三、本设计（或其他）应达到的要求：
①了解数控机床的工作原理，国内外的研究发展现状；
②完成CA6140机床的主拖动系统变频调速系统改造；并利用PLC完成控制系统设计；
③完成有关零部件的选型计算；PLC程序设计；
④熟练掌握有关计算机绘图软件，并提供电气原理图，接线图等设计图纸；
⑤完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料1篇。
目录
摘要III
ABSTRACT IV
目录V
1绪论1
1.1本课题的研究内容和意义1
1.2国内外的发展概况1
1.2.1国内外数控机床的发展概况1
1.2.2国内外数控机床改造概况2
1.3本章小结4
2 CA6140普通车床数控改造总体方案的设计5
2.1设计任务5
2.2原机床简介5
2.2.1原机床功能5
2.2.2原机床传动系统5
2.2.3原机床电气控制5
2.3总体改造方案7
2.3.1实现主轴变频调速7
2.3.2进给系统的改造7
2.3.3数控系统选择7
2.4本章小结7
3数控车床电气控制设计8
3.1 CA6140车床电气控制8
3.1.1 CA6140车床运动形式8
3.1.2电力拖动特点和控制电路8
3.2数控化改造的电气控制设计8
3.2.1数控车床主电路设计8
3.2.2数控车床控制电路设计10
3.3本章小结10
4 CA6140车床数控化改造的数控系统11
4.1数控改造的控制方式选择11
4.2数控系统的选择12
4.3 PLC输入/输出12
4.3.1输入接口12
4.3.2输出接口12
4.3.3电源13
4.3.4输入/输出（I/O）点的统计13
4.4主拖动系统变频调速改造15
4.4.1 CA6140车床主拖动系统15
4.4.2主轴变频控制的基本原理16
4.4.3变频器的选用16
4.5梯形图编程17
4.6本章小结22
5进给系统的改造设计23
5.1纵向（Z向）进给系统的设计与计算23
5.1.1纵车外圆切削力的计算23
5.1.2纵向（Z向）滚珠丝杠的计算和选型23
5.1.3纵向（Z向）步进电机的计算和选型25
5.2横向（X向）进给系统的设计与计算26
5.2.1横切端面切削力的计算26
5.2.2横向（X向）滚珠丝杠的计算和选型26
5.2.3横向（X向）步进电机的计算和选型28
5.3本章小结29
6总结与展望30
6.1总结30
6.2展望30
致谢31
参考文献32
3数控车床电气控制设计
本章概述：本章介绍了原CA6140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。
3.1 CA6140车床电气控制
3.1.1 CA6140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V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一切必需的运动。如尾架的纵向移动，工件的夹紧与放松等。
3.1.2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[4]。
3.2数控化改造的电气控制设计
根据CA6140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。
3.2.1数控车床主电路设计
由图1-1可知，CA6140车床的主电路共有三台电动机：M1是主轴电动机，带动主轴旋转；M2是冷却泵电动机，用来输送切削液；M3是刀架快速移动电动机。CA6140主轴的正反转是由主控触点KM1和KM2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M1实现正反转。去掉原电动机M3，刀架的移动由步进电机M2，M3控制；冷却泵电动机M4由线圈KM5控制触点KM5控制电机的启动和停止[6]。
改造后主电路的工作原理是扳动断路器QF以及空气开关，将三相电源引入。变频器控制主轴电动机M1，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M1正转或者反转；M2，M3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M2或者M3要正转时，数控装置发出指令，驱动器控制电动机正转；当M2或者M3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FR1～FR4作过载保护，熔断器FU作短路保护。冷却泵电动机M4由继电器KM1控制。
3.2.2数控车床控制电路设计
控制电路的电源由控制变压器TC1输出110V电压提供。正常工作时，断路器QF合闸。刀架控制由数控装置系统和电机组成。控制变压器TC2作为电源，输出220V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：
（1）主轴电动机M1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。
（2）进给系统电动机M2和M3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。
（3）冷却泵电动机M4的控制
当主轴电机M1启动后，数控装置系统发出指令，冷却泵电动机才能起动。当M1停止运行时，电动机M4自动停止。
（4）报警灯和警铃的控制
当M1，M2，M3，M4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[7][8]。
