数控机床是当代机械制造业的主流设备,数控机床的技术水平决定着整个国民经济的发展水平。当今世界各国制造业不断采用新型数控机床,以提高本国制造能力和水平,提高对动态多变的国际市场的适应能力和竞争能力。我国制造业也同样提出了对数控机床进行更新换代的要求,但我国整体数控机床的发展水平不高,中低档数控机床在实际应用中占有很大比例,对这部分数控机床进行全面更替的难度较大。因此,随着机械制造技术和数控技术的不断发展,对中低档数控机床进行现代化改造的研究具有及其广阔的前景。当前,多轴化复合加工正成为数控机床发展的主流趋势。虽然制造业对多轴联动数控机床的需求量较大,但一般多轴联动数控机床多为昂贵的高级数控机床或加工中心。本文正是为了解决此供需矛盾而设计了一种回转工作台,当普通三轴联动数控机床加设回转工作台后便可以实现多轴联动。多轴化改造后的数控机床,避免了对工件的反复装夹,可以通过回转工作台的转动而实现工件单次装夹的多工序、多表面复合加工。本文所改造数控机床为ZJK7523A-4型变频主轴三轴联动立式数控铣钻床,在保持原有数控机床机械结构和数控系统的基础上,设计了一种可直接安装于原有数控机床工作台面上的回转工作台。在加工过程中,当JK7523A-4型变频主轴三轴联动立式数控铣钻床的加工头在X、Y、Z方向平动的时候,被装夹在回转工作台上的加工工件可以随着回转工作台绕X轴、Y轴和Z轴旋转,机床加工头与回转工作台的完美配合最终实现了机床的多维复合加工。本文的研究主要包括回转工作台的机械结构设计、运动系统设计、数控系统设计和软件程序设计等几方面。首先,确立回转工作台的空间运动原理和动力学模型,并根据实际机磨碎床的加工特性,确定回转工作台的性能指标和主要技术指标,从而最终确立了外框、中框、内框嵌套的机械结构;其次,本文选用三菱公司生产的交流伺服电机作为运动系统的驱动元件,并与各框转轴直接相连驱动各个框架旋转,各框架交流伺服电机的具体容量由实际框架的转动惯量决定。在数控系统设计中,本文选用三菱MR-J2S系列伺服驱动器与交流伺服电机构成伺服系统,并选用光电编码器作为位置反馈元件,速度和位置采用闭环控制,MR-J2S的PID控制参数可通过厂家提供的配套软件来设定。选用三菱FX2N-32MR用于上层人机操作系统控制指令的接受、编译和执行,底层伺服系统实时数据的采集、变换和传输。三菱FX2N-10PG脉冲输出模块作为位置控制器用于向伺服系统发出高速脉冲,FX2N-32MR的控制功能和FX2N-10PG的参数设置可通过编写PLC梯形图程序来实现。人机界面采用Visual Basic 6.0编写,主要实现回转工作台的状态显示和操作控制。状态显示包括回转工作台实时状态数据的显示和实时空间位置的描绘。操作控制分为自动、手动、点动三种操作方式,各操作方式具有特定的操作方法。人机界面与PLC之间采用串行RS232通讯,具体的通讯协议通过利用Visual Basic 6.0串口通讯控件MSComm及相应的通讯程序来实现。