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普通車床的數控化改造

2018-9-5 來源：-- 作者：--

　　1 、概述

數控改（gǎi）造一般是指對（duì）普通機床（chuáng）某些部件做一定的改造，配上數控裝置，從而使機床（chuáng）具有數控加工的能力。我國現有普（pǔ）通機床3百萬台左右對這些設備的數控（kòng）改造已成為國家的一項重要技術政策在生產（chǎn）中（zhōng）貫徹實施。利（lì）用MCS-51係列（liè）8031單片（piàn）機，對普通機床C620車床進行數控改造，利用微機對縱、橫（héng）進給（gěi）係統進行開環控製，驅（qū）動元件采用步進電機，傳動係（xì）統采（cǎi）用滾珠絲（sī）杠副。其係統框圖如。

　　2 、機（jī）床改造前的修複和處理

由於用微機改造的機（jī）床隻能提高零（líng）件加工質量的一致性，零件的加工（gōng）精度由機床本（běn）身的傳（chuán）動精度及步進電機步距（jù）精度（dù）來保證。所以機床改裝前必須對機床進行修複。

　　對實（shí）際役齡在5年以下的機床，各部件零件仍處於芫好精度尚未降低，導軌刮花在（zài）基本可見的狀態（tài），可以不進行大修。對這類機床可同時具備微機控製與手動操作的雙（shuāng）重（chóng）功能，以保證個別單件小批量零件加工，在沒有必要用數控切削時（shí），仍可用手動操作，充分發揮機床的潛力，提高機床利（lì）用率。對役齡（líng）在（zài）5：10年的機床基本零件尚好，隻需對部分易損件進行（háng）檢修和更換，並按（àn）照車床大修的標準檢查合格即可進行改造。

　　3、改裝過程

3.1 車床傳動係統的改裝

對（duì）普（pǔ）通車床而言主傳（chuán）動係統及進給係統都是出自主軸電機，而改造後的（de）數控車（chē）床，主傳動係（xì）統與進給係統相互分（fèn）離成為兩個不相關的係統。

　　三相電機——皮帶輪——主軸變速箱——主軸（進給係統縱、橫分別以！"向表示）傳動路線板箱刀架）改（gǎi）造後激控車床的傳動示意圖見（jiàn）。

　　3.2 步進電機與滾珠絲杠的連接

步進電機與滾珠絲杠的連接方（fāng）式是機床（chuáng）改裝的（de）一個重要問題，要（yào）求連接可靠。

　　為了（le）便於編程，保證加工精度，一般要求車床縱向！向脈衝當量為0.01mm橫向脈衝當量為（wéi）0.05mm這樣，直徑（jìng）值為0.01mm.由於回轉形工件圖紙尺寸均（jun1）以直（zhí）徑值表示，所以橫向"經驗交流'機丨電I工暇I技I術脈衝當量規定為0不僅直觀，而且可以提高重複定位精度。

　　選定步進電機的（de）步距角脈衝當（dāng）量"及滾珠絲杠螺距（jù）之後，步進電機與滾珠絲杠的連接不一定正好的關係，這時，必須采用兩齒（chǐ）輪"1、"2傳動。"1與"2的傳（chuán）動比為：齒數（shù）A―進給絲杠基（jī）本導（dǎo）程，一脈衝當量一步距角。

　　"向滾珠絲杠螺距= 8mm，采用110BF型步（bù）進電機其步（bù）距角！=0.75.，=0.01mm，則=5/3=絲杠齒輪齒數/步進電機齒輪齒數=25/12=絲杠齒輪齒數/步進電機齒輪齒數為實現上述傳動比，保證（zhèng）脈衝（chōng）當量，數控（kòng）車床的滾珠絲杠與步進電機連（lián）接都采用齒輪（lún）連接式。如對C620車床改造采用110BF003型步進（jìn）電機，那幺其他（tā）車床改裝均可按上述（shù）公式計（jì）算，並按結構尺寸確定齒（chǐ）輪的設計計（jì）算參數。

　　3.3 步進電機與機（jī）床的連接

形式采用變速箱（xiāng）式連接。把步進電機軸和絲杠軸用一個箱體連接，軸孔（kǒng）中心距可得到較精確的保證，使齒輪齧合良好，傳動平穩噪聲低且便於防塵。適用於精度保持較好的車床（chuáng）改裝。

　　3.4 消除齒輪間隙的措施

由於步進電（diàn）機和滾（gǔn）珠絲杠之間采用一對齒輪傳動後，引入了傳動間隙，步進電機轉（zhuǎn）一個步（bù）距角未能使滾珠絲杠同步轉一（yī）個相應的角（jiǎo）度，從而降低加工精度。這種傳動間隙如不加以補償可能使零件加工（gōng）積累誤差越來越大（dà），造成死區和回程誤差。

