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普通（tōng）車床的數控化改造

2018-9-5 來（lái）源（yuán）：-- 作者（zhě）：--

　　1 、概述

數控改造一般是指對（duì）普通機床某些部件做一定的改造，配上數控裝置，從（cóng）而使機床具有數控加工的能力。我國現有普通機床3百萬台左右對這些設備的（de）數控改造（zào）已（yǐ）成為國家的一項（xiàng）重要技術政（zhèng）策在生（shēng）產中貫徹實施。利用MCS-51係列8031單（dān）片機，對普通機床C620車床（chuáng）進（jìn）行數控改造，利用微機對縱、橫進給係統進行開環控製（zhì），驅動元件采用步進電機，傳動係統采用滾珠絲杠副。其係統框圖如。

　　2 、機床改造前的修複和處理

由於用微機改造的機床隻能提高零件加（jiā）工質量的一致性，零件的加工精度由機床本身的傳動精度及步進電機步距精度來保證。所以機床（chuáng）改裝前必須對機（jī）床（chuáng）進行修複。

　　對實（shí）際役齡在5年以下的機床，各部件零（líng）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，可以不進行大修。對（duì）這類（lèi）機（jī）床可同時具備微機控製與手動操作的雙重功能，以保證個別單件小批量（liàng）零（líng）件加工，在沒有必要用數控切削時，仍可用手動操作，充分發揮機床的潛力，提高機床利用率。對役齡在5：10年的機床基本零件尚好，隻需對部分易損件（jiàn）進行檢修和更（gèng）換，並按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

對普通（tōng）車床而言主傳動係統及進給（gěi）係統都是出自主軸電（diàn）機，而（ér）改造後的數控車床，主傳動係統（tǒng）與進給係統相互分離成為（wéi）兩（liǎng）個（gè）不相關的係統。

　　三相電機——皮帶（dài）輪（lún）——主軸變速箱——主軸（進給係統縱、橫分別（bié）以！"向表（biǎo）示）傳動路線（xiàn）板箱刀架）改造後（hòu）激控（kòng）車床的傳動示意（yì）圖見。

　　3.2 步進電機與滾珠（zhū）絲杠的連接（jiē）

步進電機與滾珠絲杠的（de）連接方式是機床（chuáng）改裝的一個重要問題，要求連接可靠。

　　為（wéi）了便於編程，保證加工精度，一般要求（qiú）車床縱向！向脈衝當量為0.01mm橫向脈衝當量為0.05mm這（zhè）樣，直徑值為0.01mm.由於回轉形工件圖紙尺寸均（jun1）以直徑值表示，所以橫向"經驗交（jiāo）流（liú）'機丨電I工暇I技I術脈衝當（dāng）量規定為0不僅直觀，而且可以提高重（chóng）複定位（wèi）精度（dù）。

　　選（xuǎn）定步進電機的步距角脈衝當量"及滾珠絲杠螺距之後（hòu），步進（jìn）電機與滾珠絲杠的連接不一定正好的關係，這（zhè）時，必須采用兩齒輪"1、"2傳動。"1與"2的傳動比為：齒數（shù）A―進給絲杠基本導程，一脈（mò）衝當量一步距角。

　　"向滾珠絲杠螺距= 8mm，采用（yòng）110BF型步進電機其（qí）步距角！=0.75.，=0.01mm，則（zé）=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（xiàn）上（shàng）述傳動比，保證脈衝當量，數控車床的滾珠絲杠（gàng）與（yǔ）步進電機連接都采用齒輪連接（jiē）式。如對C620車床改造采用110BF003型步進電機，那幺（yāo）其他車床改裝（zhuāng）均可按上述公式計算，並按結構尺寸確定齒輪的設計計算參（cān）數。

　　3.3 步進電機與（yǔ）機床（chuáng）的連接

形式采用變速箱式（shì）連接。把步進電機軸和絲杠軸用一（yī）個箱（xiāng）體連接（jiē），軸孔中心距（jù）可得到較精確的保證，使齒輪齧（niè）合良好，傳動平穩噪聲低且便於防塵。適用於精度保持（chí）較好的車床改（gǎi）裝。

