西码特高精度X1型普通铣床的数控改造

张亚新

（赤峰学院 建筑与机械工程学院，内蒙古 赤峰 024000）

随着当前科学技术的飞速发展，对机械产品的制造在经济、精密程度、生产效率上提出了更高的要求.因此，数控机床逐步成为加工机床的主流，目前我国有各类普通机床400多万台，但是其中有1/4的机床是超过30年役龄的，这些机床已无改造价值，需淘汰更新，剩余约七成的机床是可进行数控化改造[1].

再制造是普通机床再次利用的最有效办法，数控机床改造就是运用技术创新与技术改造相结合，改造传统产业与发展新兴产业相结合，突出重点与全面提升相结合，并将促进安全生产作为技术改造的重点任务[2].

本文将对西码特高精度X1型普通铣床进行数控改造，满足使用者的相关需求.

1 数控铣床硬件改造

1.1 西码特高精度X1型普通铣床

西码特高精度X1型普通铣床，是一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面、沟槽、分齿零件面及各种曲面.不仅如此，西码特普通铣床还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等.铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面.由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高.但是西码特高精度X1型普通铣床对使用者的要求较高，智能化低，严重的影响了它的使用性能，因此很多使用者对西码特高精度X1型普通铣床提出了数控改造的需求.

1.2 西码特铣床的硬件改造

西码特铣床改造成为数控铣床，其硬件结构的改造主要是将原来手动操作的机构，改为电机驱动.首先将工作台上连接丝杠的X轴和Y轴两个手柄去掉，利用8*8联轴器与丝杠直接连接；然后使用内六角螺栓卸掉操作杆，采用12*8的联轴器连接原来操作杆连接的蜗杆.最后将三个驱动电机与联轴器相连，实现电机驱动代替手动.

1.3 执行电机的选择

数控系统中，最常使用的执行电机是步进电机和伺服电机.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件.伺服电机内部的转子在磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度.为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机.虽然两者在控制方式上都采用了脉冲串和方向信号，但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异.私服电机在控制精度、低频特性、矩频特性、运行性能以及速度响应性能方面都优于步进电机；而步进电机在经济性方面占有明显的绝对优势，因此在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机.经过对使用者提出的技术需求分析最终确定使用步进电机.

1.4 控制板的选择

本改造控制系统选择以TB6560AHQ芯片为核心的驱动板作为数控系统的控制板，此控制板采用全双桥MOSFET驱动；耐压40V；额定电流3A；峰值3.5A；具有整步、1/2细分、1/8细分、1/16细分运行方式可供选择；内置温度保护及过流保护功能.只需输入一组12-40V供电电源就可工作，板上集成有12-40V电压转换成5V电压供芯片工作.有自动半流控制芯片实现无脉冲时自动半流锁定.使用电脑并口接口,电脑主板只需自带并口就可以使用.

2 参数设置

2.1 单位设置

点击设置→公/英制选择

点击后会弹出一个提示窗口，提示用户这里的长度单位的确定与G程序中使用的长度单位没有关系，这里确定机床步进(伺服)电机，在进给运动时所使用的长度单位，直接确认即可.点击确定后，弹出对话框.因为西码特高精度X1型普通铣床使用的丝杠是2mm导程(螺距)的，是公制的的丝杠.所以该对话框选择毫米，这样可以方便的计算出步进电机的转速，而不存在单位换算出现的误差.

2.2 端口和针脚设置

点击设置→端口/针脚

分别设置对话框中的端口设置和轴向选择对话框、电机输出对话框、输入/输出对话框以及主轴设置对话框.

2.3 电机调试设置

点击设置→电机调试弹出电机调试和安装对话框

窗口右侧的轴选择区域用于选择需要设定参数的轴；窗口左侧的曲线图反应了参数设定后步进电机运行是加速—稳定—减速的变化曲线，在两者之间的速度调整块用于快速的调整步进电机的最高运行速度；窗口底部有一排参数设定输入框：参数Steps per是决定了工作台每运动1mm，步进电机需要多少个脉冲.计算方法如下：

即工作台每运动1mm，步进电机需要800个脉冲.

“In's or mm's每分钟”参数是决定了工作台每分钟移动的速度，计算的方法是电机转速×丝杠导程，由于步进电机的有效转速一般在500-700转/分钟，以及工作台的运动摩擦阻力，所以需要设定合理的最大移动速度以防止电机出现失步.这个速度也是执行G00代码时的默认速度.参数“In's or mm's/秒/秒”是决定了电机由停止到最高速或者由最高速到停止的启动与停止加速度，设定合理的加速度可以防止步进电机的惯性过冲失步，以及降低工作台运行中的冲击力，使机床在高速运行时的稳定性.设定好X轴后要按豹群设定按钮，随后在依次选择设定其他各轴的参数，因为每个轴可能有自身的特点.

式中：

n:工作台每运动1mm，步进电机需要多少个脉冲数；

m:步进电机旋转1圈的标准脉冲数;

p:驱动器细分数

l:丝杠导程;

在此次改造中，57步进电机每个脉冲旋转1.8度，旋转1圈需要360/1.8度=200个脉冲.驱动器使用8细分，丝杠导程为2mm，则：

3 整机调试

码特高精度X1型普通铣床数控改造系统的工作原理是由电脑软件Mach控制以TB6560AHQ芯片为核心的驱动控制板，将信号由步进电机转换为铣床工作台的XY向运动，以及铣床主轴的Z向运动，来实现数字控制（如图1所示）.经过对不同的68种数控程序的加工测试，西码特高精度X1型普通铣床的数控改造基本能达到设计要求的性能指标.

图1 升级改造后数控铣床的工作原理

4 结束语

对的数控改造.进给机构用三个步进电动机做动力源.控制系统用TB6560AHQ芯片驱动板作为主控制器.用数字信息通过控制传送给步进电动机控制使其按一定方式运行，即可达到零件的加工要求同时使数控铣床在实际应用中功能更加齐全、工作效率更高，也使其具有一定的实用性和经济性.

〔1〕罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

〔2〕初宏伟，冯华勇，谭孝辉.浅析机床数控改造系统选型方法[J].四川工程职业技术学院学报，2010(3)：54—57.

〔3〕杨献金，张明柱，徐爱军.基于W indow s平台的开放式数控系统研究[J].机械设计与制造，2010(12)：143—145.

〔4〕王爱玲，白恩远.现代数控机床[M].北京：罔防工业出版社，2003.

〔5〕许小明，王硕桂.基于PC的开放式数控系统代码编译器的开发[J].机床与液压，2009(11)：41—44.

〔6〕周刚，邬义杰，潘晓弘.数控系统软件模块实时调度方法[J].机械工程学报，2009(1)：162—166.

〔7〕赵东林，方凯，钱伟.三轴机床数控系统软件的设计与开发.