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普通車床的數控化（huà）改造

2018-9-5 來源：-- 作者：--

　　1 、概述

數控改造一般（bān）是指對普通機床某些（xiē）部件做一（yī）定的改（gǎi）造，配（pèi）上數控裝置，從而使機床具有數控加工的能力。我國現（xiàn）有普通機床3百（bǎi）萬（wàn）台左右對這些設備的數控改造已（yǐ）成為（wéi）國家的（de）一（yī）項重要技術政策在生產中貫徹實（shí）施。利用MCS-51係列8031單片機，對普通（tōng）機床C620車床進行數控改造，利用（yòng）微機對縱、橫進（jìn）給（gěi）係統進行開環控製，驅動元件采用步進電機，傳動係統采用滾珠（zhū）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（de）機床（chuáng）隻能提高零件加工質量的一致性，零件的加工精度由機床本身（shēn）的傳動精度及步進電機步距精度來保（bǎo）證。所以機床改裝前必須對機床進行修複。

　　對實際役齡在5年以下的（de）機床（chuáng），各部件零（líng）件仍處於芫好精度尚未降低，導軌刮花在基本可見（jiàn）的狀態，可以不進行大修。對這類機床可同時具備微機控製（zhì）與手（shǒu）動操作的雙重功能，以保證個別單件小批量零件加工，在沒有必要（yào）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（bù）分易損件進（jìn）行檢修（xiū）和更換，並按照車床大修的標準檢查（chá）合格即可進行改造。

　　3、改裝過程

3.1 車床傳動係統的改裝（zhuāng）

對普通車床而言主傳動係統（tǒng）及進給係統都是出自主軸（zhóu）電機，而改造後的數控車床，主傳動係統與進給係統相互分離成為兩個不相（xiàng）關的係統。

　　三相電機（jī）——皮（pí）帶輪（lún）——主軸變速箱——主軸（進給係統縱、橫分別以！"向（xiàng）表示）傳動路線板箱刀架）改造後激控車床的傳（chuán）動示意圖見。

　　3.2 步進電機與滾珠絲杠（gàng）的連接

步進電機與滾珠絲杠的連接方式是機床改裝的一個重要問題，要求連接可靠。

　　為了便於編（biān）程，保證加工精度，一般要（yào）求車床縱向！向脈衝當（dāng）量為0.01mm橫向脈衝當量為0.05mm這樣，直徑值為0.01mm.由於回轉形工件圖紙尺寸均以直徑值表示，所以橫向"經驗交流'機丨電I工暇I技I術脈衝（chōng）當量規定為0不僅直觀，而且可以提（tí）高重（chóng）複定位（wèi）精度。

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

　　"向滾珠絲杠螺距= 8mm，采用110BF型（xíng）步進電機其（qí）步距角！=0.75.，=0.01mm，則（zé）=5/3=絲杠齒輪齒數（shù）/步進（jìn）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（shù）傳動比，保證脈衝當量，數控車床（chuáng）的滾（gǔn）珠絲杠與步進電機連接都（dōu）采用齒（chǐ）輪（lún）連接式。如對C620車床改造采用110BF003型步進電機，那幺其他車（chē）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數。

　　3.3 步進電機與機床的（de）連接（jiē）

形式采用變速箱式連（lián）接。把步進電機軸和絲杠軸用一個箱體連接，軸（zhóu）孔（kǒng）中心距可得到較（jiào）精確的保證，使（shǐ）齒輪齧合良（liáng）好（hǎo），傳動平穩噪聲低（dī）且便於防塵。適用於精度保持較好的車床改裝。

　　3.4 消除齒輪間隙的措施

由於步進電機（jī）和滾珠絲杠（gàng）之間采用一對齒輪傳動後，引入了傳動間隙，步進電（diàn）機轉（zhuǎn）一個步距（jù）角未（wèi）能使（shǐ）滾珠絲杠（gàng）同步轉一個（gè）相應的角度，從（cóng）而降低（dī）加工精度（dù）。這種傳動間隙如不加以補償可能使零件加工積累誤差越來越大（dà），造成死區和回程誤差。

