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本帖最后由 usercim 于 2014-8-27 17:29 编辑
我虽然在论坛基本没有发言过，不过其实在论坛潜水看帖还是不少的。
通过在论坛的学习，自己已经成功改出了一个数控铣，BF25LV加三轴86电机直驱，16细分，空载跑F1200不失步，再高也没试过，没装限位啊，主轴转速控制之类的功能。
数控铣工件就用CAXA制造工程师画图，然后生成G代码，浮雕刻字之类的就用精雕软件设计，然后出G代码。
值得一提的是CAXA还有数控车软件，也可以画图，出G代码，总之个人很喜欢CAXA的东西，国产软件，别的不说DIY用绝对是绰绰有余了。
现在这又开始琢磨上数控车的事情了。
其实我觉得铣床改数控比车床要简单，铣床的数控一般是三轴的丝杠用联轴器接上电机，要不就中间加点同步轮变速。
至于电子电工方面，步进电机、电机驱动、开关电源、接口板，按图接线就行了，搞清楚之间关系之后是很简单的。
至于运动控制，一般自己diy铣床，控制卡可以选mach3也可以选维宏卡，我用的维宏卡，因为使用简单些。
对于两个卡的选择多说一下，这方面很了解的老鸟就跳过这段吧。
Mach3卡：优点是支持多轴，什么4轴，5轴的。支持软件消回差，一般T丝杠有0.2mm左右的回差，不好消，虽然软件消回差后大切削力的加工还是会跳动影响精度，不过雕刻之类的很小负载，回差就可以很好的消除，当然双螺母，弹性缝这些措施也可以很好的降低回差，不过对于丝杠的磨损会加剧。换滚珠丝杠基本没回差但是又是一笔开销，不过话说回来DIY是否需要这样的精度呢？总之mach3卡就是功能很多，神马主轴PWM闭环调速之类的。另外mach3卡的特点就是PC通过USB连接运动卡，运动卡在接电机之类的。不像维宏卡那样要占用一个主板上的PCI插口。并且Mach3卡是铣床和车床都能用的。至于缺点，就是功能太多了反而比较复杂。
D版维宏卡：维宏卡是插在电脑主板上的，连线出来接上接线板，接线板在接电机之类的。缺点上边基本都提到了，只支持3轴、只能铣床用、没有软件消回差、占用PC的PCI插口、只能32位的PC系统用。说了他这么多缺点，也有个好处，就是使用简单，该有的功能都有了，总之看个人需求了，当然正版卡好像这些东西大多数功能也都支持的，价格就不说了。
回到车床上，windows系统下可以用的控制卡就只有mach3，当然要用它了。
不过车床比铣床难改的原因并不是mach3难入门，而是在车床上。相比铣床，车床主轴的旋转是要受控制的，而铣床就完全是单独的，可以是不受控的。
数控车的车刀运动有两个轴，左右走刀的Z轴和里外走刀的X轴，这两个轴都好办，和铣床改数控是一样的套路。
问题是数控车的主轴，也就是夹工件的这个轴的运动要受控制，否则就没法挑螺纹。
第一刀入刀的位置和第二刀不一样，螺纹就乱扣了。
传统的车床的解决方案是通过主轴与丝杠齿轮变速连接，也就是所谓的挂轮，主轴转一圈，通过齿轮传动，丝杠转多少，车刀走多少，这样解决螺纹问题。
因此车床主轴的动力源就直接使用普通的电机即可，但是这样的解决方案带来的问题就是螺距是固定的几个值，只能从其中选，而且挂轮麻烦，最大的问题是没法数控。
总之，车螺纹的必要条件就是两条
1.保证每次入刀位置相同。
2.车螺纹过程中主轴转动与Z轴走刀保持同步。
条件一的解决方法：主轴加装编码器，这样就可以获得当前主轴的位置角度，保证每次入刀位置相同。
条件二的解决办法：尽量保持主轴转速恒定，Z轴走刀速度恒定。
想要保持主轴转速恒定。
一种方案是主轴使用伺服电机，伺服电机的额定转速一般都在3000转，之后扭矩才会衰减。这个转速和一般的异步电机是差不多的，而且他和步进电机一样是通过脉冲控制转动的速度和大小，因此可以很轻易的保持转速恒定，转动的速度与大小都是受控的。只要不严重超负荷，不会出现什么失步之类的问题。转速永远是恒定的，那么通过调整车刀走刀速度，也就是调整主轴转速与走刀速度的比值，就能车任意螺距的螺纹，而且不会乱扣。但是因为伺服电机贵的多，因此一般的数控车都是采用另一套方案。
