數(shù)控化加工是機(jī)械加工行業(yè)朝高質(zhì)量，高精度，高成品率，高效率發(fā)展的趨勢(shì)。結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是我國(guó)從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的及其重要的臺(tái)階。利用現(xiàn)有的普通車床，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造是一條低成本，高效益的途徑。

數(shù)控化加工是機(jī)械加工行業(yè)朝高質(zhì)量，高精度，高成品率，高效率發(fā)展的趨勢(shì)。結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是我國(guó)從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的及其重要的臺(tái)階。利用現(xiàn)有的普通車床，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造是一條低成本，高效益的途徑。

一、總體方案：

 

                                                                    圖1 數(shù)控系統(tǒng)的總體框架配置

總體框架說明：

1、 PC機(jī)可采用工控PC機(jī)，可滿足該控制系統(tǒng)的控制要求。

2、運(yùn)動(dòng)控制卡。我們采用了由ADVANTECH公司生產(chǎn)的PCL運(yùn)動(dòng)控制卡。該卡是一種高速三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、輸出口，可實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。因此，它可以滿足車床X，Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線，圓弧插補(bǔ)。

3、光電耦合電路是自己設(shè)計(jì)的，它的作用是能夠隔離外部干擾信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)沖擊，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4、機(jī)床本體是由C613改造而來，拆除原來的絲桿，溜板箱，變速箱等，保留原來的三爪卡盤等。

5、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器是采用南京四通公司的。驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓式45V，考慮步進(jìn)電機(jī)的步距角和絲桿的螺距，本系統(tǒng)X軸的脈沖當(dāng)量是0.00125，Z軸的脈沖當(dāng)量是0.0025。完全能夠達(dá)到0.005mm的加工精度要求。

6、各種限位開關(guān)，減速開關(guān)，回零開關(guān)均安裝在機(jī)床本體上，限位開關(guān)是起這硬件硬限位的作用，當(dāng)車床加工工件超出加工范圍時(shí)，車床自動(dòng)停止加工。減速開關(guān)的作用是當(dāng)車床刀架回零并走到車床零點(diǎn)附近時(shí)，減速開關(guān)被開啟并通知車床減速走到零位置。

二、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋，故進(jìn)給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。本車床的X，Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，直接采用了步進(jìn)電機(jī)＋剛性聯(lián)軸器＋滾珠絲桿的傳動(dòng)方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲桿螺母副。根據(jù)計(jì)算，要求步進(jìn)電機(jī)的扭距是5 Nm。我們選用步進(jìn)電機(jī)是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角選用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)是SH20806，輸入電壓是45V。

三、控制系統(tǒng)的軟件部分

該車床控制系統(tǒng)的軟件部分采用VC＋＋6.0編寫，該軟件的加工界面如圖2。其功能主要有讀取零件的加工G代碼，編輯和編譯G代碼，仿真加工（包括加工前仿真和與加工同步仿真，回參考點(diǎn)，手工對(duì)刀，加工中斷，超程軟限位等功能。它可處理進(jìn)給速度，主軸速度及轉(zhuǎn)速方向，刀具信息，M功能等多種加工信息。該軟件的操作平臺(tái)是Windows98。該軟件的操作過程是首先讀入*.NC或*.TXT的G代碼文件；然后進(jìn)行編譯，編譯器能給出不符合本軟件的語法錯(cuò)誤提示；有錯(cuò)誤可也立即修改；然后按照毛胚的實(shí)際尺寸輸入，軟件進(jìn)行加工前仿真。在確認(rèn)沒有因G代碼引起的加工錯(cuò)誤的情況下，可以開始機(jī)床加工。加工前得首先對(duì)刀，對(duì)刀的意義在于建立起工件坐標(biāo)與車床坐標(biāo)之間得關(guān)系。加工過程中，軟件界面的狀態(tài)欄還顯示出刀具當(dāng)前的坐標(biāo)，加工狀態(tài)，加工時(shí)間等信息。

                                                         圖2 本數(shù)控車床系統(tǒng)軟件界面

四、主軸系統(tǒng)改造

拆除了原來的主軸變速箱，采用變頻器＋皮帶＋主軸＋編碼器。該系統(tǒng)的主軸速度也是有級(jí)調(diào)速，共7級(jí)，速度可以從40rpm到1200rpm，不過每一檔的速度可以根據(jù)需要通過設(shè)置變頻器來實(shí)現(xiàn)。利用變頻器的五個(gè)端子，可以用數(shù)字量控制電機(jī)的正，反轉(zhuǎn)，停止及各檔速度。本變頻器是松下產(chǎn)品，其中七檔頻率在A20~A26中設(shè)置，端口應(yīng)該由端口控制器（A1）控制。本系統(tǒng)沒有采用手工機(jī)械調(diào)速，所有的速度均由G代碼中的S命令來控制。軟件可以讀取G代碼，自動(dòng)控制主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速。

五、刀架結(jié)構(gòu)

由于本車床刀架改裝以后，只能安裝兩把刀具，一把用于車削普通柱，錐面及端面，一把用于加工螺紋，故沒有采用旋轉(zhuǎn)式刀架，刀具是被安裝在刀架的前后兩端，采用X軸前后走刀以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。