现主轴的变速以提供不同的切削速度刀架能实现纵向和横向的进给运动主轴运动的同时，冷却泵电机也能启动，喷出冷却液。对于以上功能的实现，可以初步制定总体改造方案舍弃原车床的光杠丝杠溜板箱及挂轮箱中的齿轮，原装的普通滑动丝杠改换为滚珠丝杠，在原安装滑动丝杠的部位通过托架将选好的纵向滚珠丝杠安装，安装的纵横向滚珠丝杠尽量用原来的固定与安装方式主轴需要能变速并能实现正反转刀架由两台步进电机带动，在床鞍的偏后位置安装横向步进电动机，在离尾座较近的位置，机床的右部安装纵向步进电动机。实现主轴变频调速车床的主轴变速是手动变速。本课题中改造后的车床决定采用变频器驱动电机，通过数控系统控制变频器，变频器驱动三相异步电动机实现主轴变速，因为这样可以使用原车床的电动机，而不用对主轴电动机重新选型。电源频率，电动机磁极对数以及转差率与交流异步电动机的转速之间存在定关系式，有公式可证。原电机的磁极对数，转差率，所以电动机转速与频率之间的关系为。因此，改变电源的频率即可改变电动机的转速。变频器能通过与数控系统连接，控制电动机的正转，反转，停止和变速。进给系统的改造车床只有个快速移动电机控制刀架运动，改造后的车床用两个步进电机控制刀架两个方向的运动。另外，原来车床采用的滑动丝杠，与滚珠丝杠相比摩擦阻力大。传动效率低，不能适应高速运转。而且，由于磨损快，造成其精度保持性低，寿命低。滚珠丝杠磨损小，寿命长，精度保持性好。所以需要将原来的滑动丝杠改为滚珠丝杠。数控系统选择由于本次改造基于经济，简易改造的原则，本课题选用开环数控系统。开环系统虽然精度不够高，但是因为开环系统的结构易懂，成本不高，方便改装，所以在简易数控系统中可以使用。.本章小结本章分析了数控化改造后的车床所需要实现的功能，然后说明了车床数控化改造的总体方案。从经济性，简易性方面出发，主轴通过变频器驱动电动机的方式来调速，车床上原装的主轴电动机能继续使用。数控车床电气控制设计本章概述本章介绍了原车床的电气控制，设计并说明了数控化改造所需的电路控制改造。.车床电气控制车床运动形式主轴与工件的旋转运动称为车床的主运动，主轴电动机通过带传递给主轴变速箱来改变速度称为主轴变速。刀架与刀具的直线运动称为车床的进给运动。车床的切削运动包括车床的主运动和进给运动。车床的辅助运动是车床上除切削运动以外的其它切必需的运动。如尾架的纵向移动，工件的夹紧与放松等。电力拖动特点和控制电路很多时候都选三相笼型异步电动机做车床的主拖动电动机，不用电气调速。采用齿轮箱进行机械有级调速。主轴正反转由控制主拖动电动机调换相序实现。设有启动与停止按钮控制主拖动电动机的起动与停止。在进行车削加工时，刀具及工件温度将过高，应配有冷却泵电动机喷出切削液进行冷却，并且要求在主拖动电动机起动后，方可决定冷却泵启不启动，而当主拖动电动机停止时，冷却泵电动机应立即停止。必须有过载短路欠压失压保护，还要具有安全的局部照明装置。.数控化改造的电气控制设计根据车床数控化改造方案，去掉现有车床进给箱溜板箱刀架等，只保留主轴箱床身导轨溜板尾座等。进给运动变为纵向横向两台步进电机驱动。因此需重新设计它的电气控制电路。数控车床主电路设计由图可知，车床的主电路共有三台电动机是主轴电动机，带动主轴旋转是冷却泵电动机，用来输送切削液是刀架快速移动电动机。主轴的正反转是由主控触点和的闭合与断开实现的，而改造后的数控机床是则由数控系统控制变频器，由变频器控制主轴电动机实现正反转。去掉原电动机，刀架的移动由步进电机，控制冷却泵电动机由线圈控制触点控制电机的启动和停止。改造后主电路的工作原理是扳动断路器以及空气开关，将三相电源引入。变频器控制主轴电动机，变频器相应的端口接收到由数控装置发出的指令，然后变频器驱动主轴电动机正转或者反转，这两台电动机的正反转是由各自的步进电机驱动器实现的，当或者要正转时，数控装置发出指令，驱动器控制电动机正转当或者要反转时，数控装置发出指令，驱动器控制电动机反转。