　　消除齒輪間隙的措施，一方麵利用計算機軟件修（xiū）正另一方麵采用無隙齒輪傳動（dòng）。

　　係統（tǒng）采用雙齒輪錯齒式消隙結構）2，相同齒（chǐ）數的兩薄片同時與（yǔ）另一（yī）寬（kuān）齒輪齧合兩薄片齒輪之間依靠彈簧力使其張開一定角度，使兩薄片齒輪的左右齒麵分（fèn）別接觸寬齒輪的右左齒麵以消除側隙。其結構見。

　　3.5 硬件電路總體方案

改（gǎi）造後的（de）數控車床控製係統的硬件電路概拮起來由（yóu）以下4部分組成（chéng）：主（zhǔ）控製器（qì）、存儲器、總線及接口。硬件電路的可靠性直接影響到數控係統的（de）性能指標其中CPU是數控係統的孩心。其硬件框圖見。

　　由於（yú）9：-51係列在我國機床（chuáng）數（shù）控改造方麵應用較普遍其配套芯片（piàn）價（jià）廉，性能芫美能滿足經（jīng）濟型數控機床的要求，故選用8031作為（wéi）數（shù）控（kòng）係（xì）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，而機床數控係統需要的程序存儲器和數據存儲器的容量都較大必須外接（jiē）程序存儲器（EPRO9湘數據存（cún）儲（chǔ）器RAM）芯片。故選用一（yī）片2764作為程序（xù）存儲（chǔ）器，一片6264作為數據存（cún）儲器。為了把8031P0接口（kǒu）的地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提供低8位地址信息本係統還（hái）采用（yòng）74L373作為地址鎖存器。為主要芯片連接線路圖。

　　數控裝置（zhì）送來的一係列連續脈衝必須通過環形分配器，按一定（dìng）的順序分配給步進電（diàn）機的各相繞組，使各（gè）相繞組按照預先規定（dìng）的控製方式通電或斷電。本係統設計中（zhōng）采用YB013環形分配器。同時步進電機的驅動電路中還應考（kǎo）慮功率放大電路、光（guāng）電（diàn）隔離（lí）電路（lù）等。

　　3.6 軟件設計本（běn）單片（piàn）機（jī）數控係統

軟件（jiàn）采用模（mó）塊化設計方法，即（jí）包拮主模（mó）塊、子程序模塊（kuài）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（qì）/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別是否有功能鍵按下若（ruò）有，則轉相對應的功能子（zǐ）程序模塊。

　　子程序模塊根據功能鍵設計。

　　中斷處理中包拮3個模塊，依據微機數控係統中不同事件的輕重緩急約定優先排隊序（xù）列，他們（men）分別是：急修處（chù）理及行程開關越界報警模塊；實時修改顯示器（qì）緩（huǎn）衝區數據模塊嬪盤、顯（xiǎn）示、定（dìng）時掃描管理模塊。

　　3.7 機電安裝芫成後試機e斷開功放電源實驗調機程序（xù）。

若調出程序準確運行芫（yuán）畢，說明控製係（xì）統狀態良好；e）用手動功能操作（zuò）步進電機鹿（lù）動方向必須與規定方向（xiàng）一致否則應調換（huàn）電機（jī）的接線；e入加工程序（xù）進行空載運轉；e）試車（chē）加工零件；e）測量加工零件精（jīng）度，根據加工尺寸（cùn），誤差，調整程序的各部分尺寸；e）加工一組零（líng）件檢查重複加工精度，如果零件（jiàn）尺寸分布的分散性大須具體分析產生誤差的原因再進行改進，直到達到預期的（de）目的。

　　4 、結語（yǔ）

隨著微電子技術的發展我國的機床數控化在近十多年來有了很（hěn）大的發展，而普通機床的數控化改造在滿足（zú）芫成同樣的加工任務（wù）的前提（tí）下，可大大降低技術改造的投資經費，在實際中（zhōng）得到廣泛應用。

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