數(shù)控化加工是機械加工行業(yè)朝高質量，高精度，高成品率，高效率發(fā)展的趨勢。結合我國實際國情，經(jīng)濟型數(shù)控車床是我國從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的及其重要的臺階。利用現(xiàn)有的普通車床，對其進行數(shù)控化改造是一條低成本，高效益的途徑。

數(shù)控化加工是機械加工行業(yè)朝高質量，高精度，高成品率，高效率發(fā)展的趨勢。結合我國實際國情，經(jīng)濟型數(shù)控車床是我國從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的及其重要的臺階。利用現(xiàn)有的普通車床，對其進行數(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機可采用工控PC機，可滿足該控制系統(tǒng)的控制要求。

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

3、光電耦合電路是自己設計的，它的作用是能夠隔離外部干擾信號對運動控制卡的信號沖擊，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4、機床本體是由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、步進電機及其驅動器是采用南京四通公司的。驅動器的輸入電壓式45V，考慮步進電機的步距角和絲桿的螺距，本系統(tǒng)X軸的脈沖當量是0.00125，Z軸的脈沖當量是0.0025。完全能夠達到0.005mm的加工精度要求。

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

二、進給系統(tǒng)的設計

考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋，故進給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動環(huán)節(jié)。本車床的X，Z兩軸進給系統(tǒng)去掉了原來的進給系統(tǒng)的中間傳動環(huán)節(jié)，直接采用了步進電機＋剛性聯(lián)軸器＋滾珠絲桿的傳動方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機械附件，就可安裝步進電機及滾珠絲桿螺母副。根據(jù)計算，要求步進電機的扭距是5 Nm。我們選用步進電機是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角選用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。驅動器的型號是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，手工對刀，加工中斷，超程軟限位等功能。它可處理進給速度，主軸速度及轉速方向，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；然后進行編譯，編譯器能給出不符合本軟件的語法錯誤提示；有錯誤可也立即修改；然后按照毛胚的實際尺寸輸入，軟件進行加工前仿真。在確認沒有因G代碼引起的加工錯誤的情況下，可以開始機床加工。加工前得首先對刀，對刀的意義在于建立起工件坐標與車床坐標之間得關系。加工過程中，軟件界面的狀態(tài)欄還顯示出刀具當前的坐標，加工狀態(tài)，加工時間等信息。

                                                         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調速，共7級，速度可以從40rpm到1200rpm，不過每一檔的速度可以根據(jù)需要通過設置變頻器來實現(xiàn)。利用變頻器的五個端子，可以用數(shù)字量控制電機的正，反轉，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中設置，端口應該由端口控制器（A1）控制。本系統(tǒng)沒有采用手工機械調速，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，自動控制主軸電機轉速。

五、刀架結構

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軸前后走刀以實現(xiàn)自動換刀。