数控技术在机械加工生产中的应用

　　随着工业技术的发展和激烈的市场竞争，机械加工业加工件精度和线型的要求也逐步增高。在传统加工方法中，通常采用人工靠模的方法来加工某些特殊线型的零件。这种方法生产效率低，加工精度难以得到保障，工人工作量大，大大增加了产品的成本。而数控技术所具有的高精度、高柔性、高效率等优点现在已被人们广泛认可。因此，在生产中应用数控技术是势在必行的。但是对广大中小型企业来说，成型的数控机床价格比较昂贵。所以对旧机床、普通机床进行经济型数控设计，既提高了生产效率，保障了加工精度，又可以对企业现有资源加以利用，降低了成本投入，避免资源浪费。

　　对普通机床进行数控设计，一般需要进行三部分的设计：机械部分设计，电器部分的设计，软件程序的设计。

　　下面就以利用SIEMENS机床数控系统对龙门刨床进行CNC数控化设计，加工罗茨风机两叶叶轮为例来说明。

图1 罗茨风机两叶叶轮外型图

1 为何选择对龙门刨进行改造

　　由于加工件尺寸较大，用龙门刨工作台行程大，可一次加工, 个加工件，大大地提高了加工效率。

　　由于加工件尺寸较大，用龙门刨工作台行程大，可一次加工3个加工件，大大地提高了加工效率。

2 机械部分设计

　　为了确保数控系统的传动精度和工作的平稳性，我们采用滚珠丝杠螺母副替代了原有的丝杠，以提高传动效率，降低摩擦，提高精度;采用SIEMENS步进电机以减少故障率。

3 电器部分设计

　　电器部分是由以卜设备组成

　　机床控制系统SINUMERIK  8025

　　驱动变压器

　　步进马区动器STEPDRIVE  C

　　步进电机SIEMENS

　　RS232串口线(带光电隔离)电缆

图2电器控制部分框图

　　SINUMERIC  8025是由操作而板(OP020), 机床控制而板(MCP),NC单元(ECU)和输入输出模块(DI/0)组成的，可以控制2到3个步进电机进给轴和一个伺服卞轴(或变频器)。步进电机的控制信号为脉冲，步角为0.36°(即每转1000步)。NC单元(ECU)带有全部接口，出厂设定为车床并预装了车床PLC应用程序。输入输出模块(DI/O)16输入和16输出(ECU最多可配4个DI/O模块)。可利用RS232串行通信与PC机进行PLC程序和零件加工程序的上传和下载。

　　驭动系统采用STEPDRIVE  C或STEP-DRIVE C+驱动系统。

　　步进电机采用五相棍合式步进电机。

　　驭动系统需配置380/85  VAC变压器和24VDC电源。

　　以加工罗茨风机的渐开线叶型的叶轮为例，只需要控制刀架在X方向和Z方向上的进给，故只需要2台步进电机驭动器及步进电机来控制效杠的转动。利用龙门刨床上的工作台限位开关来控制加工程序指令的运行，即将程序运行模式设置在单步运行上，将控制而板上的程序运行按钮与限位开关和继电器连接，限位开关每动作一次，加工程序便运行一条指令，步进电机便按程序指令运行X向和Z向移动若干步。

　　SINUMERIC 8025出厂时已经将一个适用于经济型数控车床的PLC适用程序(IAP集成在系统之中，具体的控制可通过机床参数设定，以满足不同型号机床的要求，用户也可根据自己的不同需要来设计适用于自己的PLC应用程序，利用RS232串行通信接口，从PC机上卜载给802S。同理，零件的加工程序既可以在而板上直接编程，也可利用PC机设计，然后再进行传输。

4 PC机软件程序设计

　　我们采用Visual Basic编写程序源代码，由于此加工件是由多个圆和渐开线共同组成，所以我们将程序分为了5段，

　　根据圆的理论线型方程式

　　分别由以上公式和根据加工件图纸所提供的尺寸进行编程计算求出加工件的圆和渐开线部分的X和Y增量(程序界面如图)，然后找出加工件各段的接点并重新安排数据，然后将计算好的数据依次送入AutoCAD中进行实际线型的绘制，根据图纸提供的各点数据测量渐开线到基圆切线距离，如满足图纸的要求则完成，如不满足则程序中提供了公差数值的参数，可修改公差重新计算数据，直到满足图纸要求为止，另外我们在程序中还加入了计算角度的参数，可以很好很方便地控制进刀量。当程序计算好的数据送入AutoCAD中进行实际线型绘制并满足图纸要求后，程序将按照SIEMENS机床数控系统的RS232通讯的格式将数据保存为MPF格式，以便利用SIEMENS机床数控系统的通讯软件将计算数据方便地送入SIEMENS机床数控系统，省去了人工送数的大量时间，提高了效率。

图3程序界面

5 结论

　　对于某一特殊线型零件的加工来说，进行经济型数控设计的机床是作为专机使用。进口数控机床虽然功能强大，但是在特殊线型零件加工比较单一的情况下，并不能做到物尽其用。另外，以目前市场价格作参考，对一台普通龙门刨床进行经济型数控设计的费用大约是人民币近60万元（含普通龙门刨床价格），而购买一台新的数控龙门刨床的价格是300万左右，两者在加工精度、质量、效率上相比，水平相当。所以对于中小型企业来说，应用数控技术对现有的普通机床、旧机床进行数控化设计，既节省了资金、避免了浪费，又可以做到物尽其用，是非常经济、可行的。