普通车床的数控化改造
普通车床的数控化改造 引导语：下面是我为大家整理出来的一些关于普通车床的数控化改造的资料，希望可以帮助到大家! 一、概述 数控改造一般是指对普通机床某些部件做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工的能力。我国现有普通机床3百万台左右对这些设备的数控改造已成为国家的一项重要技术政策在生产中贯彻实施。利用MCS-51系列8031单片机，对普通机床C620车床进行数控改造，利用微机对纵、横进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。其系统框图如。 二、机床改造前的修复和处理 由于用微机改造的机床只能提高零件加工质量的一致性，零件的加工精度由机床本身的传动精度及步进电机步距精度来保证。所以机床改装前必须对机床进行修复。 (1对实际役龄在5年以下的机床，各部件零件仍处于芫好精度尚未降低，导轨刮花在基本可见的状态，可以不进行大修。对这类机床可同时具备微机控制与手动操作的双重功能，以保证个别单件小批量零件加工，在没有必要用数控切削时，仍可用手动操作，充分发挥机床的潜力，提高机床利用率。 (对役龄在5：10年的机床基本零件尚好，只需对部分易损件进行检修和更换，并按照车床大修的标准检查合格即可进行改造。 三、改装过程 3.1、车床传动系统的改装对普通车床而言主传动系统及进给系统都是出自主轴电机，而改造后的数控车床，主传动系统与进给系统相互分离成为两个不相关的系统。 三相电机——皮带轮——主轴变速箱——主轴(进给系统纵、横分别以!"向表示)传动路线板箱刀架)改造后激控车床的传动示意图见。 3.2、步进电机与滚珠丝杠的连接步进电机与滚珠丝杠的连接方式是机床改装的一个重要问题，要求连接可靠。 为了便于编程，保证加工精度，一般要求车床纵向!向脉冲当量为0.01mm横向"向)脉冲当量为0.05mm这样，直径值为0.01mm.由于回转形工件图纸尺寸均以直径值表示，所以横向"经验交流'机丨电I工暇I技I术丨向)脉冲当量规定为0不仅直观，而且可以提高重复定位精度。 选定步进电机的步距角脉冲当量"及滚珠丝杠螺距!。之后，步进电机与滚珠丝杠的连接不一定正好是11的关系，这时，必须采用两齿轮"1、"2传动。"1与"2的传动比为：齿数A―进给丝杠基本导程，一脉冲当量!一步距角。 "向滚珠丝杠螺距!= 8mm，采用110BF型步进电机其步距角!=0.75.，=0.01mm，则)=5/3=丝杠齿轮齿数/步进电机齿轮齿数)=25/12=丝杠齿轮齿数/步进电机齿轮齿数为实现上述传动比，保证脉冲当量，数控车床的滚珠丝杠与步进电机连接都采用齿轮连接式。如对C620车床改造采用110BF003型步进电机，那幺其他车床改装均 可按上述公式计算，并按结构尺寸确定齿轮的设计计算参数。 3.3、步进电机与机床的连接形式采用变速箱式连接。把步进电机轴和丝杠轴用一个箱体连接，轴孔中心距可得到较精确的保证，使齿轮啮合良好，传动平稳噪声低且便于防尘。适用于精度保持较好的车床改装。 3.4、消除齿轮间隙的措施由于步进电机和滚珠丝杠之间采用一对齿轮传动后，引入了传动间隙，步进电机转一个步距角未能使滚珠丝杠同步转一个相应的角度，从而降低加工精度。这种传动间隙如不加以补偿可能使零件加工积累误差越来越大，造成死区和回程误差。 消除齿轮间隙的措施，一方面利用计算机软件修正另一方面采用无隙齿轮传动。 系统采用双齿轮错齿式消隙结构)2，相同齿数的两薄片同时与另一宽齿轮啮合两薄片齿轮之间依靠弹簧力使其张开一定角度，使两薄片齿轮的左右齿面分别接触宽齿轮的右左齿面以消除侧隙。其结构见。 3.5、硬件电路总体方案改造后的.数控车床控制系统的硬件电路概拮起来由以下4部分组成：主控制器、存储器、总线及接口。硬件电路的可靠性直接影响到数控系统的性能指标其中CPU是数控系统的孩心。 由于9/：-51系列在我国机床数控改造方面应用较普遍其配套芯片价廉，性能芫美能满足经济型数控机床的要求，故选用8031作为数控系统的中央处理单元。 3.6、存储器扩展由于主控器CPU选用8031，031单片机内只有128个字节的RAM，没有ROM，而机床数控系统需要的程序存储器和数据存储器的容量都较大必须外接程序存储器(EPRO9湘数据存储器RAM)芯片。故选用一片2764作为程序存储器，一片6264作为数据存储器。