另一种解决方案就是用变频器与变频电机，也就是通过频率调整电机转速，配合测速闭环控制，保持电机转速恒定。其实说是变频电机，和普通的异步电机区别并不大，只是针对他需要变频调速的特点在普通电机的基础上做了相应的优化。例如散热的风扇是单独的，不和电机主轴相连的，这样无论电机转速如何，风扇一直都高转速，就不会烧电机了，等等优化吧。不过对于DIY车床来说，加变频器的目的不是为了无级变速，而是为了稳定转速，因此使用普通的异步电机也可以，没必要一定用专门设计的变频电机。
上边说了许多理论，结合这些理论，出现了这样几种车床改数控的方案。
1.放弃车螺纹功能，只改造X轴Z轴的数控。
这样做的优劣很明显，改造成本很低，可以很方便的加工曲线了，不过螺纹还是没戏。如果车床有车螺纹的功能的话，自己挂轮来吧，没有的话，看看板牙能解决不。。。。
2.主轴加装测速编码装置，数控车螺纹的时候，计算机根据当前的主轴转速计算出Z轴应该用的走刀速度，从而成功车螺纹，mach3卡具备这样的功能。
这种方案也是很低成本的，测速编码的装置是很好DIY的，一般就是自己做个码盘外加个光电开关，很便宜。可惜机床主轴的速度一般是不稳定的，总是在波动，这就造成了误差。而且在车螺纹的时候，会有切削力造成主轴转速降低，误差就更大了。总之这个方案不是不能用，不过效果堪忧，误差能不能被接受是个问题。理论上说，如果测速非常灵敏，Z轴走刀速度可做出动态调整的话，这种方案是没问题的，但是实际上mach3卡的Z轴走刀速度并不能实时调整，他只能在每次走刀开始的时候算一次，因此不可行。另外还有网友尝试用步进电机闭环补偿器来实现对Z轴走刀速度的实时调整，实践结果貌似也是不可行，原因貌似是偏差太大，已经无法补偿了。顺便说说，mach3是支持多孔码盘测速的，不过其中得有一个孔设计的要比其他的大50%，起到原点的作用，并且网友说码盘要求每个孔保持信号200微秒以上才行，根据这个数据计算，假设主轴最高转速为3000转，那么码盘上的孔最小要3.6度，按照码盘一半是孔计算，码盘可以有50孔。但是网友反映，孔多了反而出问题，4个，8个就可以了，并且最好是长条。孔多了反而会出问题，产生的原因也许和频宽有关系，也可能是因为没有零点的大孔造成的。
3.主轴加装码盘测速，同时给主轴的异步电机加上变频器，有了变频器就可以实时调控主轴的转速，让他保持恒定速度了，mach3卡有PWM闭环调速的功能。
这个方案可以说是2方案的升级版吧，通过PWM闭环调速，让主轴转速保持恒定，也就可以车螺纹了。虽然误差难免还是有的，例如小范围的转速波动？例如切削力造成转速波动？但是车出的螺纹实际效果已经可以接受了。总之应该是结合成本等等因素，最切实可行的方案吧。
4.使用步进电机作为主轴动力源。
步进电机的转动是受到脉冲控制的，也就是说转动的速度大小都是可控的，只要不超负。步进电机虽然力矩很大，不过转速却不高，超过300转后力矩就会开始急剧下降。超过600转后力矩就没法看了。主轴是重负荷的地方啊，一般家用小车床的主轴电机也得750W吧，一般都2400转，3N.M左右额定力矩，要是换成步进电机，怎么也得110大小的步进电机，扭矩起码20N.M以上的才能看，而且由于步进电机的低转速问题，车床的主轴就不能开的特快了，如果有需要快转，就需要对车床原有的齿轮系统进行改造。总之不是一个很合理的方案，虽然能解决问题，不过相对于成本之类的，不太靠谱，好处就是主轴有了分度的功能，如果是车铣一体的机器应该是个好功能。另外值得说一下的是，家用的小车床一般都是有皮带传动的吧，如果皮带打滑就毫无精度了，最好是全齿轮传动，要不同步轮也好的多，再不行就测试下是否会打滑吧。
5.使用伺服电机作为主轴动力源。
其实和上边步进电机差不多，不过伺服电机额定转速高，有3000转，3000转之后力矩才衰减，瞬间承受过载的力矩能达到额定的3倍，应该说是最理想的东西了，当然价格也是最不理想的。
这帖子也算是我把在论坛潜水学来的东西总汇了一下吧，为以后自己改数控车铺路，同时也算做点好事，给有需要的朋友一个方向。
因为帖子里很多东西也是道听途说，自己没动手弄过数控车，如果哪里有问题希望轻拍，请高手指正出来，我及时修正。
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发表于 2014-8-12 06:39
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