關(guān) HZ2-10/3,10A 1 控制照明燈HL 信號燈 ZSD-O，40W，24V 1 電源指示作用EL 照明燈 DX1-0，6V，15A 1 照明作用充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙11充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙122.4 電氣接線圖設(shè)計通過電氣原理圖和上述元件表，設(shè)計電氣接線圖，如下圖 2.4 所示。圖 2.4 CA6140 普通車床電氣接線圖充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙132.5 宇龍機電控制仿真根據(jù)上述設(shè)計，在宇龍機電仿真軟件進行仿真。選取相應元件并根據(jù)電氣原理圖連接線路，實現(xiàn)預想中的車床控制，如下圖 2.5 所示。圖 2.5 宇龍機電仿真實物圖經(jīng)過元件選型和接線，基本完成上述 CA6140 車床的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計的仿真，實現(xiàn)了主軸電動機 M1、冷卻泵電動機 M2 和快速移動電動機 M3 的正常工作。在仿真過程發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)接觸器控制系統(tǒng)中存在著一些問題：接線相對復雜且易出錯，導致出現(xiàn)故障時排障困難；機械方式實現(xiàn)的觸點控制反應速度慢等。因此，可對其控制系統(tǒng)進行改進。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙143. 控制系統(tǒng) PLC改造3.1 PLC控制分析根據(jù)上述設(shè)計及宇龍仿真結(jié)果，對其控制系統(tǒng)進行 PLC 改造。在上述設(shè)計的電氣原理圖基礎(chǔ)上進行 PLC 改造。主電路有 3 個電動機無法由 PLC 代替。電源信號燈和照明燈線路簡單，無需 PLC 控制。所以只對控制電路部分進行 PLC 分析。3.1.1 I/O 點分配表根據(jù) CA6140 普車的控制特點分析，列出 PLC 控制的輸入/輸出點分配表。表 3.1 CA6140 普通車床 PLC 輸入/輸出表輸入信號 輸出信號名稱 代號 輸入點編號 名稱 代號 輸出點編號主軸電動機 M1 停止按鈕SB1 I0.0 交流接觸器 KM Q0.0主軸電動機 M1 啟動按鈕SB2 I0.1 交流接觸器 K1 Q0.1快速移動電動機 M3點動按鈕SB3 I0.2 交流接觸器 K2 Q0.2冷卻泵電動機 M2 手動開關(guān)SA1 I0.3過載保護熱繼電器 KR1、KR2 I0.4充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙153.1.2 PLC 外部接線圖根據(jù)所列的 PLC 輸入/輸出表繪制 PLC 控制外部接線圖，如圖 3.1 所示。圖 3.1 CA6140 普通車床 PLC 控制接線圖3.2 PLC選擇根據(jù)圖 2.3 及上述分析可知，一共需要輸入信號 5 個和輸出信號 3 個。根據(jù)其 I/O點數(shù)選擇 CPU221 AC/AD/繼電器（ 輸入/繼電器輸出） 。其輸入、輸出分VDC230~1別為 6 個、4 個，符合要求。其他元器件與表 2.1 相同。3.3 程序設(shè)計當 SB2 閉合，I0.1 接收輸入信號，Q0.0 輸出并自鎖，接觸器 KM 線圈通電，主軸電動機 M1 開始運轉(zhuǎn)；當 SB1 斷開，I0.0 無法接收輸入信號，Q0.0 也停止輸出，主軸電動機 M1 停止運轉(zhuǎn)。當主軸電動機 M1 運轉(zhuǎn)即 Q0.0 有輸出時，此時閉合 SA1，Q0.1 輸出信號，冷卻泵電動機 M2 開始運轉(zhuǎn)；當 SA1 斷開，I0.3 無輸入，Q0.1 釋放，冷卻泵電動機 M2 停止運轉(zhuǎn)。當 SB3 閉合，I0.2 有輸入信號，Q0.2 輸出信號，快速移動電動機 M3 開始運轉(zhuǎn)；當 SB3 斷開，I0.2 無輸入信號，Q0.2 釋放，快速移動電動機 M2 停止運轉(zhuǎn)。當 KR1、KR2 有其中之一斷開時，I0.4 就無輸入，Q0.0、Q0.1、Q0.2 都釋放，所有電動機停止運轉(zhuǎn)。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙16開關(guān) SA2 直接控制照明燈 EL。根據(jù)以上設(shè)計編寫 PLC 控制程序梯形圖和指令語句表。