毛宝雨　张宏帅

摘 要：将传统机床进行数字化改造，如果方案得当，可以达到改造成本低、见效快、加工效率高的目的。本文结合普通车床的基本运动，提出了一种数字化改造方案，将普通铣床改造为具有简单数控系统的数控车床。这种数控车床具备较为精确的两轴联动功能，刀具的运动路径和速度由操作人员通过遥控（线控）的专用控制键盘进行设置，该专用键盘上面有液晶显示屏，能够提示操作人员输入相应要素的具体数值。在机床加工时，工人可在机床附近观察而不必直接靠近操作，提高了生产加工的安全性。

关键词：车床;数控;数字化改造

中图分类号：TH122;TH123 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）35-0055-04

A Scheme Design of NC Transformation System for Ordinary Lathe

MAO Baoyu1 ZHANG Hongshuai2

（1.Zhengzhou Zijingshan Park，Zhengzhou Henan 450001;2. School of Mechanical Engineering， Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： Digital transformation of traditional machine tools， if the plan is correct， can achieve the purpose of low transformation costs， quick results and high processing efficiency. Based on the basic movements of ordinary lathes， this paper proposed a digital transformation scheme to transform ordinary milling machines into CNC lathes with simple numerical control systems. This CNC lathe has a more accurate two-axis linkage function， the tool's movement path and speed are set by the operator through a special control keyboard for remote control （line control）. The special keyboard has a liquid crystal display on it， which can prompt the operator to enter the specific values of the corresponding elements. During machine tool processing， workers can observe near the machine tool instead of directly approaching the operation， which improves the safety of production and processing.

Keywords： lathe;numerical control;digital transformation

目前，我国制造行业和企业的生产、加工装备大多数是传统机床，而且多数是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高和供货期长等问题[1]。

传统车床需要工人手工控制进给量、切削速度等加工要素，无法实现两轴联动操作，所以在加工锥面或剖面轮廓为曲线的成型面时更加困难，质量无法保证，甚至无法加工。在生产过程中，工人需要同时控制刀具在两个轴的运动，工作强度大。在切削时，工人始终在机床边进行操作，容易造成各类人身安全事故。

将传统机床进行数字化改造，如果方案得当，可以达到改造成本低、见效快、加工效率高的目的。使用数字方式对机床刀具在两个轴的运动进行控制，在加工多种成型面时，能够使机床刀路更加准確。在加工时，工人不需要手动操作，能够有效减轻劳动强度。可采用遥控（线控）方式，在机床加工时，工人可在机床附近观察而不必直接靠近操作，待一次走刀完成，机床停止工作时，工人只需要对切削结果进行测量检查，从而避免多种事故，提高生产加工的安全性[2-5]。

1 方案设计

如图1所示，用于改造普通车床的数字化遥控（线控）进给控制系统主要由以下部分组成：电机、减速器、联轴器、控制器、遥控（线控）控制键盘。

用于改造普通车床的数字化遥控（线控）进给控制系统在车床两轴增加电机及减速器，用控制器控制电机运动，从而使控制器能够分别控制车床两轴的进给。需要两轴同时协调运动时，控制器同时控制两轴运动，从而使车床能够简单精确地加工多种成型面，刀路准确，在加工时工人不需要手动操作。

运动的路径及速度由操作人员通过遥控（线控）的专用控制键盘进行设置，该专用键盘上面有液晶显示屏，能够提示操作人员输入相应要素的具体数值。在机床加工时，工人可在机床附近观察而不必直接靠近操作，提高了生产加工的安全性。

2 机床进给系统改造

本系统在传统车床的基础上增加了两车床进给轴的自动控制系统，该控制系统的核心是主控制器，主控制器接收人机接口发来的目标指令，结合刀具位置对该指令进行计算并输出。主控制器会把每次运动完成后的刀具所在位置自动置零，即本系统采用的是相对坐标控制方式。计算结果用于对机床两进给轴进行控制，控制信号首先发送到相应轴的进给控制器（电子调速器），作为该进给控制器的控制依据，电机的电源也需要先进入进给控制器，从而使进给控制器能够通过控制电机电源的方式来控制电机运动，电机通过减速箱和联轴器连接相应进给轴（见图2），从而带动该轴转动，转动速度由安装在轴上的转速传感器感知，并反馈到主控制器，以便主控制器对输入信号进行调整修正，使机床上相应进给轴的运动按照要求进行。

安装该系统时，人们需要对原车床进行简单改造，车床两进给轴上需要安装联轴器和传感器，如图2所示。本系统其余部分为附加部分，不需要再改动车床。

3 控制系统设计

车床改造控制系统的组成和连接如图3所示。主控制器采用单片机作为核心处理装置，除负责信号的输入、输出和数据的处理之外，还要连接人机交互设备以便接受操作指令。

本系统人机交互方式主要有两种：一是采用专用键盘输入，键盘示意图如图4所示。

采用该方式，操作人员能够完成直线刀路、圆弧刀路的输入和加工，在输入指令或数据的过程中，系统在显示屏上给出相应提示，从而降低操作难度，提高输入正确性，用户也可通过按键选择手动模式操纵机床进给轴运动。该键盘采用无线电遥控或有线方式与主控制器连接;第二种方式是连接PC设备，在PC上采用CAD画出曲线刀路，导入数据存储器并选择刀路起始端（0点），而后可通过专用键盘调出该存储器中的刀路进行切削加工，在刀路输入存储器后，可去除PC，存储器中可存储带有编号的多条刀路，从而对多种工件或一个工件加工工序中的多次走刀刀路进行存储，以备使用。

4 结语

与现有技术相比，本设计采用的技术方案简单易行，可以解决传统车床低成本数字化改造的问题，该方案主要有4个优点：改装简单，不必改动原机床，只是增加进给控制系统，升级容易，成本低;解决了传统车床无法手工协调同时控制两轴运动的问题，使机床能够较精确地加工多种成型表面;采用遥控（线控）指令输入方式操作，有效减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产加工的安全性;不使用专业的数控系统，在有效降低改造成本的同时，大大简化了操作，操作人员只需要经过简单学习即可使用，有效降低了使用难度。该方案不需要对机床进行复杂改造，仅需要安装进给控制系统，即可使机床能够加工多种表面，提高产品质量，减轻操作人员负担，使生产更安全。

參考文献：

[1]滕士波.数控机床的改造及应用[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2006.

[2]王三民.加工中心数控化改造与工程实现[D].南京：南京理工大学，2007.

[3]穆增峰.普通机床的数控改造[J].机械研究与应用，2010（2）：142-143.

[4]李体仁，黄超.A-C双转台五轴机床数控加工安全性研究[J].机床与液压，2018（14）：17-20.

[5]王荣芝.普通车床数控改造方案[J].自动化技术与应用，2013（10）：93-95.

[6]丁喜合，袁军堂，汪振华，等.数控机床双丝杠驱动直线进给系统静动态特性分析[J].机械设计与制造，2014（3）：155-157.