1 問題的提出
數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機(jī)床大國，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策。本文針對(duì)目前國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀，提出簡(jiǎn)易型經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造思路和設(shè)計(jì)方法供數(shù)控技術(shù)人員參考。
2 設(shè)計(jì)任務(wù)與總體方案確定
C616車床主要用于對(duì)中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速；刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具；冷卻泵、潤(rùn)滑泵的啟停；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對(duì)象。察看C616車床及有關(guān)資料，并且參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體改造方案為：
①對(duì)機(jī)床的改造部位是：拆掉手動(dòng)刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲桿、光桿進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；主軸后端加一光電編碼器用波紋管連接，供加工螺紋使用；
②數(shù)控系統(tǒng)選用江蘇東方數(shù)控新技術(shù)公司生產(chǎn)的NIM-9702數(shù)控系統(tǒng)；
③驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于改造設(shè)計(jì)的是簡(jiǎn)易型經(jīng)濟(jì)數(shù)控，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足需要的前提下，對(duì)于機(jī)床盡可能減小改動(dòng)量，以降低成本。
總體改造如圖1所示。
圖1 C616車床總體改造圖
3 機(jī)械部分設(shè)計(jì)
縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造。拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷孔安裝齒輪箱體。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端采用原固定方式，這樣可減小改裝現(xiàn)場(chǎng)，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給整體剛性略優(yōu)于以前。
橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造。保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。
縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪減速，并用雙片齒輪錯(cuò)齒法消除間隙，雙片齒輪間沒有加彈簧自動(dòng)消除間隙，因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，彈簧彈力顯得小，起不到自動(dòng)消除間隙的作用；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，彈簧彈力又顯得大，則加速齒輪的磨損。為此采用人工定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來消除間隙。
刀架的改造。拆除原刀架和小拖板，換上數(shù)控刀架。
光電編碼器與車床主軸之間用彈性元件聯(lián)結(jié)，具體用波紋管聯(lián)結(jié)。
縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩，以保持防塵和機(jī)床整體美觀。改造后的橫向進(jìn)給系統(tǒng)如圖2所示。
圖2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖
4 數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介及I/O連接
NIM-9702數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)：
（1）是以單片機(jī)為核心的兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)；
（2）圖形跟蹤C(jī)RT顯示；
（3）最小輸出增量：X軸0.005，Z軸0.01；
（4）具有直線、圓弧、螺紋插補(bǔ)和間隙、刀具補(bǔ)償功能；
（5）程序輸入方式：鍵盤、RS-232C；
NIM-9702數(shù)控系統(tǒng)I/0接口主要實(shí)現(xiàn)與編碼器接口、步進(jìn)電機(jī)控制接口、數(shù)控刀架接口和開關(guān)量輸入輸出接口。
主軸編碼器反饋信號(hào)接口。9芯D型插座，接受主軸編碼器的頭脈沖、碼道脈沖，所選編碼器每轉(zhuǎn)脈沖應(yīng)為1200P或2400P。
X軸、Z軸及主軸控制接口。15芯D型插座，用來控制X軸、Z軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和主軸的轉(zhuǎn)速。
開關(guān)量輸入輸出接口。37芯D型插座，開關(guān)量輸入輸出類型：①冷卻液控制口；②輔助輸入輸出口；③刀架控制信號(hào)；④主軸控制信號(hào)；⑤主軸換檔控制口；⑥超程信號(hào)輸入口；⑦回零信號(hào)輸入口。
RS-232通訊接口。9芯D型插座，用于連接RS232C接口的計(jì)算機(jī)或外部設(shè)備。
5 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)
（1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇及控制設(shè)計(jì)
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選杭州中達(dá)電機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為ZD-HB2068驅(qū)動(dòng)模塊，該驅(qū)動(dòng)模塊采用恒相流、變脈寬PWM調(diào)制、全功率MOS管組成驅(qū)動(dòng)橋，動(dòng)態(tài)性能好，可靠性高，其控制電路設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖3 驅(qū)動(dòng)電路
圖中CP控制脈沖輸入（來自于數(shù)控系統(tǒng)的工作指令）；CW/CCW旋轉(zhuǎn)方向指令輸入，接高電平改變方向；F/H步距角切換指令輸入，高電平為1.50；TIM為相原點(diǎn)輸出指令端；RES清零端。
（2）主電路設(shè)計(jì)
主軸變速以及正、反轉(zhuǎn)控制采用變頻器調(diào)速控制，數(shù)控刀架正、反轉(zhuǎn)通過改變電路相序來實(shí)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì)如圖4所示。
圖4 主電路
（3）主控電路設(shè)計(jì)
主控電路完成數(shù)控系統(tǒng)、主軸電機(jī)、數(shù)控刀架以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電控制。電路設(shè)計(jì)如圖5所示。
圖5 主控電路
6 結(jié)束語
該數(shù)控車床自改造后投入我校實(shí)習(xí)工廠以來運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)大的故障，它一方面承擔(dān)學(xué)生的數(shù)控操作實(shí)習(xí)，另一方面擔(dān)任生產(chǎn)加工，對(duì)企業(yè)普及數(shù)控化將具有很大的推動(dòng)作用。
肖愛萍（蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校，730050）
吳安生（蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校，730050）
郭攀成（蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校，730050）