圖 3.2 梯形圖及指令表充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙173.3 PLC控制的宇龍機電控制仿真利用宇龍仿真軟件繪制實物接線圖，如下圖 3.3 所示：圖 3.3 PLC 控制系統(tǒng)宇龍仿真實物圖成功完成 PLC 控制系統(tǒng)的宇龍仿真，并實現(xiàn) 3 臺電動機的正常運轉(zhuǎn)。通過與之前傳統(tǒng)接觸器的宇龍仿真比較，PLC 改造的控制系統(tǒng)宇龍仿真接線相對簡單，連線時不易出錯。通過程序?qū)崿F(xiàn)的控制操作，方便調(diào)試，出現(xiàn)故障時方便排障。整個電路省略了接觸器常開常閉觸點的使用，減少了觸點老化等問題造成的接觸不良現(xiàn)象。PLC 控制反應速度快，具有更高的可靠性。 充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙184 床頭箱結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 主軸箱箱體設(shè)計主軸箱主要包括主軸、各級變速軸，操縱機構(gòu)等。主軸箱不僅要符合各軸的運動參數(shù)，還應具有較高的傳動效率并具有足夠的強度或剛度。再在此基礎(chǔ)上減震降噪，降低成本并注意防塵、防漏等。箱體材料以中等強度的灰鑄鐵 HT150 及 HT200 為最廣泛,本設(shè)計選用材料為HT200。箱體鑄造時的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸(長×寬×高),按下表選取。表 4.1 箱體壁厚選取表長×寬×高( )3m壁厚(mm)500 × 500 × 300-800 × 500 × 500 10-15> 800 × 800 × 500 12-20箱體中存在的軸承孔會下降 10%-20%的整體扭轉(zhuǎn)剛度和一部份彎曲剛度，一般在箱體中加入凸臺或加強筋的方式解決這一問題，并可以適當增加壁厚。如中型車床的前支承壁一般取 25mm 左右，后支承壁取 23mm 左右，軸承孔處的凸臺應滿足安裝調(diào)整軸承的需求。箱體具有幫助各軸起定位和支承各軸的功能。CA6140 床頭箱中一共有 15 根軸（本文中只設(shè)計了與主傳動相關(guān)的 6 根軸） 。箱體上各軸的安裝孔對各軸定位至關(guān)重要。通過考慮齒輪之間的嚙合及相互干涉等問題，根據(jù)各對配合齒輪的中心距及變位系數(shù)，并參考有關(guān)資料，箱體上軸安裝空的位置確定如下：中心距計算公式為（4-12m（ a） =/(d+)y1）其中，y 是中心距變動系數(shù)。Ⅰ軸和Ⅱ軸中心距： ???(5638)/.50.7Ⅰ軸和Ⅶ軸中心距： （ 0+4） 2=94Ⅱ軸和Ⅶ軸中心距： （ ） /.Ⅱ軸和Ⅲ軸中心距： （ 91） mⅢ軸和Ⅳ軸中心距： ?（ 5） /.5Ⅴ軸和Ⅷ軸中心距： （ 4+） 2=8充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙19Ⅴ軸和Ⅵ軸中心距： ?（ 26+58） /4=16mⅧ軸和Ⅸ軸中心距： ??（ ） 28Ⅸ軸和Ⅵ軸中心距： （ ） /Ⅸ軸和Ⅹ軸中心距： （ 3）Ⅸ軸和Ⅺ軸中心距： ?（ 25） /5經(jīng)分析考慮后，箱體上各軸位置確定如下圖 5.1：圖 5.1 各軸位置圖4.2 零件校核4.2.1 普通 V 帶傳動的計算選擇 V 帶應首先保證帶傳動不打滑，在此基礎(chǔ)上盡量提高傳遞性能，同時具備足夠的疲勞強度來滿足一定的使用壽命。設(shè)計功率計算公式為（4-PKAd??2）——主帶輪傳遞的功率（kw）P——工況系數(shù)，查《機床設(shè)計手冊 2 零件設(shè)計》 （以下均為此手冊）表 5.2-5，AK充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙20取 ；所以得，1.?AK（4-KWPd1.2.??3）V 帶轉(zhuǎn)速等于主軸電動機轉(zhuǎn)速 140/minnr=根據(jù) P 和 n，查表 5.2-6，選 B 型帶V 帶小帶輪的直徑 ；3d?1根據(jù)表 5.2-10 公式計算（4-??vsnvd ???/86.9)106/(1?4）V 帶大帶輪的直徑 ；md23?根據(jù)結(jié)構(gòu)安排中心距取 a0確定 V 帶基準長度（4-??madnLdd 5.274200 1221 ???5）根據(jù)表 5.2-3，圓整為標準長度 ；083dL?計算帶撓曲次數(shù)； （4-01/7.4dmvs??6）如果計算所得曲撓次數(shù)得結(jié)果過大，就必須調(diào)整相應數(shù)據(jù)，比如增大 V 帶長度和加大中心距或者減小 V 帶速度和直徑。計算實際中心距（4-BAa??27）（4-??7.108421?ddL?8）（4-58212?dB9）把式（4-8 ）和（4-9 ）帶入（4-7） ，得：（4-ma23107..102??10）計算小帶輪包角（4-?????109.542sin8111ad?