热继电器作过载保护，熔断器作短路保护。冷却泵电动机由继电器控制。主电路可见下图.和.。图.改造后主电路主轴图.改造后主电路进给系统数控车床控制电路设计控制电路的电源由控制变压器输出电压提供。正常工作时，断路器合闸。刀架控制由数控装置系统和电机组成。控制变压器作为电源，输出供数控装置步进电机驱动器使用。以下是改造后的控制电路的具体分析主轴电动机的控制主电路由数控装置发指令给变频器，由变频器控制主轴电动机的正反转以及变频调速。进给系统电动机和的控制进给运动是由两个步进电动机控制刀架两个方向上的运动实现的。由数控装置发指令给步进电机驱动器，由步进电机驱动器控制两台步进电动机的正反转。冷却泵电动机的控制当主轴电机启动后，数控装置系统发出指令，冷却泵电动机才能起动。当停止运行时，电动机自动停止。报警灯和警铃的控制当，电动机电路中相应热继电器断开时，数控装置输出信号控制相应的报警灯亮，警铃响起。直到热继电器复位，报警灯熄灭，警铃不响。.本章小结本章设计了改造后机床的主电路图和控制电路图，介绍了主电路的主电路中的电气元件和主电路的工作原理，叙述了控制电路控制主电路的流程。车床数控化改造的数控系统本章概述本章内容主要选择了数控系统控制的方式，并选择了合适的数控系统，合适的变频器。分配了数控系统中的输入输出点，并用软件编写了梯形图。数控系统或数控装置编译事先自动读入载体的数字值，从而控制机床的动作，进行对零件的加工。图.是数控机床的主要结构图，由机床主机驱动装置辅助装置装置和编程装置等组成。图.数控机床的主要结构.数控改造的控制方式选择数控改造的控制方式按伺服驱动方式基本上分为开环控制半闭环控制和闭环控制三种类型。步进电机驱动的开环数控系统开环数控系统的主要伺服驱动装置是步进电机功率步进电机等。从数控系统发出的进给指令，通过控制电路后，步进电机开始转动，执行部件由滚珠丝杠驱动。只要控制指令，执行部件运动的位移量速度和运动方向就可以得到控制。因为该系统的输入端不会接收到测得的实际位置和速度反馈，所以这种系统被称为开环系统，该系统的位移精度由步进电动机的角位移精度丝杠等传动元件的节距或者导程精度决定，因此系统的位移精度相对较低。但是这个系统具有调试简单，结构易懂，工作稳定，维修方便，容易改装成功，成本低廉的优点。交直流伺服电机驱动，光栅测量反馈的闭环数控系统该系统与开环系统具有以下区别实际位置由位置检测装置测得并发送反馈信号，随时将给定值与测得值进行比较，放大和变换两者的差值，驱动执行机构，向着消除偏差的方向以给定的速度运动，当给定位置与反馈的实际位置的差值等于零时停止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统要复杂，成本也相对贵，并且严格要求了环境室温。设计和调试都比开环系统难。但是与此同时得到的是比开环进给系统更高的精度，更快的速度，更大的驱动功率。交直流伺服电机驱动，编码器反馈的半闭环数控系统检测元件安装在半闭环系统的中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部分元件的误差。所以，虽然它的结构与调试都比闭环系统相对简单，但它的精度比闭环系统的精度低。本课题决定采用开环数控系统。因为开环数控系统既便宜又易改造，同时也能满足改造后的性能要求。.数控系统的选择依据机床数控化改造后车床所要达到的精度性能等，选择性价比高的，合适的数控系统，要考虑原车床的精度和改造的成本周期难易程度等各方面因素来避免选择的数控系统性能过剩。在我国，虽然经济型数控系统生产厂家众多，而且价格上占有优势，但性能和稳定性不是那么理想，所以本课题决定采用国外的数控系统。最终决定采用西门子数控系统。西门子数控系统是种将数控系统和驱动控制系统的所有部件集成在起的操作控制系统。