通用机械滑台的微机数控装置的研制第一拖拉机工程机械公司装备公司张琦马新生朱彦正摘要所开发 的微机数控装置以通用机械滑台为控制对象，采用步进电机闭环控制系统，具有较高的定位精度和 重复定位精度，具有较强的通用性和经济性，有利于机床设备的技术改造和更新。主题词：机械滑 台定位精度微机数控１前言在精密加工机床中，无论是专用机床，还是通用机床，在加工过程中都 难以实现定位精度控制和误差补偿，即使能实现，也满足不了较好的经济性、可靠性和高效率。如 发动机缸体的缸套止口，目前镗床用死挡铁来保证止口深度精度，可靠性差，精度低。轴向定位精 度控制是机械加工中很重要的课题，我们为此开发研制了一套单坐标轴向定位精度微机数控装置， 即可用于专用机床，也可用于通用机床，除完成一般加工工序外，尚可完成有轴向定位精度要求的 工序，如镗阶梯孔、车轴肩等。通过改变程序、指令等软件内容，无须改动太多的硬件就可以变换 机械控制性能，甚至可扩展成两坐标、三坐标数控装置。该微机数控装置的设计定位精度为±０． ０２ｍｍ，重复定位精度±０．００５ｍｍ，具有如确定零点、对刀、点动、自动及设置加工参数 等功能。２控制方式的选择基于经济性和精密性考虑，控制方式采用微机数控步进电机驱动的闭环 控制系统，它由以下几部分组成（见图１）。（１）人机交互装置它运行在ＰＣ－４８６微机上， 操作者通过它输入加工参数（快进、工进、调整等速度参数，加工深度、工进行程、误差补偿等位 移量参数），进行关于实时加工的各种操作（前进、退回、自动加工、对零点、对刀、停止等）。 此外，该装置完成与数控装置的通讯。该人机交互装置使用ＢｏｒｌａｎｄＣ＋＋开发的Ｗｉｎｄ ｏｗｓ应用程序，具有良好的人机交互环境。图１微机数控系统框图（２）数控装置主要由单片机 和接口电路组成，担负数值计算、逻辑判断、输入输出控制等功能；接口电路的功能是实现单片机 与驱动系统、检测装置之间的通讯，实现信号转换、数据传送及实时控制等功能。（３）驱动系统 由步进电机、联轴节、滚珠丝杠组成，步进电机通过接口电路接受来自单片机的控制指令，并驱动 滑台沿单坐标方向运动，实现位置控制。（４）检测装置及控制对象控制对象为通用机械滑台或带 有滚珠丝杠的运动部件；检测装置使用线位移光栅传感器，将机械滑台位移量通过接口反馈到微机 内，从而形成闭环控制，实现高精度位置控制。３微机数控系统的结构和特点我们所开发的微机数 控系统为闭环控制系统，其结构如图２所示。各部分组成及所选用的元器件型号、参数如下。（１ ）微机数控装置主要由ＰＣ－４８６微机、８０９８单片机、接口电路及人机交互系统组成。（２ ）步进电机选用１３０ＢＣ３１００型，步距角为０．６°／步，保持转矩为１１．７６Ｎｍ，转 子转动惯量为１０．２ｋｇｃｍ２，相数为三相六拍。通过实验可知，该步进电机具有良好的时间 响应性能指标，响应速度快，无超调量，稳定性好。（３）机械滑台是按西德组合机床通用部件标 准制造的，型号为ＳＥＭＥ－４００／４００，滚珠丝杠的导程为１０ｍｍ，本数控装置的开发要 求机械滑台的导程小于或等于１０ｍｍ，机械滑台通过刚性联轴节实现与步进电机的联接。（４） 位置检测装置选用ＴＳＣ－３型长光栅位移测量尺。测量范围为４２０ｍｍ，分辨率为５０线／ｍ ｍ，测量尺脉冲当量为０．０２ｍｍ，经倍频细分脉冲当量为０．００５ｍｍ。本系统的机械部分 省掉了齿轮减速机构，通过刚性联轴节将步进电机直接与滚珠丝杠联接，从而减少了中间环节，消 除了齿轮传动带来的噪声和间隙等非线性环节引起的误差。同时，也降低了对步进电机启动速度的 要求，即步进电机能很快地达到要求的运行速度。