【文章內(nèi)容簡介】 較符合我國的國情。 我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機床的平均產(chǎn)值只有先進工業(yè)國家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。 舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。 普通機床進行數(shù)控改造后，系統(tǒng)應能控制主軸轉(zhuǎn)速并實現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)；控制工作臺實現(xiàn)縱向、橫向和垂直方向的進給運 動（車床刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動并自動轉(zhuǎn)位換刀；加工螺紋時應保證主軸轉(zhuǎn) 1 轉(zhuǎn)，刀架移動 1 個被加工螺紋的導程）；控制冷卻和潤滑；通過鍵盤輸入加工程序；由顯示器顯示加工狀態(tài)等。 8 第二章 普通車床主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的靈魂，其性能的穩(wěn)定性直接影響零件的加工的尺寸精度、位置精度及操作工人的人身安全。一般的，普通車床數(shù)控改造時，由于需要加工圓錐、圓弧等曲面，需要選擇兩軸聯(lián)動控制的數(shù)控系統(tǒng)。 采用 MCS－ 51 系列單片機組成控制系統(tǒng)，由功率步進電機經(jīng)一級齒輪減速后驅(qū)動 X、 Y、 Z 三軸（亦可用聯(lián)軸器將步進電機與絲杠直接聯(lián)結(jié)起來，以減小徑向尺寸）。 機床中的主軸、冷卻、潤滑、刀架等均需系統(tǒng)自動控制，為此需設計接口轉(zhuǎn)換電路和強電控制電路。電器元件可保留使用原機床中的變壓器、自動斷路器、接觸器等。拆除原電控箱，原位安裝改制后的電控箱。數(shù)控系統(tǒng)改造硬件原理連接如圖 1 所 示 圖 1 數(shù)控系統(tǒng)改造硬件框圖 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應根據(jù)具體情況進行選擇。 步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng) 9 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步 進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。 異步電動機或直流電機拖動，光柵測量反 饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴。設計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標。可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。 交 /直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán) 數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。 當前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國 SIEMENS 公司、日本 FANUC 公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。 選擇數(shù)控系統(tǒng)時主 要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度、驅(qū)動電機的功率和用戶的要求。 電氣控制原理 主軸控制系統(tǒng)： 主軸采用三相異步電機驅(qū)動由西門子 440 變頻器 US 控制，其動力由 U、 V、W 三相電源經(jīng)變頻器 US 提供，主軸電機的正反轉(zhuǎn)由指令控制經(jīng) PLC 輸出再經(jīng)變頻器 US 控制主軸電機的正反轉(zhuǎn)，主軸電機轉(zhuǎn)速由數(shù)控系統(tǒng)經(jīng) XS9 口直接連到變頻器 US 控制電機轉(zhuǎn)速，若出現(xiàn)故障，則由變頻器 US 發(fā)出信號經(jīng) PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。 Z 軸進給伺服控制系統(tǒng)： Z軸采用松下 伺服電機驅(qū)動由松下伺服模塊控制，其動力由 R、 S、 T三相電源經(jīng)伺服模塊提供，伺服電機控制刀架的 Z（縱向）進給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進 10 給速度與進給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它們與數(shù)控系統(tǒng)的接口為 XS30XS33，若出現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號經(jīng) PLC 輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。 X軸進給伺服控制系統(tǒng)： X 軸電機采用雷賽步進電機驅(qū)動，由雷賽伺服模塊控制，其動力由 +V1 電源經(jīng)伺服模塊提供，步進電機控制刀架的 X（橫向）進給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進給速度與進給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出 ，它與數(shù)控系統(tǒng)的接口為 XS30，若出現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號經(jīng) PLC 輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。 刀架控制電路： 刀架電機采用三相異步電機驅(qū)動由繼電器模塊控制，刀架電機控制刀架的換刀（正反轉(zhuǎn)）及轉(zhuǎn)動角度指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，若出現(xiàn)故障，則由 PLC 發(fā)出信號輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。 光柵尺控制電路： 光柵尺通過測量反饋控制刀架進給與后退量的實際尺寸與指令尺寸的誤差大小反饋給數(shù)控系統(tǒng)，若誤差太大超出允許誤差范圍，數(shù)控 系統(tǒng)可根據(jù)加工情況進行時時調(diào)整，若出現(xiàn)故障，由系統(tǒng)判斷故障類型并在顯示器上報警顯示報警號。 縱向（ Z 向）進給系統(tǒng)的改造 改造思路 絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求