全数控键盘垂直型或水平型可直接连接。结构简单体积小可靠性高，系统软件功能比较完善有免维护性能的，面板控制单元是该数控系统的核心部件，它将人机界面和通讯等功能集成于体。可靠性高易于安装能控制个进给轴和个数字或模拟主轴。通过生产现场总线将驱动器输入输出模块连接起来集成了内置系统，可对机床采取逻辑控制。其控制逻辑设计使用标准的的编程语言，并且为了简化制造厂设计过程以及缩短设计周期，它随机提供标准的子程序库和实例程序。西门子数控系统采用标准的。系列可以满足多种多样的自动化控制的需要。具有设计紧凑扩展性上佳价格便宜以及强大的指令系统等优点，所以它基本能完美地满足小规模的控制要求。另外，因为具有多种类型和电压等级，所以它在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性和可选择性。.输入输出输入接口输入接口接收和采集两种类的输入信号，种是按钮行程开关继电器触头等开关量的输入信号另种是电位器测速发电机和各种变频器提供的连续变化的模拟量输入信号。输出接口输出接口电路输出控制信号给各个执行元件。接触器电磁阀调节阀模拟量指示灯和报警装置等是常用执行元件。通常由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成输出接口电路，与输入接口电路相像，光电耦合器在输出接口电路和内部电路之间抗干扰电隔离。通常，集成在芯片上的输出数据寄存器选通电路和中断请求逻辑电路组成微电脑输出接口电路，输出信号由经数据总线传输到输出数据寄存器中。电源的电源作为支撑整个的能源输出部分，它能将由外部输入的交流电变为存储器等所需的直流电。电源甚至能供给外部直流稳压电源，供电给输入接口上的电气元件，所以外围配置上可以不用设置电源，起到简化整体结构的作用。输入输出点的统计改造后的车床自动运行时，主轴的正反转和变速，两个方向进给系统的前进，后退，限位动作都由控制，控制这些动作的信号作为输入信号。而传达给控制各电动机的接触器，变频器的信号将作为输出信号。根据要求，清算出上所需要的输入输出点数。表端口统计表输入输出类型输入点数输出点数信号类型按钮限位开关热继电器变频器驱动器接触器数量统计总计由上表得出结论需输入点数个，输出点数个。再留些余量，上文所介绍的西门子数控系统中的能够使用。型具有个输入端口，个输出端口。表分配表输入信号输出信号停止按钮.变频器运行频率选择.主轴停止按钮.变频器运行频率选择.主轴正转按钮.变频器控制正反转.主轴反转按钮.向纵向进给电机输出高速脉冲.纵向进给系统电机停止按钮.驱动器控制纵向进给系统正反转.表续分配表纵向进给系统电机正转按钮.向横向进给电机输出高速脉冲.纵向进给系统电机反转按钮.驱动器控制横向进给系统正反转.横向进给系统电机停止按钮.冷却泵电动机启动线圈.横向进给系统电机正转按钮.电动机报警灯.横向进给系统电机反转按钮.电动机报警铃.纵向进给系统正转限位开关.电动机报警灯.纵向进给系统反转限位开关.电动机报警铃.横向进给系统正转限位开关.电动机报警灯.横向进给系统反向限位开关.电动机报警铃.热继电器.热继电器.热继电器.根据表可以画出相应的接线图，具体见图.。图.接线图.主拖动系统变频调速改造车床主拖动系统车床是由齿轮箱来传动和调速的。该车床具有以下特性恒功率性质当齿轮箱速度变化时，转速和转矩成反比，体现出恒功率的性质。所以对同切削用量而言，电动机的输出功率是不变的。如忽略齿轮箱的功率损耗不计，则在全调速范围内，都具有恒功率的特点。低速时过载能力强在主拖动系统以较低的速度运动时，通过降速后，最大负载转矩远远比拖动系统的额定转矩低。所以它过载的能力在很多情况下都很优异。主轴变频控制的基本原理由异步电机理论可知,主轴电机的转速公式为式中电动机的极对数转差率供电电源的频率从式.可知，异步电动机调速方法可分为以下三大类变极调速方法变极调速方法