隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，機(jī)械加工業(yè)加工件精度和線(xiàn)型的要求也逐步增高。在傳統(tǒng)加工方法中，通常采用人工靠模的方法來(lái)加工某些特殊線(xiàn)型的零件。這種方法生產(chǎn)效率低，加工精度難以得到保障，工人工作量大，大大增加了產(chǎn)品的成本。而數(shù)控技術(shù)所具有的高精度、高柔性、高效率等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在已被人們廣泛認(rèn)可。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)用數(shù)控技術(shù)是勢(shì)在必行的。但是對(duì)廣大中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，成型的數(shù)控機(jī)床價(jià)格比較昂貴。所以對(duì)舊機(jī)床、普通機(jī)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)，既提高了生產(chǎn)效率，保障了加工精度，又可以對(duì)企業(yè)現(xiàn)有資源加以利用，降低了成本投入，避免資源浪費(fèi)。
對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控設(shè)計(jì)，一般需要進(jìn)行三部分的設(shè)計(jì)：機(jī)械部分設(shè)計(jì)，電器部分的設(shè)計(jì)，軟件程序的設(shè)計(jì)。
下面就以利用SIEMENS機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)對(duì)龍門(mén)刨床進(jìn)行CNC數(shù)控化設(shè)計(jì)，加工羅茨風(fēng)機(jī)兩葉葉輪為例來(lái)說(shuō)明。
圖1 羅茨風(fēng)機(jī)兩葉葉輪外型圖
1 為何選擇對(duì)龍門(mén)刨進(jìn)行改造
由于加工件尺寸較大，用龍門(mén)刨工作臺(tái)行程大，可一次加工, 個(gè)加工件，大大地提高了加工效率。
由于加工件尺寸較大，用龍門(mén)刨工作臺(tái)行程大，可一次加工3個(gè)加工件，大大地提高了加工效率。
2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)
為了確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作的平穩(wěn)性，我們采用滾珠絲杠螺母副替代了原有的絲杠，以提高傳動(dòng)效率，降低摩擦，提高精度;采用SIEMENS步進(jìn)電機(jī)以減少故障率。
3 電器部分設(shè)計(jì)
電器部分是由以卜設(shè)備組成
機(jī)床控制系統(tǒng)SINUMERIK 8025
驅(qū)動(dòng)變壓器
步進(jìn)馬區(qū)動(dòng)器STEPDRIVE C
步進(jìn)電機(jī)SIEMENS
RS232串口線(xiàn)(帶光電隔離)電纜
圖2電器控制部分框圖
SINUMERIC 8025是由操作而板(OP020),機(jī)床控制而板(MCP),NC單元(ECU)和輸入輸出模塊(DI/0)組成的，可以控制2到3個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給軸和一個(gè)伺服卞軸(或變頻器)。步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)為脈沖，步角為0.36°(即每轉(zhuǎn)1000步)。NC單元(ECU)帶有全部接口，出廠設(shè)定為車(chē)床并預(yù)裝了車(chē)床PLC應(yīng)用程序。輸入輸出模塊(DI/O)16輸入和16輸出(ECU最多可配4個(gè)DI/O模塊)�？衫肦S232串行通信與PC機(jī)進(jìn)行PLC程序和零件加工程序的上傳和下載。
馭動(dòng)系統(tǒng)采用STEPDRIVE C或STEP-DRIVE C+驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
步進(jìn)電機(jī)采用五相棍合式步進(jìn)電機(jī)。
馭動(dòng)系統(tǒng)需配置380/85 VAC變壓器和24VDC電源。
