普通車床的數控化改造
2018-9-5 來源：-- 作者：--
1 、概述
數控改造一般是指對普通機床某些部件做一定的改造，配上數控裝置，從而使機床具有數控加工的能力。我國現有普通機床3百萬臺左右對這些設備的數控改造已成為國家的一項重要技術政策在生產中貫徹實施。利用MCS-51系列8031單片機，對普通機床C620車床進行數控改造，利用微機對縱、橫進給系統進行開環控制，驅動元件采用步進電機，傳動系統采用滾珠絲杠副。其系統框圖如。
2 、機床改造前的修復和處理
由于用微機改造的機床只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的傳動精度及步進電機步距精度來保證。所以機床改裝前必須對機床進行修復。
對實際役齡在5年以下的機床，各部件零件仍處于芫好精度尚未降低，導軌刮花在基本可見的狀態，可以不進行大修。對這類機床可同時具備微機控制與手動操作的雙重功能，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，只需對部分易損件進行檢修和更換，并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 車床傳動系統的改裝
對普通車床而言主傳動系統及進給系統都是出自主軸電機，而改造后的數控車床，主傳動系統與進給系統相互分離成為兩個不相關的系統。
三相電機——皮帶輪——主軸變速箱——主軸（進給系統縱、橫分別以！"向表示）傳動路線板箱刀架）改造后激控車床的傳動示意圖見。
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式是機床改裝的一個重要問題，要求連接可靠。
為了便于編程，保證加工精度，一般要求車床縱向！向脈沖當量為0.01mm橫向脈沖當量為0.05mm這樣，直徑值為0.01mm.由于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術脈沖當量規定為0不僅直觀，而且可以提高重復定位精度。
選定步進電機的步距角脈沖當量"及滾珠絲杠螺距之后，步進電機與滾珠絲杠的連接不一定正好的關系，這時，必須采用兩齒輪"1、"2傳動。"1與"2的傳動比為：齒數A―進給絲杠基本導程，一脈沖當量一步距角。
"向滾珠絲杠螺距= 8mm，采用110BF型步進電機其步距角！=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，保證脈沖當量，數控車床的滾珠絲杠與步進電機連接都采用齒輪連接式。如對C620車床改造采用110BF003型步進電機，那幺其他車床改裝均可按上述公式計算，并按結構尺寸確定齒輪的設計計算參數。
3.3 步進電機與機床的連接
形式采用變速箱式連接。把步進電機軸和絲杠軸用一個箱體連接，軸孔中心距可得到較精確的保證，使齒輪嚙合良好，傳動平穩噪聲低且便于防塵。適用于精度保持較好的車床改裝。
3.4 消除齒輪間隙的措施
由于步進電機和滾珠絲杠之間采用一對齒輪傳動后，引入了傳動間隙，步進電機轉一個步距角未能使滾珠絲杠同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差越來越大，造成死區和回程誤差。
消除齒輪間隙的措施，一方面利用計算機軟件修正另一方面采用無隙齒輪傳動。
系統采用雙齒輪錯齒式消隙結構）2，相同齒數的兩薄片同時與另一寬齒輪嚙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面分別接觸寬齒輪的右左齒面以消除側隙。其結構見。
3.5 硬件電路總體方案
改造后的數控車床控制系統的硬件電路概拮起來由以下4部分組成：主控制器、存儲器、總線及接口。硬件電路的可靠性直接影響到數控系統的性能指標其中CPU是數控系統的孩心。其硬件框圖見。
由于9：-51系列在我國機床數控改造方面應用較普遍其配套芯片價廉，性能芫美能滿足經濟型數控機床的要求，故選用8031作為數控系統的中央處理單元。
6）存儲器擴展由于主控器CPU選用8031，031單片機內只有128個字節的RAM，沒有ROM，而機床數控系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程序存儲器（EPRO9湘數據存儲器RAM）芯片。故選用一片2764作為程序存儲器，一片6264作為數據存儲器。為了把8031P0接口的地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提供低8位地址信息本系統還采用74L373作為地址鎖存器。為主要芯片連接線路圖。
數控裝置送來的一系列連續脈沖必須通過環形分配器，按一定的順序分配給步進電機的各相繞組，使各相繞組按照預先規定的控制方式通電或斷電。本系統設計中采用YB013環形分配器。同時步進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系統
軟件采用模塊化設計方法，即包拮主模塊、子程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，顯示緩沖區初始化各種軟件標志初始化等。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。
中斷處理中包拮3個模塊，依據微機數控系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；實時修改顯示器緩沖區數據模塊嬪盤、顯示、定時掃描管理模塊。
3.7 機電安裝芫成后試機e斷開功放電源實驗調機程序。
若調出程序準確運行芫畢，說明控制系統狀態良好；e）用手動功能操作步進電機鹿動方向必須與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；e）測量加工零件精度，根據加工尺寸，誤差，調整程序的各部分尺寸；e）加工一組零件檢查重復加工精度，如果零件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，直到達到預期的目的。
4 、結語
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大的發展，而普通機床的數控化改造在滿足芫成同樣的加工任務的前提下，可大大降低技術改造的投資經費，在實際中得到廣泛應用。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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