４机械滑台定位精度的测试本微机数控系统定位 精度的测试是参照我国国家标准“数字控制机床位置精度的评定方法”进行的。测试按组合机床自 动加工一次循环过程进行，过程为：对零点（第一次）——对刀（第一次）——快进——工进—— 暂停（终点）——快退——零点。第二次循环加工不需要对零点和对刀。自动加工试验条件为：滑 台的快进速度图２微机数控系统结构简图为２．５ｍ／ｍｉｎ，工进速度为０．１５ｍ／ｍｉｎ， 加工尺寸为１０ｍｍ，工进行程３５ｍｍ。根据机床的结构特性和工艺特性，检测按单方向和阶梯 循环检测方式进行。在轴线上取定位点６个，每个定位点测量５次，由它们求出各个测量点的平均 偏差和标准偏差。从而得到本控制系统定位精度的评定结果：重复定位精度：Ｒ＝６Ｓｉｍａｎ＝ ９μｍ单方向定位精度：Ａｕ＝１２．５６μｍ５结束语本微机数控装置是根据一拖公司的生产需 要研制的，旨在开发出一种投资少，可靠性好，控制精度高，通用性强，维修方便的闭环控制系统 ，以加快企业旧设备的改造和更新的步伐，使企业设备数控化、智能化，确保企业生产和产品质量 ，增强企业竞争力。本微机数控装置，经测试证实是一套品质上乘、可靠性好的由步进电机驱动的 闭环数控系统，所开发的在Ｗｉｎｄｏｗｓ下运行的人机交互控制软件是切实可行的，开拓了Ｗｉ ｎ－ｄｏｗｓ应用程序在实时控制系统上的应用，在生产、科研上有很广泛的使用价值和推广价值 。参考文献１李正吾，汤德忠，王芳卿．机电一体化技术及其应用．机械工业出版社，１９９０２ 薛钧义，虞鹤松，姚燕南，武自芳．微机控制系统及其应用．西安交通大学出版社，１９９４３张 琦．通用机械滑台的计算机数控装置及其定位精度的研究．西安交通大学硕士学位论文，１９９５ 通用机械滑台的微机数控装置的研制$第一拖拉机工程机械公司装备公司@张琦@马新生@朱彦正 机械滑台,定位精度,微机数控所开发的微机数控装置以通用机械滑台为控制对象，采用步进电机 闭环控制系统，具有较高的定位精度和重复定位精度，具有较强的通用性和经济性，有利于机床设 备的技术改造和更新１李正吾，汤德忠，王芳卿．机电一体化技术及其应用．机械工业出版社，１ ９９０２薛钧义，虞鹤松，姚燕南，武自芳．微机控制系统及其应用．西安交通大学出版社，１９ ９４３张琦．通用机械滑台的计算机数控装置及其定位精度的研究．西安交通大学硕士学位论文， １９９５行的人机交互控制软件是切实可行的，开拓了Ｗｉｎ－ｄｏｗｓ应用程序在实时控制系统 上的应用，在生产、科研上有很广泛的使用价值和推广价值。参考文献１李正吾，汤德忠，王芳卿 ．机电一体化技术及其应用．机械工业出版社，１９９０２薛钧义，虞鹤松，姚燕南，武自芳．微 机控制系统及其应用．西安交通大学出版社，１９９４３张琦．通用机械滑台的计算机数控装置及 其定位精度的研究．西安交通大学硕士学位论文，１９９５通用机械滑台的微机数控装置的研制$ 第一拖拉机工程机械公司装备公司@张琦@马新生@朱彦正机械滑台,定位精度,微机数控所开发 的微机数控装置以通用机械滑台为控制对象，采用步进电机闭环控制系统，具有较高的定位精度和 重复定位精度，具有较强的通用性和经济性，有利于机床设备的技术改造和更新１李正吾，汤德忠 ，王芳卿．机电一体化技术及其应用．机械工业出版社，１９９０２薛钧义，虞鹤松，姚燕南，武自芳．微机控制系统及其应用．西安交通大学出版社，１９９４３张琦．通用机械滑台的计算机数控装置及其定位精度的研究．西安交通大学硕士学位论文，１９９５
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