充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙2111）計算 V 帶的根數(shù) （4-1pzPK??j12）——單根 V 帶所能傳遞的功率，查表 5.2-7 得，Pj 2.3jPkw?——包角修正系數(shù)，查表 5.2-8，取 0.95?K根據(jù)式（4-12）及所選數(shù)據(jù)計算；圓整取 ；3.89z?4z?計算單根帶初拉力； （4-2015.qvKvzPFad????????13）式中 q 為 V 帶每米的質(zhì)量，查表 5.2-13，取 0.10根據(jù)式（4-13）得 ；N23.580?確定作用在軸上的壓力（4-NzFQ98.45320.1sin4.sin10 ????14）4.2.2 齒輪的校核選擇 I 軸上相同模數(shù)下載荷最大而齒數(shù)最小的齒輪進行齒輪驗算，進行接觸應力和彎曲應力校核。對高速齒輪進行齒面接觸應力校核，對低速齒輪進行齒根彎曲應力校核。查閱《機床設(shè)計手冊 2 零件設(shè)計》知接觸應力計算公式和彎曲應力計算公式分別如下：（4-??????jjSMPauBnNKZm??????3213j10815）（4-wjSY2315w16）其中 m， , , , , 分別為疲勞曲線指數(shù)，齒輪傳遞功率，工作情況系數(shù)N1K23（中等沖擊的主運動，取 1.2~1.6） ，動載荷系數(shù)，齒向載荷分布系數(shù)，標準齒輪齒形系數(shù)。的計算公式為 ；???d壽命系數(shù)計算公式為 （4-TOKNn17）充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙22其中 的計算公式為 （4-TKOTCnmK160?18）其中 、 和 分別為變速組傳動副，齒輪最低轉(zhuǎn)速以及基準循環(huán)次數(shù)。 P1nCo為齒輪在機床工作期限（ ）內(nèi)的總工作時間（ h） ，對于此課題中取S；hTS20~5?式（4-17 ）中 ， ， 分別為速度變化系數(shù)，功率利用系數(shù)，材料強化系數(shù)。KnNO式（4-15 ）和（4-16 ）中 的上下極值 ， 見表 5.1-20，當SmaxSKinS時，則取 ；當時 ，取 ；maxSK?maxS?in?mi?許用接觸應力（MPa） ,通過查表 5.1-21 得到；??j?許用彎曲應力（MPa） ，通過查表 5.1-22 得到。w或 要求時，可以通過 來補j如 果 校 核 后 不 滿 足 改 變 初 選 的 材 料 或 熱 處 理 方 法救， ， 重新調(diào)整 、 。如 果 仍 然 不 滿 足 就 必 須 齒 數(shù) 齒 寬 和 模 數(shù)計算第一根輸入軸上齒輪可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)速如下式：（4-min/820311rnd??19）（4-51.96.?20）由于已知 ；kwNd625.??820/injnr?3已知在兩配合齒輪中選擇齒數(shù)少的齒輪進行校核，其數(shù)據(jù)為 ， ，且50Z?2.m齒寬為 ， 。12Bm?.0u（4-??31..1.472.6852.058792j jMPP????????????21） 符合強度要求。校核 Z=56，m=2.25 的齒輪：（4-??31.05.12.0475.622856. 8109j jMPP?????????????22） 符合強度要求。4.2.3 軸的校核充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙23軸的校核通常只對其完成剛度驗算。I 軸為花鍵軸，其抗彎截面慣性矩 計算公式及結(jié)果為：4（ ）m??624dDbgNdI????（4-410.7.38.382.3 m?????23）式（4-23 ）中 d、D、b、Z 分別為花鍵軸的內(nèi)徑、外徑和鍵寬、鍵數(shù)。，首先應計算得到承受最大載荷界面的最大扭矩：計 算 軸 上 的 彎 矩 載 荷（4-NnNMj ??????? 444 105.682.1095109524）式中（4-24 ）中 和 分別代表能夠承受的最大功率 和軸的轉(zhuǎn)速 。j （ kw） （ r/min）根據(jù)上式已計算得到的最大扭矩計算最大載荷：（4-4326.5102.DtP????扭25）其式中 為齒輪節(jié)圓直徑,其計算公式為 。mZ?齒輪的徑向力 計算公式如下：r（4-)cos(tan(?????r26）其中 、 、 為別為齒輪的嚙合角、齒面摩擦角和螺旋角， ，??? ??20?； ；??72.5?0?得到徑向力 N3.51.70rtP??計算花鍵側(cè)表面的擠壓應力得：（4-max28,()()njy jyMPaDdlZK?????????27）式中 、 、 、 分別為 I 軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩 ，工作長度，鍵數(shù)maxnMLZ（ ）Nm?