　　3.4 消除齒輪間隙的措施

由（yóu）於步進電機和滾珠絲（sī）杠之間采用一（yī）對齒輪傳動後，引入了傳動間隙，步進電機轉一個步距角未能使滾珠絲杠（gàng）同（tóng）步轉一個相應的角度，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積累誤（wù）差越來越大，造成死區和回程誤差（chà）。

　　消除齒輪間隙的措（cuò）施（shī），一方麵利用計算機（jī）軟（ruǎn）件修正另一方麵采用無隙齒輪傳動。

　　係統采用雙齒輪（lún）錯齒（chǐ）式消隙結（jié）構）2，相同齒數的兩薄片（piàn）同時與另一（yī）寬齒輪齧合兩薄片齒輪之間依靠彈簧力使其（qí）張開一定角（jiǎo）度，使兩（liǎng）薄（báo）片齒輪的（de）左右齒麵（miàn）分別接觸寬齒輪的右左齒麵（miàn）以（yǐ）消（xiāo）除側（cè）隙。其結構見。

　　3.5 硬件電路（lù）總體方案

改造後的數控車床控製係統的硬件電路（lù）概拮起來由以下4部分組成：主（zhǔ）控製器、存儲器、總線及接口。硬件電（diàn）路的（de）可靠性直接影響到數控係統的性能指標其中CPU是（shì）數（shù）控係統（tǒng）的孩心。其硬件框圖見。

　　由於9：-51係（xì）列在我國機床數控改造（zào）方麵應（yīng）用較普遍其配套芯片價廉，性能芫美能（néng）滿足經濟型數控機床的要求，故選用8031作為數控係統的中央處理單元。

　　6）存儲器擴展由於主控器CPU選用（yòng）8031，031單片機內隻有128個字節的RAM，沒有ROM，而機（jī）床（chuáng）數控係統需要的程序存儲器和數（shù）據存儲器的容量都較大（dà）必須外接程序存儲器（EPRO9湘（xiāng）數據存儲器（qì）RAM）芯（xīn）片。故選用一片2764作為程序存（cún）儲器，一片6264作（zuò）為數據存儲器。為了把8031P0接口的地址（zhǐ）信息分（fèn）離出來保存，以便為外（wài）接存儲（chǔ）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（cún）器。為主要芯片連接線路圖。

　　數（shù）控裝置送來的一係列連續脈衝必須通過環形分配器（qì），按（àn）一定的順序分配（pèi）給步進電（diàn）機的各相繞組，使各相繞組按照預先規定的控製方式通電或斷電。本係統設計中采用YB013環形分配（pèi）器（qì）。同時步進（jìn）電機的驅動電路中還應考慮功率放大電路、光電隔離電路等。

　　3.6 軟件設計本單片機數控係統

軟件采用模塊化（huà）設計方法，即包（bāo）拮主模（mó）塊、子（zǐ）程序模塊及中斷處理模塊。主模塊（kuài）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（chōng）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別是否（fǒu）有功能鍵按下若有（yǒu），則轉（zhuǎn）相對（duì）應的功能子（zǐ）程序模塊。

　　子（zǐ）程序模塊根據功能鍵設計（jì）。

　　中（zhōng）斷處理中包拮3個模塊，依據微機數（shù）控係統中不同事件的輕重緩急約定優先排隊序列，他們分別是：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（miáo）管理模塊。

　　3.7 機電安裝芫成後試機e斷開功放電源實驗調機程序。

若調出（chū）程序準確運行芫畢，說明控製係統狀態（tài）良好；e）用手動功（gōng）能操作步（bù）進電機鹿動（dòng）方向必須與（yǔ）規定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）試車加工零件（jiàn）；e）測量加工零件精度，根據加工（gōng）尺寸，誤差，調整（zhěng）程序的各部分尺寸；e）加工一組零件（jiàn）檢（jiǎn）查重複加工精度，如果零件尺寸分布的分散性大（dà）須具體分析產生誤差的（de）原因再進（jìn）行（háng）改進，直到達到預期的目的。

　　4 、結語

隨（suí）著微電子技（jì）術的發展我國（guó）的機床數控化在近十多年來（lái）有了很大的發展，而普（pǔ）通機床的數控化改造在滿足芫成同樣的加工任務（wù）的前提下，可大大降低（dī）技術改造的投資經費，在實際中得（dé）到廣泛應用。

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