以加工羅茨風(fēng)機(jī)的漸開(kāi)線(xiàn)葉型的葉輪為例，只需要控制刀架在X方向和Z方向上的進(jìn)給，故只需要2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)馭動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制效杠的轉(zhuǎn)動(dòng)。利用龍門(mén)刨床上的工作臺(tái)限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制加工程序指令的運(yùn)行，即將程序運(yùn)行模式設(shè)置在單步運(yùn)行上，將控制而板上的程序運(yùn)行按鈕與限位開(kāi)關(guān)和繼電器連接，限位開(kāi)關(guān)每動(dòng)作一次，加工程序便運(yùn)行一條指令，步進(jìn)電機(jī)便按程序指令運(yùn)行X向和Z向移動(dòng)若干步。
SINUMERIC 8025出廠時(shí)已經(jīng)將一個(gè)適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的PLC適用程序(IAP集成在系統(tǒng)之中，具體的控制可通過(guò)機(jī)床參數(shù)設(shè)定，以滿(mǎn)足不同型號(hào)機(jī)床的要求，用戶(hù)也可根據(jù)自己的不同需要來(lái)設(shè)計(jì)適用于自己的PLC應(yīng)用程序，利用RS232串行通信接口，從PC機(jī)上卜載給802S。同理，零件的加工程序既可以在而板上直接編程，也可利用PC機(jī)設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行傳輸。
4 PC機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)
我們采用Visual Basic編寫(xiě)程序源代碼，由于此加工件是由多個(gè)圓和漸開(kāi)線(xiàn)共同組成，所以我們將程序分為了5段，
根據(jù)圓的理論線(xiàn)型方程式
分別由以上公式和根據(jù)加工件圖紙所提供的尺寸進(jìn)行編程計(jì)算求出加工件的圓和漸開(kāi)線(xiàn)部分的X和Y增量(程序界面如圖)，然后找出加工件各段的接點(diǎn)并重新安排數(shù)據(jù)，然后將計(jì)算好的數(shù)據(jù)依次送入AutoCAD中進(jìn)行實(shí)際線(xiàn)型的繪制，根據(jù)圖紙?zhí)峁┑母鼽c(diǎn)數(shù)據(jù)測(cè)量漸開(kāi)線(xiàn)到基圓切線(xiàn)距離，如滿(mǎn)足圖紙的要求則完成，如不滿(mǎn)足則程序中提供了公差數(shù)值的參數(shù)，可修改公差重新計(jì)算數(shù)據(jù)，直到滿(mǎn)足圖紙要求為止，另外我們?cè)诔绦蛑羞�加入了計(jì)算角度的參數(shù)，可以很好很方便地控制進(jìn)刀量。當(dāng)程序計(jì)算好的數(shù)據(jù)送入AutoCAD中進(jìn)行實(shí)際線(xiàn)型繪制并滿(mǎn)足圖紙要求后，程序?qū)凑誗IEMENS機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的RS232通訊的格式將數(shù)據(jù)保存為MPF格式，以便利用SIEMENS機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的通訊軟件將計(jì)算數(shù)據(jù)方便地送入SIEMENS機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，省去了人工送數(shù)的大量時(shí)間，提高了效率。
圖3程序界面
5 結(jié)論
對(duì)于某一特殊線(xiàn)型零件的加工來(lái)說(shuō)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)的機(jī)床是作為專(zhuān)機(jī)使用。進(jìn)口數(shù)控機(jī)床雖然功能強(qiáng)大，但是在特殊線(xiàn)型零件加工比較單一的情況下，并不能做到物盡其用。另外，以目前市場(chǎng)價(jià)格作參考，對(duì)一臺(tái)普通龍門(mén)刨床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)的費(fèi)用大約是人民幣近60萬(wàn)元（含普通龍門(mén)刨床價(jià)格），而購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)新的數(shù)控龍門(mén)刨床的價(jià)格是300萬(wàn)左右，兩者在加工精度、質(zhì)量、效率上相比，水平相當(dāng)。所以對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的普通機(jī)床、舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化設(shè)計(jì)，既節(jié)省了資金、避免了浪費(fèi)，又可以做到物盡其用，是非常經(jīng)濟(jì)、可行的。
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