西碼特高精度X1型普通銑床的數控改造

張亞新

（赤峰學院 建筑與機械工程學院，內蒙古 赤峰 024000）

隨著當前科學技術的飛速發展，對機械產品的制造在經濟、精密程度、生產效率上提出了更高的要求.因此，數控機床逐步成為加工機床的主流，目前我國有各類普通機床400多萬臺，但是其中有1/4的機床是超過30年役齡的，這些機床已無改造價值，需淘汰更新，剩余約七成的機床是可進行數控化改造[1].

再制造是普通機床再次利用的最有效辦法，數控機床改造就是運用技術創新與技術改造相結合，改造傳統產業與發展新興產業相結合，突出重點與全面提升相結合，并將促進安全生產作為技術改造的重點任務[2].

本文將對西碼特高精度X1型普通銑床進行數控改造，滿足使用者的相關需求.

1 數控銑床硬件改造

1.1 西碼特高精度X1型普通銑床

西碼特高精度X1型普通銑床，是一種用途廣泛的機床，在銑床上可以加工平面、溝槽、分齒零件面及各種曲面.不僅如此，西碼特普通銑床還可用于對回轉體表面、內孔加工及進行切斷工作等.銑床在工作時，工件裝在工作臺上或分度頭等附件上，銑刀旋轉為主運動，輔以工作臺或銑頭的進給運動，工件即可獲得所需的加工表面.由于是多刀斷續切削，因而銑床的生產率較高.但是西碼特高精度X1型普通銑床對使用者的要求較高，智能化低，嚴重的影響了它的使用性能，因此很多使用者對西碼特高精度X1型普通銑床提出了數控改造的需求.

1.2 西碼特銑床的硬件改造

西碼特銑床改造成為數控銑床，其硬件結構的改造主要是將原來手動操作的機構，改為電機驅動.首先將工作臺上連接絲杠的X軸和Y軸兩個手柄去掉，利用8*8聯軸器與絲杠直接連接；然后使用內六角螺栓卸掉操作桿，采用12*8的聯軸器連接原來操作桿連接的蝸桿.最后將三個驅動電機與聯軸器相連，實現電機驅動代替手動.

1.3 執行電機的選擇

數控系統中，最常使用的執行電機是步進電機和伺服電機.步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件.伺服電機內部的轉子在磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度.為了適應數字控制的發展趨勢，運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機.雖然兩者在控制方式上都采用了脈沖串和方向信號，但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異.私服電機在控制精度、低頻特性、矩頻特性、運行性能以及速度響應性能方面都優于步進電機；而步進電機在經濟性方面占有明顯的絕對優勢，因此在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機.經過對使用者提出的技術需求分析最終確定使用步進電機.

1.4 控制板的選擇

本改造控制系統選擇以TB6560AHQ芯片為核心的驅動板作為數控系統的控制板，此控制板采用全雙橋MOSFET驅動；耐壓40V；額定電流3A；峰值3.5A；具有整步、1/2細分、1/8細分、1/16細分運行方式可供選擇；內置溫度保護及過流保護功能.只需輸入一組12-40V供電電源就可工作，板上集成有12-40V電壓轉換成5V電壓供芯片工作.有自動半流控制芯片實現無脈沖時自動半流鎖定.使用電腦并口接口,電腦主板只需自帶并口就可以使用.

2 參數設置

2.1 單位設置

點擊設置→公/英制選擇

點擊后會彈出一個提示窗口，提示用戶這里的長度單位的確定與G程序中使用的長度單位沒有關系，這里確定機床步進(伺服)電機，在進給運動時所使用的長度單位，直接確認即可.點擊確定后，彈出對話框.因為西碼特高精度X1型普通銑床使用的絲杠是2mm導程(螺距)的，是公制的的絲杠.所以該對話框選擇毫米，這樣可以方便的計算出步進電機的轉速，而不存在單位換算出現的誤差.

2.2 端口和針腳設置

點擊設置→端口/針腳

分別設置對話框中的端口設置和軸向選擇對話框、電機輸出對話框、輸入/輸出對話框以及主軸設置對話框.

2.3 電機調試設置

點擊設置→電機調試彈出電機調試和安裝對話框

窗口右側的軸選擇區域用于選擇需要設定參數的軸；窗口左側的曲線圖反應了參數設定后步進電機運行是加速—穩定—減速的變化曲線，在兩者之間的速度調整塊用于快速的調整步進電機的最高運行速度；窗口底部有一排參數設定輸入框：參數Steps per是決定了工作臺每運動1mm，步進電機需要多少個脈沖.計算方法如下：

即工作臺每運動1mm，步進電機需要800個脈沖.

“In's or mm's每分鐘”參數是決定了工作臺每分鐘移動的速度，計算的方法是電機轉速×絲杠導程，由于步進電機的有效轉速一般在500-700轉/分鐘，以及工作臺的運動摩擦阻力，所以需要設定合理的最大移動速度以防止電機出現失步.這個速度也是執行G00代碼時的默認速度.參數“In's or mm's/秒/秒”是決定了電機由停止到最高速或者由最高速到停止的啟動與停止加速度，設定合理的加速度可以防止步進電機的慣性過沖失步，以及降低工作臺運行中的沖擊力，使機床在高速運行時的穩定性.設定好X軸后要按豹群設定按鈕，隨后在依次選擇設定其他各軸的參數，因為每個軸可能有自身的特點.

式中：

n:工作臺每運動1mm，步進電機需要多少個脈沖數；

m:步進電機旋轉1圈的標準脈沖數;

p:驅動器細分數

l:絲杠導程;

在此次改造中，57步進電機每個脈沖旋轉1.8度，旋轉1圈需要360/1.8度=200個脈沖.驅動器使用8細分，絲杠導程為2mm，則：

3 整機調試

碼特高精度X1型普通銑床數控改造系統的工作原理是由電腦軟件Mach控制以TB6560AHQ芯片為核心的驅動控制板，將信號由步進電機轉換為銑床工作臺的XY向運動，以及銑床主軸的Z向運動，來實現數字控制（如圖1所示）.經過對不同的68種數控程序的加工測試，西碼特高精度X1型普通銑床的數控改造基本能達到設計要求的性能指標.

圖1 升級改造后數控銑床的工作原理

4 結束語

對的數控改造.進給機構用三個步進電動機做動力源.控制系統用TB6560AHQ芯片驅動板作為主控制器.用數字信息通過控制傳送給步進電動機控制使其按一定方式運行，即可達到零件的加工要求同時使數控銑床在實際應用中功能更加齊全、工作效率更高，也使其具有一定的實用性和經濟性.

〔1〕羅永順.機床數控化改造技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

〔2〕初宏偉，馮華勇，譚孝輝.淺析機床數控改造系統選型方法[J].四川工程職業技術學院學報，2010(3)：54—57.

〔3〕楊獻金，張明柱，徐愛軍.基于W indow s平臺的開放式數控系統研究[J].機械設計與制造，2010(12)：143—145.

〔4〕王愛玲，白恩遠.現代數控機床[M].北京：罔防工業出版社，2003.

〔5〕許小明，王碩桂.基于PC的開放式數控系統代碼編譯器的開發[J].機床與液壓，2009(11)：41—44.

〔6〕周剛，鄔義杰，潘曉弘.數控系統軟件模塊實時調度方法[J].機械工程學報，2009(1)：162—166.

〔7〕趙東林，方凱，錢偉.三軸機床數控系統軟件的設計與開發.