为了把8031P0接口的地址信息分离出来保存，以便为外接存储器提供低8位地址信息本系统还采用74L373作为地址锁存器。为主要芯片连接线路图统的扩展，完成键盘/显示器的输入和输出。 数控装置送来的一系列连续脉冲必须通过环形分配器，按一定的顺序分配给步进电机的各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电。本系统设计中采用YB013环形分配器。同时步进电机的驱动电路中还应考虑功率放大电路、光电隔离电路等。 3.7、软件设计本单片机数控系统软件采用模块化设计方法，即包拮主模块、子程序模块及中断处理模块。主模块的功能：155I/O初始化，单片机T0，T1定时器/记数器初始化，键盘数据区，显示缓冲区初始化各种软件标志初始化等。主模块中的监控主要是判别是否有功能键按下若有，则转相对应的功能子程序模块。 子程序模块根据功能键设计。 中断处理中包拮3个模块，依据微机数控系统中不同事件的轻重缓急约定优先排队序列，他们分别是：急修处理及行程开关越界报警模块;实时修改显示器缓冲区数据模块嫔盘、显示、定时扫描管理模块。 3.8、机电安装芫成后试机e断开功放电源实验调机程序。若调出程序准确运行芫毕，说明控制系统状态良好;e)用手动功能操作步进电机鹿动方向必须与规定方向一致否则应调换电机的接线;e入加工程序进行空载运转;e)试车加工零件;e)测量加工零件精度，根据加工尺寸，误差，调整程序的各部分尺寸;e)加工一组零件检查重复加工精度，如果零件尺寸分布的分散性大须具体分析产生误差的原因再进行改进，直到达到预期的目的。 四、结语 随着微电子技术的发展我国的机床数控化在近十多年来有了很大的发展，而普通机床的数控化改造在满足芫成同样的加工任务的前提下，可大大降低技术改造的投资经费，在实际中得到广泛应用。 ;
普通机床数控化改造_浅谈普通机床的数控化改造
现在，机床的改造尤其是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要部分。现将机床改造中要考虑的问题介绍如下。 一、伺服系统的选择 伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息
传递环节，又是能量放大与传递的环节，其性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类，在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。该系统的执行元件――伺服电机，通常采用步进电机或永磁式交流伺服电机。步进电机是由脉冲数字信号进控制的，每转一转步距误差自动变为零，易于控制，价格最低，选择的关键是对参数进行确定。确定参数的具体方法是：先计算电机的步距角，确定其步距精度，然后再对它的转矩进行选择，最后选定步进电机驱动器。永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中，容量大，结构简单，运行可靠，效率高，但启动特性欠佳。其选择方法是：先确定电机的额定转速，其次选择负载惯量，然后再确定它的额定转矩，进行电机预选，最后通过进一步的速度、加减速转矩及连续工作转矩的验算检验预选电机是否符合要求。
二、数控系统的选择
数控系统是数控机床的中枢，是最关键的环节。目前，市场上数控系统类型较多，选择时要保证购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。
1.考虑被改造机床的功能要求
根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因片面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费。且在一定程度上还可能潜伏数控系统复杂程度的增加带来故障率升高的隐患，又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求。不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用，使机床的优良性能发挥不出来。
2.考虑数控系统的制造厂商
老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等，国内主要有华中数控、中国珠峰、北京航天等。目前，进口系统的性能优于国产系统，价格也较高，适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能放心使用，且近几年国产系统也有较大进步，与世界先进技术的差距越来越小。
