【文章內(nèi)容簡介】 較符合我國的國情。 我國是一個機(jī)床大國，有三百多萬臺普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造后，系統(tǒng)應(yīng)能控制主軸轉(zhuǎn)速并實(shí)現(xiàn)其正反轉(zhuǎn)；控制工作臺實(shí)現(xiàn)縱向、橫向和垂直方向的進(jìn)給運(yùn) 動（車床刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動并自動轉(zhuǎn)位換刀；加工螺紋時應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn) 1 轉(zhuǎn)，刀架移動 1 個被加工螺紋的導(dǎo)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(jī)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(jī)組成控制系統(tǒng)，由功率步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)與絲杠直接聯(lián)結(jié)起來，以減小徑向尺寸）。 機(jī)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(shè)計(jì)接口轉(zhuǎn)換電路和強(qiáng)電控制電路。電器元件可保留使用原機(jī)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(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)、功率步 進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)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(yùn)動的位移量、速度和運(yùn)動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)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(jìn)電機(jī)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(jī)或直流電機(jī)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(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)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(biāo)?？筛鶕?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(jī)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(bǔ)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(jī)作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。 當(dāng)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(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)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(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的正反轉(zhuǎn)，主軸電機(jī)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(jī)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(jìn)給伺服控制系統(tǒng)： Z軸采用松下 伺服電機(jī)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(jī)控制刀架的 Z（縱向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn) 10 給速度與進(jìn)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(jìn)給伺服控制系統(tǒng)： X 軸電機(jī)采用雷賽步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)控制刀架的 X（橫向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)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(jī)采用三相異步電機(jī)驅(qū)動由繼電器模塊控制，刀架電機(jī)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(jìn)給與后退量的實(shí)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(jìn)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(jìn)給系統(tǒng)的改造 改造思路 絲杠傳動直接關(guān)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