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普通車(chē)床如何改成成數(shù)控化
閱讀：3008 發(fā)布時(shí)間：2012-1-9
對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造的方法：
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，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(chē)床是我國(guó)從普通車(chē)床向數(shù)控車(chē)床發(fā)展的及其重要的臺(tái)階。利用現(xiàn)有的普通車(chē)床，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造是一條低成本，益的途徑。
一、總體方案：總體框架說(shuō)明：
1、PC機(jī)可采用工控PC機(jī)，可滿(mǎn)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(mǎn)足車(chē)床X，Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)，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(lái)，拆除原來(lái)的絲桿，溜板箱，變速箱等，保留原來(lái)的三爪卡盤(pán)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。完夠達(dá)到0.005mm的加工精度要求。6、各種限位開(kāi)關(guān)，減速開(kāi)關(guān)，回零開(kāi)關(guān)均安裝在機(jī)床本體上，限位開(kāi)關(guān)是起這硬件硬限位的作用，當(dāng)車(chē)床加工工件超出加工范圍時(shí)，車(chē)床自動(dòng)停止加工。減速開(kāi)關(guān)的作用是當(dāng)車(chē)床刀架回零并走到車(chē)床零點(diǎn)附近時(shí)，減速開(kāi)關(guān)被開(kāi)啟并通知車(chē)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(kāi)環(huán)控制，沒(méi)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(chē)床的X，Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來(lái)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(lái)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5Nm。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(chē)床控制系統(tǒng)的軟件部分采用VC＋＋6.0編寫(xiě)，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(guò)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(yǔ)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(méi)有因G代碼引起的加工錯(cuò)誤的情況下，可以開(kāi)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(chē)床坐標(biāo)之間得關(guān)系。加工過(guò)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。
四、主軸系統(tǒng)改造：
拆除了原來(lái)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(guò)每一檔的速度可以根據(jù)需要通過(guò)設(shè)置變頻器來(lái)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(méi)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(lái)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(chē)床刀架改裝以后，只能安裝兩把刀具，一把用于車(chē)削普通柱，錐面及端面，一把用于加工螺紋，故沒(méi)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。
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，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(chē)床是我國(guó)從普通車(chē)床向數(shù)控車(chē)床發(fā)展的及其重要的臺(tái)階。利用現(xiàn)有的普通車(chē)床，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造是一條低成本，益的途徑。
一、總體方案：總體框架說(shuō)明：
1、PC機(jī)可采用工控PC機(jī)，可滿(mǎn)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(mǎn)足車(chē)床X，Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)，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(lái)，拆除原來(lái)的絲桿，溜板箱，變速箱等，保留原來(lái)的三爪卡盤(pán)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。完夠達(dá)到0.005mm的加工精度要求。6、各種限位開(kāi)關(guān)，減速開(kāi)關(guān)，回零開(kāi)關(guān)均安裝在機(jī)床本體上，限位開(kāi)關(guān)是起這硬件硬限位的作用，當(dāng)車(chē)床加工工件超出加工范圍時(shí)，車(chē)床自動(dòng)停止加工。減速開(kāi)關(guān)的作用是當(dāng)車(chē)床刀架回零并走到車(chē)床零點(diǎn)附近時(shí)，減速開(kāi)關(guān)被開(kāi)啟并通知車(chē)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(kāi)環(huán)控制，沒(méi)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(chē)床的X，Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來(lái)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(lái)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5Nm。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(chē)床控制系統(tǒng)的軟件部分采用VC＋＋6.0編寫(xiě)，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(guò)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(yǔ)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(méi)有因G代碼引起的加工錯(cuò)誤的情況下，可以開(kāi)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(chē)床坐標(biāo)之間得關(guān)系。加工過(guò)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。
四、主軸系統(tǒng)改造：
拆除了原來(lái)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(guò)每一檔的速度可以根據(jù)需要通過(guò)設(shè)置變頻器來(lái)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(méi)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(lái)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(chē)床刀架改裝以后，只能安裝兩把刀具，一把用于車(chē)削普通柱，錐面及端面，一把用于加工螺紋，故沒(méi)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。