毛寶雨　張宏帥

摘 要：將傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行數(shù)字化改造，如果方案得當(dāng)，可以達(dá)到改造成本低、見(jiàn)效快、加工效率高的目的。本文結(jié)合普通車(chē)床的基本運(yùn)動(dòng)，提出了一種數(shù)字化改造方案，將普通銑床改造為具有簡(jiǎn)單數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車(chē)床。這種數(shù)控車(chē)床具備較為精確的兩軸聯(lián)動(dòng)功能，刀具的運(yùn)動(dòng)路徑和速度由操作人員通過(guò)遙控（線(xiàn)控）的專(zhuān)用控制鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置，該專(zhuān)用鍵盤(pán)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(jī)床加工時(shí)，工人可在機(jī)床附近觀(guān)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(chē)床;數(shù)控;數(shù)字化改造

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122;TH123 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)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(jī)床，而且多數(shù)是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)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(zhǎng)等問(wèn)題[1]。

傳統(tǒng)車(chē)床需要工人手工控制進(jìn)給量、切削速度等加工要素，無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動(dòng)操作，所以在加工錐面或剖面輪廓為曲線(xiàn)的成型面時(shí)更加困難，質(zhì)量無(wú)法保證，甚至無(wú)法加工。在生產(chǎn)過(guò)程中，工人需要同時(shí)控制刀具在兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，工作強(qiáng)度大。在切削時(shí)，工人始終在機(jī)床邊進(jìn)行操作，容易造成各類(lèi)人身安全事故。

將傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行數(shù)字化改造，如果方案得當(dāng)，可以達(dá)到改造成本低、見(jiàn)效快、加工效率高的目的。使用數(shù)字方式對(duì)機(jī)床刀具在兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，在加工多種成型面時(shí)，能夠使機(jī)床刀路更加準(zhǔn)確。在加工時(shí)，工人不需要手動(dòng)操作，能夠有效減輕勞動(dòng)強(qiáng)度?？刹捎眠b控（線(xiàn)控）方式，在機(jī)床加工時(shí)，工人可在機(jī)床附近觀(guān)察而不必直接靠近操作，待一次走刀完成，機(jī)床停止工作時(shí)，工人只需要對(duì)切削結(jié)果進(jìn)行測(cè)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(jì)

如圖1所示，用于改造普通車(chē)床的數(shù)字化遙控（線(xiàn)控）進(jìn)給控制系統(tǒng)主要由以下部分組成：電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、控制器、遙控（線(xiàn)控）控制鍵盤(pán)。

用于改造普通車(chē)床的數(shù)字化遙控（線(xiàn)控）進(jìn)給控制系統(tǒng)在車(chē)床兩軸增加電機(jī)及減速器，用控制器控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而使控制器能夠分別控制車(chē)床兩軸的進(jìn)給。需要兩軸同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制器同時(shí)控制兩軸運(yùn)動(dòng)，從而使車(chē)床能夠簡(jiǎn)單精確地加工多種成型面，刀路準(zhǔn)確，在加工時(shí)工人不需要手動(dòng)操作。

運(yùn)動(dòng)的路徑及速度由操作人員通過(guò)遙控（線(xiàn)控）的專(zhuān)用控制鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置，該專(zhuān)用鍵盤(pán)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(jī)床加工時(shí)，工人可在機(jī)床附近觀(guān)察而不必直接靠近操作，提高了生產(chǎn)加工的安全性。

2 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)改造

本系統(tǒng)在傳統(tǒng)車(chē)床的基礎(chǔ)上增加了兩車(chē)床進(jìn)給軸的自動(dòng)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(jī)接口發(fā)來(lái)的目標(biāo)指令，結(jié)合刀具位置對(duì)該指令進(jìn)行計(jì)算并輸出。主控制器會(huì)把每次運(yùn)動(dòng)完成后的刀具所在位置自動(dòng)置零，即本系統(tǒng)采用的是相對(duì)坐標(biāo)控制方式。計(jì)算結(jié)果用于對(duì)機(jī)床兩進(jìn)給軸進(jìn)行控制，控制信號(hào)首先發(fā)送到相應(yīng)軸的進(jìn)給控制器（電子調(diào)速器），作為該進(jìn)給控制器的控制依據(jù)，電機(jī)的電源也需要先進(jìn)入進(jìn)給控制器，從而使進(jìn)給控制器能夠通過(guò)控制電機(jī)電源的方式來(lái)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)通過(guò)減速箱和聯(lián)軸器連接相應(yīng)進(jìn)給軸（見(jiàn)圖2），從而帶動(dòng)該軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)整修正，使機(jī)床上相應(yīng)進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)按照要求進(jìn)行。

安裝該系統(tǒng)時(shí)，人們需要對(duì)原車(chē)床進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，車(chē)床兩進(jìn)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(dòng)車(chē)床。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車(chē)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(jī)作為核心處理裝置，除負(fù)責(zé)信號(hào)的輸入、輸出和數(shù)據(jù)的處理之外，還要連接人機(jī)交互設(shè)備以便接受操作指令。

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

采用該方式，操作人員能夠完成直線(xiàn)刀路、圓弧刀路的輸入和加工，在輸入指令或數(shù)據(jù)的過(guò)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(hù)也可通過(guò)按鍵選擇手動(dòng)模式操縱機(jī)床進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)。該鍵盤(pán)采用無(wú)線(xiàn)電遙控或有線(xiàn)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(huà)出曲線(xiàn)刀路，導(dǎo)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器并選擇刀路起始端（0點(diǎn)），而后可通過(guò)專(zhuān)用鍵盤(pán)調(diào)出該存儲(chǔ)器中的刀路進(jìn)行切削加工，在刀路輸入存儲(chǔ)器后，可去除PC，存儲(chǔ)器中可存儲(chǔ)帶有編號(hào)的多條刀路，從而對(duì)多種工件或一個(gè)工件加工工序中的多次走刀刀路進(jìn)行存儲(chǔ)，以備使用。

4 結(jié)語(yǔ)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)采用的技術(shù)方案簡(jiǎn)單易行，可以解決傳統(tǒng)車(chē)床低成本數(shù)字化改造的問(wèn)題，該方案主要有4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：改裝簡(jiǎn)單，不必改動(dòng)原機(jī)床，只是增加進(jìn)給控制系統(tǒng)，升級(jí)容易，成本低;解決了傳統(tǒng)車(chē)床無(wú)法手工協(xié)調(diào)同時(shí)控制兩軸運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，使機(jī)床能夠較精確地加工多種成型表面;采用遙控（線(xiàn)控）指令輸入方式操作，有效減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)加工的安全性;不使用專(zhuān)業(yè)的數(shù)控系統(tǒng)，在有效降低改造成本的同時(shí)，大大簡(jiǎn)化了操作，操作人員只需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)即可使用，有效降低了使用難度。該方案不需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行復(fù)雜改造，僅需要安裝進(jìn)給控制系統(tǒng)，即可使機(jī)床能夠加工多種表面，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作人員負(fù)擔(dān)，使生產(chǎn)更安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]滕士波.數(shù)控機(jī)床的改造及應(yīng)用[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2006.

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

[3]穆增峰.普通機(jī)床的數(shù)控改造[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2010（2）：142-143.

[4]李體仁，黃超.A-C雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床數(shù)控加工安全性研究[J].機(jī)床與液壓，2018（14）：17-20.

[5]王榮芝.普通車(chē)床數(shù)控改造方案[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2013（10）：93-95.

[6]丁喜合，袁軍堂，汪振華，等.數(shù)控機(jī)床雙絲杠驅(qū)動(dòng)直線(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014（3）：155-157.