　　消除齒輪間（jiān）隙（xì）的措施，一方麵利用計算機軟件修正另一方麵采用無（wú）隙齒輪傳動。

　　係統采（cǎi）用雙齒輪錯齒式消隙結構）2，相同齒（chǐ）數的兩薄片同時與另（lìng）一（yī）寬齒（chǐ）輪齧合兩薄片齒輪之間依靠彈簧力使其張開一定角度，使兩薄片齒輪（lún）的（de）左右（yòu）齒麵分（fèn）別接觸寬（kuān）齒輪的右左齒麵以消除側隙。其（qí）結構（gòu）見。

　　3.5 硬件電（diàn）路總體（tǐ）方（fāng）案（àn）

改造後的數控車床控製（zhì）係統的硬件電路概拮起來由以下（xià）4部分組成：主控製器、存儲器、總線及（jí）接口（kǒu）。硬件電路的可（kě）靠性直接影響（xiǎng）到數（shù）控係統的性能指標其中CPU是數控係統的孩心（xīn）。其硬件框圖見。

　　由於（yú）9：-51係列在我（wǒ）國機（jī）床數控改（gǎi）造方麵應用較普遍其配套芯片價廉，性（xìng）能芫美（měi）能（néng）滿足經濟型數（shù）控機（jī）床的要求，故選用8031作為數控係統的中央處理（lǐ）單元。

　　6）存儲器擴展由於主控器CPU選用8031，031單（dān）片機內隻有128個字節的RAM，沒有（yǒu）ROM，而機床數控係統（tǒng）需要的（de）程序存儲器和數據存儲器的容量都較（jiào）大必須外接程序存儲器（EPRO9湘數據存儲器RAM）芯片。故選（xuǎn）用一片2764作為程（chéng）序存儲器，一片6264作（zuò）為數據存儲器。為了把8031P0接口的地址信息（xī）分（fèn）離出來保存，以便為外接存儲器（qì）提供低8位地址信息本係統還采用74L373作為地（dì）址鎖存器。為主（zhǔ）要芯片連（lián）接線路圖。

　　數控裝置送來的一係列連續脈衝必須通過環形分配（pèi）器，按一（yī）定的順序分配給步進（jìn）電（diàn）機（jī）的各相繞（rào）組，使（shǐ）各相繞組按照預先規定的控製方式通電或斷電。本係（xì）統設計中采用YB013環形分配器。同時步進（jìn）電（diàn）機的（de）驅（qū）動電路中還應考慮功率放大電路、光電（diàn）隔離（lí）電路等（děng）。

　　3.6 軟件設計本單片機數控係統（tǒng）

軟件采用模塊（kuài）化設計方法，即包拮主模塊、子程（chéng）序模塊及中斷處理模塊。主模塊的功能：155I/O初始化，單片機T0，T1定時器/記數器初始化，鍵盤數據區，顯示緩衝區初始化各種軟件標誌初始化等。主模塊中的監控主要是判（pàn）別是否有功能鍵按下若（ruò）有，則轉相對應的功能子程序模塊。

　　子程序模塊根據功能鍵設計。

　　中（zhōng）斷處理中（zhōng）包拮3個模塊，依據微機數控係統中不同事件的輕重緩（huǎn）急（jí）約定（dìng）優先排隊序列，他們分別（bié）是：急修處理及行程開關越界報警模塊；實時修改顯示器緩衝區數據模塊嬪盤、顯示、定時掃描管理模塊。

　　3.7 機電安（ān）裝芫成後試機e斷開功放電源實驗調機程（chéng）序。

若調出程序準確運行芫畢，說明控製係統狀態良好（hǎo）；e）用手動功能操作步進電機鹿動方向必須（xū）與規定（dìng）方向一致否則應調換電機的接線；e入加工程序進行空載運轉；e）試（shì）車加工零（líng）件；e）測量加工零件精度，根據加工尺寸，誤差，調整程序的（de）各部（bù）分尺寸；e）加（jiā）工一（yī）組零件檢查重複加工精度，如果零件尺寸分布的分散性大須（xū）具體分析產生誤差的原因再（zài）進行改（gǎi）進，直到達到預期的目（mù）的。

　　4 、結（jié）語

隨著微電子技術的發展我（wǒ）國的機床數控化在（zài）近（jìn）十多年來有了很大的發展，而普通機床的數控（kòng）化改造在滿足芫成（chéng）同樣的加工任務的前提下，可大大降低技術改（gǎi）造的投資經費，在實際中（zhōng）得（dé）到（dào）廣泛應用（yòng）。

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