在數(shù)控車(chē)床行業(yè)中，目前國(guó)內(nèi)使用的大都是以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)型車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)大多采用單片機(jī)作為控制核心，以開(kāi)環(huán)方式工作，功能少而且故障率較高。在如今車(chē)床的改造過(guò)程中，我們應(yīng)用的SKY普及型車(chē)床系統(tǒng)，以其獨(dú)特的雙位置閉環(huán)控制方式，全面兼容的標(biāo)準(zhǔn)高速64位PC控制核心，方便的自動(dòng)對(duì)刀功能，強(qiáng)大的CAD/CAM/CNC一體化功能，發(fā)揮出國(guó)外系統(tǒng)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，給用戶(hù)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。 1　控制原理 常規(guī)閉環(huán)機(jī)床位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是在速度環(huán)基礎(chǔ)上加位置外環(huán)構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。由于這類(lèi)系統(tǒng)難以克服非線性因素的影響，常因自持振蕩而無(wú)法工作。為了克服系統(tǒng)這種缺陷，以轉(zhuǎn)角—線位移雙閉環(huán)位置控制方式，使數(shù)控技術(shù)達(dá)到一個(gè)嶄新的的層次。由其構(gòu)成的位置控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 該系統(tǒng)由內(nèi)外雙位置環(huán)組成。其內(nèi)環(huán)為轉(zhuǎn)角位置環(huán)，檢測(cè)元件為裝于電機(jī)軸上的光電碼盤(pán)，驅(qū)動(dòng)裝置為交流伺服系統(tǒng)，由此構(gòu)成一輸入為θi、輸出為θo的隨動(dòng)系統(tǒng)。外部位置環(huán)采用光柵、感應(yīng)同步器等線位移檢測(cè)元件直接獲取機(jī)床工作臺(tái)位移信息，并以?xún)?nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)角隨動(dòng)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，并且引入Gc（S）組成的前饋通道，構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)，大大提高了其跟隨性能。因?yàn)楣ぷ髋_(tái)的精度由線位移檢測(cè)元件決定，所以在理論上消除了機(jī)床間隙對(duì)精度的影響。 2　系統(tǒng)組成及應(yīng)用 系統(tǒng)控制部分結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，共分6個(gè)主要部分：伺服機(jī)構(gòu)、位置反饋、自動(dòng)對(duì)刀、開(kāi)關(guān)量控制、主軸控制、主軸反饋。 （1）伺服部分　根據(jù)車(chē)床傳動(dòng)部分的機(jī)械特性，我們選用相匹配的進(jìn)口交流數(shù)字式伺服電機(jī)。根據(jù)改造后車(chē)床的精度要求，選用相匹配的光柵尺作為線位移檢測(cè)元件。常規(guī)5V方波光柵尺的分辨率為5μm，其精度可達(dá)到0.01mm，讀數(shù)頭最大快移速度達(dá)24m/min，可以保證數(shù)控車(chē)床的精度及穩(wěn)定性。實(shí)際上系統(tǒng)分辨率可達(dá)0.5μm。采用更高精度的檢測(cè)元件，已經(jīng)使系統(tǒng)工作精度達(dá)到1μm。 （2）主軸部分　為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)主軸部分的實(shí)時(shí)控制，我們采用配套的變頻器，如三菱、松下、臺(tái)安等對(duì)主軸電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向的控制。同時(shí)配合車(chē)床自身機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，可避免其在低頻下振動(dòng)與扭矩降落現(xiàn)象。系統(tǒng)將通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器轉(zhuǎn)向的開(kāi)關(guān)量控制，通過(guò)0～10V模擬量輸出可實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。這樣即可實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中的恒線速度切削。 另外，在主軸上（即C軸）裝配相應(yīng)的光電編碼器，將其轉(zhuǎn)速以脈沖形式進(jìn)行計(jì)數(shù)并反饋給計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)根據(jù)其計(jì)數(shù)結(jié)果能實(shí)現(xiàn)軟件同步螺紋切削。這種方法通過(guò)對(duì)C軸的位置反饋信息進(jìn)行數(shù)字化處理，動(dòng)態(tài)提取同步信息，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)牽入同步點(diǎn)，并據(jù)此進(jìn)行柔性牽入同步控制，以無(wú)中斷方式實(shí)現(xiàn)了多次切削過(guò)程的軟件準(zhǔn)確同步。它大大提高了系統(tǒng)的可靠性，使螺紋車(chē)削精度得到可靠保證。 （3）刀架部分　通過(guò)計(jì)算機(jī)與PLC的組合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)刀架換刀的準(zhǔn)確控制。其控制流程圖如圖3。計(jì)算機(jī)發(fā)出換刀指令后，PLC接收其信號(hào)并動(dòng)作，控制刀架電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)。同時(shí)檢測(cè)刀架各刀位的位置反饋信號(hào)，并與計(jì)算機(jī)發(fā)出的刀號(hào)指令比較，直到一致時(shí)，停止刀架電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)PLC控制刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊。鎖緊到位后，PLC發(fā)出換刀完成信號(hào)給計(jì)算機(jī)，此時(shí)換刀動(dòng)作結(jié)束。 （4）快速自動(dòng)對(duì)刀部分　配上附件對(duì)刀器，實(shí)現(xiàn)了有人工參與的快速自動(dòng)對(duì)刀。其工作原理圖4可簡(jiǎn)要說(shuō)明。對(duì)刀模塊上有兩個(gè)對(duì)刀面A、B，其位置關(guān)系已知。在系統(tǒng)控制下，刀具刀尖分別觸及對(duì)刀面A、B的瞬間，采樣X(jué)、Z坐標(biāo)值，即可求得刀尖坐標(biāo)。即確定了該刀具在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。若刀具刀尖為圓弧形，刀尖觸及A、B面時(shí)，采樣到的X、Z坐標(biāo)值為圓弧與對(duì)刀面接觸點(diǎn)的相關(guān)坐標(biāo)。此時(shí)系統(tǒng)將根據(jù)刀尖半徑與對(duì)刀面的幾何關(guān)系，通過(guò)計(jì)算求解出刀尖圓心坐標(biāo)，以此確定刀具位置。利用快速對(duì)刀功能，對(duì)一把刀只需1min左右。且對(duì)刀精度高，大大減少了加工的輔助時(shí)間，有效地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率與車(chē)削加工質(zhì)量。 3　結(jié)論 經(jīng)過(guò)改造后的車(chē)床，如云南機(jī)床廠的C6140車(chē)床、泰興機(jī)床廠的C6150車(chē)床等，能發(fā)揮出普及型數(shù)控車(chē)床的全部功能，精度高、可靠性好、操作容易。該機(jī)床再配合系統(tǒng)強(qiáng)大的CAD/CAM/CNC三位一體的軟件編程功能，使其能加工多種精度要求高、形狀復(fù)雜的工件，從而給用戶(hù)創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。