基于Mach3的開放式數控車床系統換刀宏程序開發

王建強，潘王琴，張棉好

WANG Jian-qiang, PAN Wang-qin, ZHANG Mian-hao

（浙江師范大學 職業技術教育學院，金華 321019）

0 引言

隨著數控技術的不斷發展，其應用范圍在不斷擴大。目前，我國數控機床采用的系統有日本的發那克、三菱、德國的西門子等，近年來我國對裝備技術特別是數控技術的研發投入較大，但可靠性有待進一步提升，因此，國產的數控系統市場占有率仍然較低。無論是國外還是國產的系統，絕大數情況下必須采用相應的專用配件，一旦發生故障，維修困難且成本較高。近年來，我中心開展了開放式數控車床控制系統的相關研究，采用美國Mach3軟件及計算機平臺，成功開發了開放式數控車床實驗臺。本文主要針對數控車床自動換刀功能的實現進行一定的研究，并開發出相應的控制宏程序。

1 基于Mach3的開放式數控車床系統的組成

本實驗臺采用PC機加MACH3軟件軟模擬運動控制卡構成控制核心；步進電機及其驅動器構成進給系統；直流電機及PWM調速電路構成主軸運動系統；電源、接口板、各軸限位開關、原電開關及對刀器構成輔助系統。

在加工過程中，由PC機加MACH3軟件構成的運動控制核心負責對加載的刀路文件進行處理，并將處理后的數據通過接口板發送到各軸向驅動器上控制各軸步進電機運動：由電源模塊提供整個控制系統所需要的電力；由各軸限位開關、原電開關及對刀器來確定機床各軸向的絕對零點坐標，并保證系統在安全的范圍內進行工作：由直流電機及PWM調速電路構成主軸運動系統負責控制主軸的轉速?？刂葡到y工作原理如圖1所示。

圖1 控制系統框圖

Mach3是一款對運行環境要求不高的開放式軟件，一般的PC機就可以滿足其運行要求。該軟件不僅具有一般數控設備所需要的功能，還具有很強的擴展能力，可根據用戶需要外加諸如觸摸屏、手動控制手柄等多種外圍設備。軟件界面顯示簡單、信息豐富形象，便于上手，此外，用戶還可以根據自己的喜好自行定制軟件界面。

2 電動刀架控制電路

2.1 安裝與調試

1）在中拖板上打好相應的螺釘孔，然后把刀架置于中拖板上，LD系列或LDB系列刀架用一字螺絲刀擰下刀架下刀體軸承蓋悶頭，然后用內六角扳手順時針轉動蝸桿，使上刀體旋轉約45°，即可露出刀架安裝孔，然后用相應的螺釘把刀架寄存定，并調整刀尖與車床主軸中心一致。

圖2 數控車床系統操作界面

2）首次通電時，如發現電機者轉有悶聲，應立即關閉電源，調換三相線相序。

2.2 電動刀架工作原理

系統發出換刀信號，正轉繼電器動作，電機正轉，通過聯軸器驅動蝸桿，蝸桿則帶動蝸輪及與蝸輪相連接的螺桿旋轉，螺母開始上升；同時螺桿帶動離合盤轉動，定全銷在離合盤平面上滑動，當螺母上升至一定高度時，三端齒嚙合脫開，定位銷滑入離合盤槽中，此時螺桿帶動離合盤、離合銷、螺母、上刀體、外端齒及反靠銷開始轉位，反靠銷從反靠盤槽中爬出，即上刀體開始換刀動作。

當上刀體轉到指令刀位時，霍爾元件發出到位信號，正轉繼電器松開、反轉繼電器吸合，電機開始反轉，螺桿帶動離合盤、離合銷、反靠銷和上刀體反轉。當反靠銷在反靠盤平面上移動經過反靠槽時，反靠銷被彈簧彈入反靠槽。由于反靠銷進入反靠槽，反靠銷直角面與反靠槽直角面相互頂?。ǖ都芡瓿纱侄ㄎ唬?，阻止了反靠銷、離合銷、上刀體的轉動，此時離合盤在螺桿的帶動下繼續反轉，離合銷從離合盤槽中爬出，螺母開始下降，直至三端齒完全嚙合，完成精定位，刀架鎖緊，此時反轉時間到，反轉繼電器松開，電機停止轉動，并向微機發出回答信號，加工程序開始。

3 自動換刀控制程序的開發及相關參數設置

3.1 自動換刀控制宏程序的開發

電動刀架換刀流程如圖3所示。

圖3 電動刀架換刀流程圖

根據換刀動作，本課題開發出四刀位電動刀架自動換刀的控制宏程序，程序如下：

將上述程序輸入到Mach3軟件的VB編程中，具體操作如下：

1）點擊“操作”菜單→【VB腳本編輯】如圖4所示，則彈出VB腳本編輯器，如圖5所示；

圖4 VB腳本編輯器

2）在VB編輯器中，輸入自動換刀宏程序，并保存為M06Start.mls，如圖6所示。

圖5 保存文件

3.2 控制系統的相關設置

在自動換刀宏程序保存后，還需對軟件進行相關的設置。

1）軟件設置自動換刀

設置該功能的目的是使車床在執行加工程序時，遇到M06指令即實現刀架轉換。

圖6 換刀設置

2）輸出輸入參數的設置

開放式數控車床系統采用計算機并口實現PC機與數控系統間的通訊。如前所述，在電動刀架換刀時，需要從并口板發出換刀指令脈沖，然后刀架進行轉位，并檢測刀架是否到位，因此需要output信號和Input信號。其設置內容如圖7和圖8所示。

圖7 Output信號設置

設置完畢后，在執行NC程序時，用M06指令調用即可實現電動刀架的自動換刀。

圖8 Input信號設置

4 結論

開放式數控系統以其低成本、高性能、高可靠性和資源豐富的特點，在全世界范圍內得到越來越廣泛的應用，利用開放式系統的平臺在各系統模塊中運用軟件實現自動換刀功能，不僅能夠充分降低生產成本，減少系統的硬件投入，也能更好地與數控平臺融合，加強了系統的可靠性。

[1]張昱.三維機械雕刻機的研制[M].合肥:合肥工業大學出版社,2002.

[2]張俊.數控原理與數控系統[M].北京:北京大學出版社,2009.