3.考虑数控系统与其他配件的匹配
如果数控系统和电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时就可能会出现输入与输出信号的不匹配，及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。另外，在资金允许的条件下尽量向著名厂家型号系列靠拢。一般著名厂商此类系统零件筛选更严格，制造工艺更规范可靠，性能稳定，能更好地预防电器元件的故障或提前失效引起的设备故障，有利于维修。
三、机床机械部件的改造
1.主传动系统的改造
在对主传动系统进行改造时，应尽量保留原主轴箱齿轮变速换档机构，只把主轴的正转、反转和停转由原来的机械控制变为由数控系统控制。当然，如果为了扩大变速范围，实现加工过程中的自动变速，也可以将原来的单速电机更换为多速电机，这样可以使机床性能更好。但多速电机的功率是随转速的变化而变化的，所以电机功率要大，还要增加一套电机变速系统，改装比较麻烦。对普通机床进行简易数控改造时，最好不要用这种方法。另外，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然联系，要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。如普通车床改装为数控车床时，在主轴箱内装主轴脉冲编码器，以保证改造后的车床具备螺纹加工的功能。
2.进给传动系统的改造
在对进给传动系统进行改造时，一般应该把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部
拆除。而每个方向的进给传动都改成各自独立的功率步进电机，经减速齿轮直接与带动滑板
移动的丝杠连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。例如，普通机床的简易化数控改装，通常都是把原来由主轴箱到进给箱的传动路线切断，将溜板箱拆除，直接把齿轮减速箱和功率步进电机安装在纵向丝杠的右端和横向丝杠的外端。在对机床进给传动系统改装的同时，也要对此传动系统中的传动装置元件进行相应的改造。
（1）丝杠。丝杠是将回转运动转换为直线运动的传动装置，改造时，为了满足数控机床上较高精度零件的加工要求，应该用滚珠丝杠螺母副替换原普通机床上的梯形丝杠螺母副。滚珠丝杠螺母副把传动丝杠与螺母之间的滑动摩擦变为了滚动摩擦，减小摩擦损失，精度保持性传动平稳性，传动效率等都得以提高，其传动效率可达到92%～98%，是普通丝杠螺母副的3倍左右。
（2）拖板。拖板是数控系统直接控制的对象，不论是点位控制、直线控制，还是轮廓控制，被加工零件的最终坐标精度都将受到拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。除拖板及配件精度要高外，由驱动电机到丝杠间的传动齿轮也要采用间隙消除结构，以满足传动精度和灵敏度的要求。常用的消隙方法有刚度调整法和柔性调整法两种：刚性调整法传动刚度较好，结构简单，但调整起来很费时；柔性调整法，一般用弹簧弹力自动消除齿侧间隙，传动刚度较低，传动平稳性差，结构复杂。改造中，可根据机床加工目标选用，选用时可参考有关资料。
（3）机床导轨。为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，应充分考虑机床导轨的耐磨性。当前国内普通机床床身等大件多采用摩擦系数较大的普通铸铁，改造中，在对达不到预定要求的机床导轨进行修磨、刮研后，要在上面贴上耐磨、吸振的聚四氟飞烯软带。
四、刀架的改造
刀架是否需要进行改造，要根据改造后机床的主要加工对象来确定。若采用一把刀即可完成本机床上的加工，就没有必要对刀架进行改造；若需采用多把刀，如普通车床改装后需要三、四把刀才能完成全部车工工序，就必须对刀架部件进行改造，拆掉原手动刀架，装上电气或液压驱动，由数控装置控制的自动刀架。机床的数控化改造要考虑的因素很多，除了上面提到的主要内容外，由于机床控制方式的改变，还要对其进行电气部分的重新设计，机
械部分的大修和专项修理、解决调试、安装等多方面的问题。
（作者单位：山东省淄博市技师学院）