摘 要：针对普通机床提高功能改造问题，采用单片机控制步进电机来驱动等数控方法，对机床电气系统进行改造设计，使原有的机床在某些方面性能和功能方面有较大的提高，基本可达到普通数控机床的加工要求，满足了生产需要。
机床技术发展的前景和目标，是能够实现装备制造业的全盘智能化，由单机智能化向fmc，cim，cims发展，提高加工精度、效率，降低制造成本，为人类创造更多的财富。在实现全盘智能化过程中，需要解决的技术问题异常复杂，不仅要解决代替体力劳动的问题，更要解决代替脑力劳动问题。它包括工艺、刀具、物流、联网、信息存储、控制等。如何用智能化代替人的手工和脑力劳动，是zui关键的核心问题。机床改造是解决此问题行之有效的方法。在数控改造中通过电气系统的设计尽zui大程度提高机床的加工精度和效率。
1. 智能机床的作用
智能机床的出现，为未来装备制造业实现全盘生产自动化创造了条件。首先，通过自动抑制振动、减少热变形、防止干涉、自动调节润滑油量、减少噪音等，可提高机床的加工精度、效率。其次，对于进一步发展集成制造系统来说，单个机床自动化水平提高后，可以大大减少人在管理机床方面的工作量。人能有更多的精力和时间来解决机床以外的复杂问题，更能进一步发展智能机床和智能系统。第三，数控系统的开发创新，对于机床智能化起到了极其重大的作用。它能够收容大量信息，对各种信息进行储存、分析、处理、判断、调节、优化、控制。它还具有重要功能，如：工夹具数据库、对话型编程、刀具路径检验、工序加工时间分析、开工时间状况解析、实际加工负荷监视、加工导航、调节、优化，以及适应控制。
2. 电气系统设计
2.1 siemens 802c 数控系统组成
控制系统是由一种计算机，完成插补运算、数据处理、输入输出等控制任务。数控加工程序经数控系统运算处理后，输出司服控制信号、主轴驱动控制信号及其开关状态量信号等。从其功能和经济性两方面考虑本设计选用siemens 802c 数控系统，其功能齐全，可构成全闭环后、半闭环的位置控制系统。
数控系统分经济性数控系统和标准型数控系统，经济性数控系统是建立在单片机基础上，一般是由步进电机驱动装置和步进电机，构成位置开环的控制系统。标准型数控系统是建立在微机基础上，功能齐全，可构成全闭环、后半闭环的位置控制系统。根据普通机床的实际功能要求，本设计采用的后一种数控系统。siemens 802c 数控系统控制3 个步进电机进给轴和一个主轴，主轴采用交流司服电机或变频电动机，特别适合机床的数控化改造。
2.2 驱动电路设计
驱动电路设计，采用对驱动器在三相六拍的基础上进行5细分（30拍），10细分（60拍）。细分后电动机运行的步距角将要缩小相应的倍数（如步距角为0.75的电动机，10细分后电动机运行的步距角为0.075 ）。细分后消除了小步进电动机的低频振荡，提高了电动机的分辨率和运行特性，由于制造工艺的问题，实际上的分辨率会稍低于理论细分的精度。
2.3 变频器主轴变速控制电路设计
变频器主轴变速控制电路如图1所示，m为交流电动机，当数控系统的驱动模块，端子7与15处送出0-10v模拟电压，即为变频器的指令电压。当电机需要正转时，plc 的q4.0 输出高电平，继电器ka1吸合，使变频端子27与31之间短接，同时驱动器7端与15端之间输出一个适应于电动机转速的模拟电压，主轴则以与模拟电压相应的速度争相旋转。当主轴电动机需要反向旋转时，plc的q4.1输出高电平，继电器ka2 吸合，变频器端子28 与31 短接，主轴电动机则反转。当变频器过载时，通过其端子1、2产生信号至数控系统的plc，使进给停止并报警。
2.4 操作面板设计
操作面板由机床操作面板和数控系统操作面板指令部分组成。
2.4.1 程序操作
程序编辑部分主要由操作面板上各编辑键来实现不同程序的要求，面板各键的名称和功能如下表所示。
2.4.2 机床操作
（1） 电源控制，包括机床电源的通断，指示灯显示后紧急状态的操作。
（2） 主轴控制，在手状态下控制机床主轴运性，比较适合于零件的粗加工。其转速由程序中s码决定。
（3） 工作状态控制，选择状态选择开关的位置，可是机床分别处于手动，点动，自动回零，等状态，并进行相应的操作。
（4） 刀架移动控制刀架可通过t指令自动选刀，也可以操作刀台点动按钮手动转位按钮，每按一次，刀架转过一个刀位。
（5） 循环启动控制。
3. 结论
对于普通机床的经过改造，不仅能保持原的有的功能，而且能提高所加工零件尺寸的一致性，比较适合零件的粗加工。由于本设计采用经济型数控系统，系统的定位精度可达0.01～0.02mm。在本次电气系统设计选用了siemens 802c数控系统，既考虑改造后机床的功能需要又考虑到经济因素。通过电气系统设计不仅提高原有机床的加工稳定性，而且提高加工效率。
4. 结束语
机床将在现有技术基础上，由机械运动的自动化向信息控制的智能化方向发展。其发展速度和高度将取决于人才、科研、创新、合作四者。智能机床的开发，是在纳米化、高速化、复合化、五轴联动化等浪潮之后的一个新的发展，为今后进一步研究开发适应控制、fms、cim、cims创造了更多有利的条件，为将来发展工厂智能化发展具有很大的影响和促进作用。