如何对普通车床进行数控化改造
日期：2008-11-25 23:04:23 来源：中国自动化网
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一、数控化加工是机械加工行业朝高质量，高精度，高成品率，高效率发展的趋势。
结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的及其重要的台阶。利用现有的普通车床，对其进行数控化改造是一条低成本，高效益的途径。
图1 数控系统的总体框架配置
总体框架说明：
PC机可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
运动控制卡。我们采用了由ADVANTECH公司生产的PCL运动控制卡。该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴联动。因此，它可以满足车床X，Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
光电耦合电路是自己设计的，它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
机床本体是由C613改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等，保留原来的三爪卡盘等。
步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。驱动器的输入电压式45V，考虑步进电机的步距角和丝杆的螺距，本系统X轴的脉冲当量是0.00125，Z轴的脉冲当量是0.0025。完全能够达到0.005mm的加工精度要求。
各种限位开关，减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关是起这硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本车床的X，Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了步进电机＋刚性联轴器＋滚珠丝杆的传动方案。拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。根据计算，要求步进电机的扭距是5 Nm。我们选用步进电机是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。驱动器的型号是SH20806，输入电压是45V。
三、控制系统的软件部分
该车床控制系统的软件部分采用VC＋＋6.0编写，该软件的加工界面如图2。其功能主要有读取零件的加工G代码，编辑和编译G代码，仿真加工(包括加工前仿真和与加工同步仿真，回参考点，手工对刀，加工中断，超程软限位)等功能。它可处理进给速度，主轴速度及转速方向，刀具信息，M功能等多种加工信息。该软件的操作平台是Windows98。该软件的操作过程是首先读入*.NC或*.TXT的G代码文件；然后进行编译，编译器能给出不符合本软件的语法错误提示；有错误可也立即修改；然后按照毛胚的实际尺寸输入，软件进行加工前仿真。在确认没有因G代码引起的加工错误的情况下，可以开始机床加工。加工前得首先对刀，对刀的意义在于建立起工件坐标与车床坐标之间得关系。加工过程中，软件界面的状态栏还显示出刀具当前的坐标，加工状态，加工时间等信息。
图2 本数控车床系统软件界面
四、主轴系统改造
拆除了原来的主轴变速箱，采用变频器＋皮带＋主轴＋编码器。该系统的主轴速度也是有级调速，共7级，速度可以从40r/min到1200r/min，不过每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。利用变频器的五个端子，可以用数字量控制电机的正，反转，停止及各档速度。本变频器是松下产品，其中七档频率在A20~A26中设置，端口应该由端口控制器(A1)控制。本系统没有采用手工机械调速，所有的速度均由G代码中的S命令来控制。软件可以读取G代码，自动控制主轴电机转速。
五、刀架结构
由于本车床刀架改装以后，只能安装两把刀具，一把用于车削普通柱，锥面及端面，一把用于加工螺纹，故没有采用旋转式刀架，刀具是被安装在刀架的前后两端，采用X轴前后走刀以实现自动换刀。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的及其重要的台阶。利用现有的普通车床，对其进行数控化改造是一条低成本，高效益的途径。
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图1 数控系统的总体框架配置
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总体框架说明：
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PC机可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
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运动控制卡。我们采用了由ADVANTECH公司生产的PCL运动控制卡。该卡是一种高速三轴步进电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴联动。因此，它可以满足车床X，Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
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光电耦合电路是自己设计的，它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
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机床本体是由C613改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等，保留原来的三爪卡盘等。
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步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。驱动器的输入电压式45V，考虑步进电机的步距角和丝杆的螺距，本系统X轴的脉冲当量是0.00125，Z轴的脉冲当量是0.0025。完全能够达到0.005mm的加工精度要求。
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各种限位开关，减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关是起这硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
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考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本车床的X，Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了步进电机＋刚性联轴器＋滚珠丝杆的传动方案。拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。根据计算，要求步进电机的扭距是5 Nm。我们选用步进电机是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。驱动器的型号是SH20806，输入电压是45V。
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三、控制系统的软件部分
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该车床控制系统的软件部分采用VC＋＋6.0编写，该软件的加工界面如图2。其功能主要有读取零件的加工G代码，编辑和编译G代码，仿真加工(包括加工前仿真和与加工同步仿真，回参考点，手工对刀，加工中断，超程软限位)等功能。它可处理进给速度，主轴速度及转速方向，刀具信息，M功能等多种加工信息。该软件的操作平台是Windows98。该软件的操作过程是首先读入*.NC或*.TXT的G代码文件；然后进行编译，编译器能给出不符合本软件的语法错误提示；有错误可也立即修改；然后按照毛胚的实际尺寸输入，软件进行加工前仿真。在确认没有因G代码引起的加工错误的情况下，可以开始机床加工。加工前得首先对刀，对刀的意义在于建立起工件坐标与车床坐标之间得关系。加工过程中，软件界面的状态栏还显示出刀具当前的坐标，加工状态，加工时间等信息。
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图2 本数控车床系统软件界面
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四、主轴系统改造
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拆除了原来的主轴变速箱，采用变频器＋皮带＋主轴＋编码器。该系统的主轴速度也是有级调速，共7级，速度可以从40r/min到1200r/min，不过每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。利用变频器的五个端子，可以用数字量控制电机的正，反转，停止及各档速度。本变频器是松下产品，其中七档频率在A20~A26中设置，端口应该由端口控制器(A1)控制。本系统没有采用手工机械调速，所有的速度均由G代码中的S命令来控制。软件可以读取G代码，自动控制主轴电机转速。
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五、刀架结构
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由于本车床刀架改装以后，只能安装两把刀具，一把用于车削普通柱，锥面及端面，一把用于加工螺纹，故没有采用旋转式刀架，刀具是被安装在刀架的前后两端，采用X轴前后走刀以实现自动换刀。
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