一種普通車床的數(shù)控改造系統(tǒng)方案設(shè)計

毛寶雨　張宏帥

摘 要：將傳統(tǒng)機床進行數(shù)字化改造，如果方案得當，可以達到改造成本低、見效快、加工效率高的目的。本文結(jié)合普通車床的基本運動，提出了一種數(shù)字化改造方案，將普通銑床改造為具有簡單數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床。這種數(shù)控車床具備較為精確的兩軸聯(lián)動功能，刀具的運動路徑和速度由操作人員通過遙控（線控）的專用控制鍵盤進行設(shè)置，該專用鍵盤上面有液晶顯示屏，能夠提示操作人員輸入相應(yīng)要素的具體數(shù)值。在機床加工時，工人可在機床附近觀察而不必直接靠近操作，提高了生產(chǎn)加工的安全性。

關(guān)鍵詞：車床;數(shù)控;數(shù)字化改造

中圖分類號：TH122;TH123 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）35-0055-04

A Scheme Design of NC Transformation System for Ordinary Lathe

MAO Baoyu1 ZHANG Hongshuai2

（1.Zhengzhou Zijingshan Park，Zhengzhou Henan 450001;2. School of Mechanical Engineering， Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： Digital transformation of traditional machine tools， if the plan is correct， can achieve the purpose of low transformation costs， quick results and high processing efficiency. Based on the basic movements of ordinary lathes， this paper proposed a digital transformation scheme to transform ordinary milling machines into CNC lathes with simple numerical control systems. This CNC lathe has a more accurate two-axis linkage function， the tool's movement path and speed are set by the operator through a special control keyboard for remote control （line control）. The special keyboard has a liquid crystal display on it， which can prompt the operator to enter the specific values of the corresponding elements. During machine tool processing， workers can observe near the machine tool instead of directly approaching the operation， which improves the safety of production and processing.

Keywords： lathe;numerical control;digital transformation

目前，我國制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備大多數(shù)是傳統(tǒng)機床，而且多數(shù)是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高和供貨期長等問題[1]。

傳統(tǒng)車床需要工人手工控制進給量、切削速度等加工要素，無法實現(xiàn)兩軸聯(lián)動操作，所以在加工錐面或剖面輪廓為曲線的成型面時更加困難，質(zhì)量無法保證，甚至無法加工。在生產(chǎn)過程中，工人需要同時控制刀具在兩個軸的運動，工作強度大。在切削時，工人始終在機床邊進行操作，容易造成各類人身安全事故。

將傳統(tǒng)機床進行數(shù)字化改造，如果方案得當，可以達到改造成本低、見效快、加工效率高的目的。使用數(shù)字方式對機床刀具在兩個軸的運動進行控制，在加工多種成型面時，能夠使機床刀路更加準確。在加工時，工人不需要手動操作，能夠有效減輕勞動強度。可采用遙控（線控）方式，在機床加工時，工人可在機床附近觀察而不必直接靠近操作，待一次走刀完成，機床停止工作時，工人只需要對切削結(jié)果進行測量檢查，從而避免多種事故，提高生產(chǎn)加工的安全性[2-5]。

1 方案設(shè)計

如圖1所示，用于改造普通車床的數(shù)字化遙控（線控）進給控制系統(tǒng)主要由以下部分組成：電機、減速器、聯(lián)軸器、控制器、遙控（線控）控制鍵盤。

用于改造普通車床的數(shù)字化遙控（線控）進給控制系統(tǒng)在車床兩軸增加電機及減速器，用控制器控制電機運動，從而使控制器能夠分別控制車床兩軸的進給。需要兩軸同時協(xié)調(diào)運動時，控制器同時控制兩軸運動，從而使車床能夠簡單精確地加工多種成型面，刀路準確，在加工時工人不需要手動操作。

運動的路徑及速度由操作人員通過遙控（線控）的專用控制鍵盤進行設(shè)置，該專用鍵盤上面有液晶顯示屏，能夠提示操作人員輸入相應(yīng)要素的具體數(shù)值。在機床加工時，工人可在機床附近觀察而不必直接靠近操作，提高了生產(chǎn)加工的安全性。

