普通机床的智能化改造

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摘  要：针对普通机床提高功能改造问题，采用单片机控制步进电机来驱动等数控方法，对机床电气系统进行改造设计，使原有的机床在某些方面性能和功能方面有较大的提高，基本可达到普通数控机床的加工要求，满足了生产需要。
  U8 O$ t9 c. l& A( V" ]& n& T关键词：机床改造；电气控制；数控　　机床技术发展的前景和目标，是能够实现装备制造业的全盘智能化，由单机智能化向FMC，CIM，CIMS发展，提高加工精度、效率，降低制造成本，为人类创造更多的财富。在实现全盘智能化过程中，需要解决的技术问题异常复杂，不仅要解决代替体力劳动的问题，更要解决代替脑力劳动问题。它包括工艺、刀具、物流、联网、信息存储、控制等。如何用智能化代替人的手工和脑力劳动，是最关键的核心问题。机床改造是解决此问题行之有效的方法。在数控改造中通过电气系统的设计尽最大程度提高机床的加工精度和效率。
5 W5 U( a. v! \0 A　　1. 智能机床的作用
& V/ Y/ z. A2 |- d2 ]  `7 v3 `　　智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。首先，通过自动抑制振动、减少热变形、防止干涉、自动调节润滑油量、减少噪音等，可提高机床的加工精度、效率。其次，对于进一步发展集成制造系统来说，单个机床自动化水平提高后，可以大大减少人在管理机床方面的工作量。人能有更多的精力和时间来解决机床以外的复杂问题，更能进一步发展智能机床和智能系统。第三，数控系统的开发创新，对于机床智能化起到了极其重大的作用。它能够收容大量信息，对各种信息进行储存、分析、处理、判断、调节、优化、控制。它还具有重要功能，如：工夹具数据库、对话型编程、刀具路径检验、工序加工时间分析、开工时间状况解析、实际加工负荷监视、加工导航、调节、优化，以及适应控制。
( O! a3 b1 h+ K5 B4 W) t2 p5 [　　2. 电气系统设计
　　2.1 SIEMENS 802C 数控系统组成
　　控制系统是由一种专用计算机，完成插补运算、数据处理、输入输出等控制任务。数控加工程序经数控系统运算处理后，输出司服控制信号、主轴驱动控制信号及其开关状态量信号等。从其功能和经济性两方面考虑本设计选用SIEMENS 802C 数控系统，其功能齐全，可构成全闭环后、半闭环的位置控制系统。
　　数控系统分经济性数控系统和标准型数控系统，经济性数控系统是建立在单片机基础上，一般是由步进电机驱动装置和步进电机，构成位置开环的控制系统。标准型数控系统是建立在微机基础上，功能齐全，可构成全闭环、后半闭环的位置控制系统。根据普通机床的实际功能要求，本设计采用的后一种数控系统。SIEMENS 802C 数控系统控制3 个步进电机进给轴和一个主轴，主轴采用交流司服电机或变频电动机，特别适合机床的数控化改造。
　　2.2 驱动电路设计
　　驱动电路设计，采用对驱动器在三相六拍的基础上进行5细分(30拍)，10细分（60拍）。细分后电动机运行的步距角将要缩小相应的倍数（如步距角为0.75的电动机，10细分后电动机运行的步距角为0.075 ）。细分后消除了小步进电动机的低频振荡，提高了电动机的分辨率和运行特性，由于制造工艺的问题，实际上的分辨率会稍低于理论细分的精度。
　　2.3 变频器主轴变速控制电路设计
　　变频器主轴变速控制电路如图1所示，M为交流电动机，当数控系统的驱动模块，端子75A与15处送出0-10V模拟电压，即为变频器的指令电压。当电机需要正转时，PLC 的Q4.0 输出高电平，继电器KA1吸合，使变频端子27与31之间短接，同时驱动器75A端与15端之间输出一个适应于电动机转速的模拟电压，主轴则以与模拟电压相应的速度争相旋转。当主轴电动机需要反向旋转时，PLC的Q4.1输出高电平，继电器KA2 吸合，变频器端子28 与31 短接，主轴电动机则反转。当变频器过载时，通过其端子1、2产生信号至数控系统的PLC，使进给停止并报警。
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      2.4 操作面板设计
1 C; @: @3 l9 ~　　操作面板由机床操作面板和数控系统操作面板指令部分组成。
　　2.4.1 程序操作
　　程序编辑部分主要由操作面板上各编辑键来实现不同程序的要求，面板各键的名称和功能如下表所示。

2.4.2 机床操作
　　(1) 电源控制，包括机床电源的通断，指示灯显示后紧急状态的操作。
  l$ O+ u0 d8 M: l) K0 B4 ^8 T　　(2) 主轴控制，在手状态下控制机床主轴运性，比较适合于零件的粗加工。其转速由程序中S码决定。
　　(3) 工作状态控制，选择状态选择开关的位置，可是机床分别处于手动，点动，自动回零，等状态，并进行相应的操作。
　　(4) 刀架移动控制刀架可通过T指令自动选刀，也可以操作刀台点动按钮手动转位按钮，每按一次，刀架转过一个刀位。
5 k9 _+ F: ]( E) k9 r- k　　(5) 循环启动控制。

　　3. 结论
　　对于普通机床的经过改造，不仅能保持原的有的功能，而且能提高所加工零件尺寸的一致性，比较适合零件的粗加工。由于本设计采用经济型数控系统，系统的定位精度可达0.01～0.02mm。在本次电气系统设计选用了SIEMENS 802C数控系统，既考虑改造后机床的功能需要又考虑到经济因素。通过电气系统设计不仅提高原有机床的加工稳定性，而且提高加工效率。
　　4. 结束语
　　机床将在现有技术基础上，由机械运动的自动化向信息控制的智能化方向发展。其发展速度和高度将取决于人才、科研、创新、合作四者。智能机床的开发，是在纳米化、高速化、复合化、五轴联动化等浪潮之后的一个新的发展，为今后进一步研究开发适应控制、FMS、CIM、CIMS创造了更多有利的条件，为将来发展工厂智能化发展具有很大的影响和促进作用。