谈机床数控化改造

黑龙江 李战梅

谈机床数控化改造

黑龙江 李战梅

教学用机床设备老化，无法完成目前的教学工作，为适应技能大赛要求，必须进行机床数控化改造。在进行机床数控化改造的过程中，机床本体基本结构不变，要兼顾技能大赛提出的各项要求，所以改造的工作量与技术难度主要放在电气控制领域，改造前要进行技术论证、器件选择、新系统的设备连接设计、PLC系统调试，改造后进行设备试运行，并提出改造的注意事项。

机床；大赛；改造

1 为满足实训教学，实施机床数控化改造

目前，数控机床的产品越来越多，产品的价格也在不断的降低，从简易的国产数控机床到进口的大型加工中心，机床数控化改造已成为过去进行时，是数控机床产品刚刚进入到我国时的一个名词。但是，机床数控化改造真的走出我们的视野了吗？

全国高职院校学生“数控机床安装、调试与维修技术”技能邀请赛是数控专业学生参加的一项重大赛事。大赛指定使用某品牌的数控教学装置，对于我院来说这是一笔较大的资金。学院现有13台旧的普通车床，于是我们决定对这些车床进行数控化改造，改造的思路是参照大赛的设备装置与比赛要求，在现有设备中加入数控系统、驱动模块、变频调速模块、检测反馈元件等电气控制元件装置，为学生参加数控职业技能大赛提供设备支持。除服务大赛外，我们利用改造后的设备加强我院学生的技能训练，提高学生的技能水平，以适应日常教学的需要。

2 数控化改造的内容

进行数控化改造应用到的相关知识与技能较多，主要包括：

2.1 数控系统的选择

数控系统是数控机床的核心。它接受来自输入设备的程序和数据，目前市场上流行的数控系统，如FANUC、西门子、GSK980TD等都配置有车床数控系统，能够胜任车削加工的大部分工作，并具有价格低廉、可靠性强、功能强大等特点,我们只需安装一般功能的数控系统。

2.2 伺服系统的选择

伺服系统是接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。它由伺服电路和伺服电机组成。一般来说，数控机床的伺服驱动要有好的快速响应性能，能灵敏而准确地跟踪由数控装置发出的指令信号。近年来发展的步进电动机细分技术，出现了专用的细分功率驱动模块，这样的步进电动机在低转矩、高精度、速度中等的小型设备的驱动控制中得到了广泛应用。在改造时，伺服系统驱动电动机可采用步进电动机控制。

2.3 反馈装置的选择

改造后的车床已拆掉原齿轮传动系统，将主轴箱与进给箱之间的传动链切断，车床主运动和进给运动相互独立，但是为了使改造后的车床能适应加工螺纹的工艺要求，必须把主轴运动和进给运动联系起来，光电编码器就是起这种联系作用的。因而在经济型数控车床上加工螺纹或丝杠时，需要配置光电编码器作为车床主轴位置信号的反馈元件。它与车床主轴同步转动，发出主轴转角位置变化信号输送到数控系统，数控系统按照所需加工的螺距进行计算处理，从而控制机床步进电动机，实现准确加工螺纹的目的。

2.4 数控系统电气控制线的连接

车床的数控系统改造电气控制线的连接是将步进电动机、驱动器、主轴脉冲发生器等装置与CNC控制装置上对应的接口插座连接，主要包括：进行X轴、Z轴及主轴控制接口的连接，用来控制X轴、Z轴伺服电机的运动及主轴的转速；进行CNC编码器反馈信号接口与主轴电机的编码器的连接，用于加工螺纹时的控制；进行手摇脉冲发生器接口连接，用以实现手动及联动切削；连接开关量输入输出接口，输入信号主要用于X、Z方向是否超程的检测，刀架的位置检测及坐标原点位置检测等；输出信号主要用于主轴的转速控制，主轴的正、反转或停止控制，主轴的冷却液的开、闭控制，刀架正、反转运行等控制；连接机床操作面板接口，机床操作面板有多个自定义键，结合该机床控制操作的自身特点要求，在机床面板上定义的操作键，完全能满足机床控制的要求。

2.5 可编程控制器PLC的控制及设计

进行可编程控制器PLC与机床CNC的联接、PLC输入输出端与机床面板信号联接、PLC输出端与机床强电信号联接、PLC输入端与机床CNC数控装置I/O接口的联接。

PLC的连接进行后，进行PLC程序的模块化设计，可将PLC程序划分为5个模块，即公共信号模块、基本控制模块、刀架模块、主轴模块、报警模块。PLC的控制程序可进行编写或是借用程序进行修改。

2.6 调试与运行

各零部件安装完毕、电气控制系统连接完成后，在机床导轨面和滚珠丝杠上涂上润滑油，接通电源到控制装置的电源插座上，全部接通后对机床进行调试，检查步进电动机的转向是否正确，用“手动”试验各种转速的运转情况，利用手动方式检查系统的伺服驱动和步进电动机工作是否正常。试编一个简单的零件加工程序进行试加工。

3 数控化改造的教学优势

此次数控改造可采用最新的控制技术，不同于成套的现有设备，设备中的控制元件都是厂家选择好的。而在数控化改造过程中进行各控制元件的选择配置，如选择数控系统型号、选择步进电机驱动进给运动的型号、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能等，这些工作完全由参与机床改造的老师与技术人员完成，各控制元件的型号选择、功能匹配、接口定义等都是要进行分析确定的，这些更能煅练提高教师的应用技术水平。

对学生来说这样的实训设备更有利于提高学生对数控系统的整体认识能力。对于数控改造的机床，选择的元件是多型号、多品种的，参数的设定又是后进行的，可能有不合理的地方，这些设备上的弱势往往是锻炼学生能力上的优势，正是因为不合理，学生才会多思考，就是设备接口型号不统一，学生才要抓住系统运行的原理去解决遇到的问题。这些正是我们要锻炼学生应用能力的途径。

结束语

此次数控改造还可以充分利用现有的设备与现有的实训场地，不必用过大的投资就可满足教学需求。同时在改造过程中，也可以参照大赛要求进行改造，为大赛也为教学提供了方便的设备保障。

【1】贯宇主编.现代工厂电气控制技术实训.北京：石油工业出版社，2010.

【2】于润伟主编.机床电气系统检测与维修.北京：高等教育出版社，2009.

【3】刘永久主编.数控机床故障诊断与维修技术（FANUC系统）.北京：机械工业出版社，2009.

（作者单位：大庆职业学院机电工程系）

（编辑 刘丽娜）