和載荷分布不均勻系數(shù) 。 分別是花鍵軸的外徑和內(nèi)徑。（ K=0.78）: ,（4-426513.620()(38.)07jy jyPaMPa????????????28）所以此花鍵軸驗算合格。4.2.4 軸承壽命校計算疲勞破壞是圓柱滾子軸承的主要破壞形式，所以要對軸承進行額定壽命 （h）計L算，其計算公式為：充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙24（4-??610（ ）nhCLTP???29） 其中 n、C 、P 和 分別為軸承計算轉(zhuǎn)速、額定動負荷、當量動負荷和壽命系數(shù)?（滾子軸承 ） 。 為工作時間，一般取 。103=][T??10~5h在式（4-29 ）基礎(chǔ)上引入速度系數(shù) 和壽命系數(shù) ，其計算公式為 ；nfnf 103nif??。50nLf??繼續(xù)引入工作情況系數(shù) （取 ） ，齒輪轉(zhuǎn)換工作系數(shù) ，疲勞壽命系Ff1.~3f?lK數(shù) ， 同式（4-17）中 T。K?得到最終額定動負荷 C 的計算公式如下：（4-??hjFlnfKPC??30）進行計算得：124863[]nLhT??0395故軸承校核合格。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙255 結(jié)論歷經(jīng)一個學期，基本完成了畢業(yè)設(shè)計項目。本課題首先介紹了機床的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，以及普通車床 CA6140 相關(guān)性能和技術(shù)參數(shù)，并對 CA6140 普車控制系統(tǒng)和主軸箱部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，并取得了以下成果：（1）分析設(shè)計 CA6140 普車控制系統(tǒng)，利用 CAD 繪制電氣原理圖和電氣接線圖，并利用宇龍控制仿真軟件實現(xiàn)仿真控制。（2）對控制系統(tǒng)進行 PLC 改造，分析輸入/輸出并編寫 PLC 程序，并實現(xiàn)控制系統(tǒng)的 PLC 控制，完成宇龍控制軟件的 PLC 控制仿真。（3）對設(shè)計的控制系統(tǒng)進行元器件選擇。（3）對 CA6140 普車床頭箱結(jié)構(gòu)設(shè)計并用 CAD 和 PREO2.0 完成相應的二維和三維零件圖、裝配圖。充值購買- 下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙26參考文獻[1]羅宇航.流行 PLC 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建模把車床的不同部件設(shè)計為附件，其后是制造階段。最后，車床附件成功開發(fā)研制后可安裝在數(shù)控機床上。通過車削、螺紋切削等加工操作，可以對數(shù)控車床附件的工作進行檢查。這樣，加工操作就可以完成了。使用目前開發(fā)的車床附件和現(xiàn)有的 RP（快速成型）附件對機床進行相應的附件安裝可以使數(shù)控機床實現(xiàn)了多功能化。數(shù)控機床在安裝適當?shù)母郊r可用于在兩個領(lǐng)域進行研究工作。關(guān)鍵詞 概念設(shè)計 CAD 建模 數(shù)控機床引言新產(chǎn)品的概念包括產(chǎn)品要求，產(chǎn)品功能，產(chǎn)品可行性，產(chǎn)品表單/結(jié)構(gòu)（布局）和相關(guān)屬性。產(chǎn)品性能需要考慮材料，裝配公差，臨界表面粗糙度和硬度參數(shù)以及臨界尺寸。概念設(shè)計研發(fā)能夠加快產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的過程。它是創(chuàng)造力的產(chǎn)物，從而能夠引發(fā)新穎的和有價值/創(chuàng)新的想法。這是產(chǎn)品開發(fā)初期的一個非常關(guān)鍵的方面。它決定了產(chǎn)品的功能，形式和基本結(jié)構(gòu)。概念設(shè)計過程包括（1）信息搜集：開始設(shè)計前，設(shè)計者必須對客戶的要求有一個很好的了解。設(shè)計師收集到的信息越多，就越能做出令客戶滿意的優(yōu)秀設(shè)計。 （2）處理：一旦設(shè)計人員收集到了事實，并且找出了類似產(chǎn)品的例子，創(chuàng)意便會油然而生。設(shè)計過程階段的重點是筆記，繪圖和計劃工作。 （3）設(shè)計：不熟悉的客戶對設(shè)計過程的誤解是，設(shè)計師是從設(shè)計開始的?？蛻粜枰郎鲜鰞蓚€步驟。