普通车床的数控化改造

1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。

　　2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。

　　3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。其硬件框图见。

　　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。

　　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。

　　3.6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。

　　3.7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。

　　4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。

(完)