2 機床進給系統(tǒng)改造

本系統(tǒng)在傳統(tǒng)車床的基礎(chǔ)上增加了兩車床進給軸的自動控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的核心是主控制器，主控制器接收人機接口發(fā)來的目標指令，結(jié)合刀具位置對該指令進行計算并輸出。主控制器會把每次運動完成后的刀具所在位置自動置零，即本系統(tǒng)采用的是相對坐標控制方式。計算結(jié)果用于對機床兩進給軸進行控制，控制信號首先發(fā)送到相應(yīng)軸的進給控制器（電子調(diào)速器），作為該進給控制器的控制依據(jù)，電機的電源也需要先進入進給控制器，從而使進給控制器能夠通過控制電機電源的方式來控制電機運動，電機通過減速箱和聯(lián)軸器連接相應(yīng)進給軸（見圖2），從而帶動該軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動速度由安裝在軸上的轉(zhuǎn)速傳感器感知，并反饋到主控制器，以便主控制器對輸入信號進行調(diào)整修正，使機床上相應(yīng)進給軸的運動按照要求進行。

安裝該系統(tǒng)時，人們需要對原車床進行簡單改造，車床兩進給軸上需要安裝聯(lián)軸器和傳感器，如圖2所示。本系統(tǒng)其余部分為附加部分，不需要再改動車床。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

車床改造控制系統(tǒng)的組成和連接如圖3所示。主控制器采用單片機作為核心處理裝置，除負責信號的輸入、輸出和數(shù)據(jù)的處理之外，還要連接人機交互設(shè)備以便接受操作指令。

本系統(tǒng)人機交互方式主要有兩種：一是采用專用鍵盤輸入，鍵盤示意圖如圖4所示。

采用該方式，操作人員能夠完成直線刀路、圓弧刀路的輸入和加工，在輸入指令或數(shù)據(jù)的過程中，系統(tǒng)在顯示屏上給出相應(yīng)提示，從而降低操作難度，提高輸入正確性，用戶也可通過按鍵選擇手動模式操縱機床進給軸運動。該鍵盤采用無線電遙控或有線方式與主控制器連接;第二種方式是連接PC設(shè)備，在PC上采用CAD畫出曲線刀路，導入數(shù)據(jù)存儲器并選擇刀路起始端（0點），而后可通過專用鍵盤調(diào)出該存儲器中的刀路進行切削加工，在刀路輸入存儲器后，可去除PC，存儲器中可存儲帶有編號的多條刀路，從而對多種工件或一個工件加工工序中的多次走刀刀路進行存儲，以備使用。

4 結(jié)語

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計采用的技術(shù)方案簡單易行，可以解決傳統(tǒng)車床低成本數(shù)字化改造的問題，該方案主要有4個優(yōu)點：改裝簡單，不必改動原機床，只是增加進給控制系統(tǒng)，升級容易，成本低;解決了傳統(tǒng)車床無法手工協(xié)調(diào)同時控制兩軸運動的問題，使機床能夠較精確地加工多種成型表面;采用遙控（線控）指令輸入方式操作，有效減輕了操作人員的勞動強度，提高了生產(chǎn)加工的安全性;不使用專業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)，在有效降低改造成本的同時，大大簡化了操作，操作人員只需要經(jīng)過簡單學習即可使用，有效降低了使用難度。該方案不需要對機床進行復雜改造，僅需要安裝進給控制系統(tǒng)，即可使機床能夠加工多種表面，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作人員負擔，使生產(chǎn)更安全。

參考文獻：

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[2]王三民.加工中心數(shù)控化改造與工程實現(xiàn)[D].南京：南京理工大學，2007.

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[6]丁喜合，袁軍堂，汪振華，等.數(shù)控機床雙絲杠驅(qū)動直線進給系統(tǒng)靜動態(tài)特性分析[J].機械設(shè)計與制造，2014（3）：155-157.