【正文】 面培訓(xùn)時間短，見效快。由于我國企業(yè)大部分數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)長期依賴進口，企業(yè)承受不了巨額 購置費，且易受國外的控制，另外 我國 數(shù)控機械設(shè)備維修力量薄弱，進口的備件維修成本高，設(shè)備完好率低，目前大部分進口的早期機床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進口后還沒有使用就已因為各方面原因而報廢不能使用了，不得不重復(fù)引進。前者需要重新設(shè)計控制系統(tǒng)，比較復(fù)雜；后者選用國內(nèi)標準化的微機控制系統(tǒng)，比較簡單。 圖 21 數(shù)控系統(tǒng)的總體框架配置圖 如圖 21 所示為 機 床 數(shù)控 化 改造方案框架配置圖。該卡是一種高速三軸步進電動機運動控制卡，它有 16 位的數(shù)字輸入 /輸出口，可實現(xiàn)三軸聯(lián)動。 （ 5）步進電動機及其驅(qū)動器足采用 外購的 定型產(chǎn)品。減速及回零開關(guān)的作用是當 機 床刀架回零并走到 機 床零點附近時，減速及回零 開關(guān)被開啟并控制 機 床減速走到零位置，保證回零精度要求。 步進電動機拖動的開環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電動機、功率步進電動機、電液脈沖馬達等。 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度、更快的速度、驅(qū)動功率更大的特性指標。在將角位移檢 測元件與速度檢測元件和伺服電動機 做 成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。一般要做如下工作：用滾珠絲杠更換原梯形絲杠，提高精度，減 少摩擦；修磨刮研并貼塑或采用直線滾動導(dǎo)軌；精化主軸系，提高主軸精度；設(shè)計自動冷卻排屑系統(tǒng)，提高機床自動化程度；必要時增加換刀機構(gòu)一刀庫機械手；制造自動潤滑系統(tǒng)等。 如 機 床 數(shù)控 化 改造，在改裝前，要對 機 床的性能指標做出決定。 、級數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。 （ 4） 加工螺 距范圍：包括能加工螺距類型（公制、英制，模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等），一般螺距在 l0mm 以內(nèi)都不難達到。 （ 8） 插補功能：車床加工需具備直線和圓弧插補功能。 機床 數(shù)控 化 改造的特點 機 床 數(shù)控 化 的改造包含主傳動部分改造、進給傳動部分改造和輔助部件改裝（如電動刀架、電動尾架、液壓卡盤、防護罩等）三部分。 （ 2）進給驅(qū)動電動機的選擇、傳動鏈的布置（是否使用同步帶或無間隙齒輪減速、選用何種型號的滾珠絲杠副），均會影響改造后的運動性能與精度。 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 8 機床 數(shù)控 化 改造的主要步驟 改造方案的確定 改造的可行性分析通過以后，就可以針對某臺或某幾臺機床的現(xiàn)況確定改造方案，一般包括： （ 1）機械修理與電氣改造相結(jié)合。 （ 2）先易后難、先局部后全局。 （ 3）根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)。改造是一個系統(tǒng)工程，人員配備十分重要。如果項目 采用對外合作形式，更需在目標明確的前提下，界定分工，確定技術(shù)協(xié)調(diào)人。 改造前的技術(shù)準備 改造前的技術(shù)準備充分與否，很大程度上決定著改造能否取得成功。 （ 2） 新系統(tǒng)電氣資料消化。根據(jù)每臺設(shè)備改造范圍不同，需事先設(shè)計接口部分轉(zhuǎn)換，若全部改造的，應(yīng) 設(shè) 計機電轉(zhuǎn)換接口、操作而板控制 與配置、互聯(lián)部分接點、參數(shù)測量點、維修位置等，要求操作與維修方便、合理，線路走向通順、中間連接點少，強弱電干擾最小，備有適當裕量等。因此提前對操作人員和編程人員進行新系統(tǒng)知識培訓(xùn)十分重要，否則將影響改造后的機床迅速投入生產(chǎn)。新的電氣系統(tǒng)改造完以后，怎樣進行調(diào)試以及確定合理的驗收標準，也是技術(shù)準備工作的重要一環(huán)。標準一旦確定下來，不能輕易修改，因為它牽涉到整個 改造工作的各個環(huán)節(jié)。其次，應(yīng)對機床作一次改造前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。如強電部分的零件更換，電動機的保養(yǎng)，變壓器的烘干絕緣，污 染的清潔，通風(fēng)冷卻裝置的清洗，伺服驅(qū)動裝置的最 大 化調(diào)整，老化電線電纜的更新，連接件的緊固等。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計中的欠缺之處，應(yīng)及時補充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時恢復(fù)使用。根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計圖紙，合理進行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜，隨時記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。改造的后期工作也很重要，它有利于項口技術(shù)水平的提高和使設(shè)備盡早投產(chǎn)。電氣控制的各項功能必須達到動作正常，靈敏可靠。 （ 3）試件切削驗收。機床改造完后，應(yīng)及時將圖紙（包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等）、資料（包括各類說明書）、改造檔案（包括改造前、后的各種記錄）匯總、整理、移交入檔。 機床 數(shù)控 化 主要機械部件的改造 一臺新的數(shù)控機床，在設(shè)計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大：便于操作和維修。為了保證傳動精度，數(shù)控機床上使用的 齒輪精度等級都比普通機床高。 X 軸：橫向電動機 ─ 減速箱（或聯(lián)軸器） ─ 橫向滾珠絲杠 ─ 橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。被加工件精度要求不高時可 采用滑動絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。因此可滿足較高精度零件加工要求。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于 6 級，螺母間隙過大則更換螺母。 普通 機 床大多采用的是 T 型絲杠等滑動絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 12 傳動效率低，不能適應(yīng)于高速運動。 滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺 母。絲杠導(dǎo)程在滿足機床改造后性能的前提下越小，對機床的傳動精度 越有利。同時要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護和潤滑。一般對于小型 機 床，由于空間尺寸有限，特別是 X 軸，電機與絲杠副不能直連，多采用齒輪副或同步帶輪來傳動；無論是采用齒輪還是同步帶輪來傳動， 其傳動間隙的消除是比較關(guān)鍵的。 普通 機 床在數(shù)控化改造時大部分情況下保留原主軸箱，不做改動或少做改動。 數(shù)控改造時，通常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周，光電碼 盤轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過反饋給系統(tǒng)控制進給軸與主軸的同步性，從而加工出理想螺距的螺紋。老式傳統(tǒng) 機 床刀架多為手動、液壓驅(qū)動或少部分的電動，改造時可以根據(jù)需要對其加以更換。 潤滑部分的改造 老式傳統(tǒng) 機 床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對機床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動下機床運動的穩(wěn)定性、靈活性也差 — 些。 局部防護只對絲杠副、電動機、走線等采取防護措施。 效率高必須以安全為前提。大拖板與滑動導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進入滑動面損傷導(dǎo)軌。 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 15 第 3 章 PLC 在 機 床數(shù)控 化 改造 的 應(yīng)用 PLC 在機械制造的設(shè)備控制中心用非常廣泛，但在普通 機 床數(shù)控化改造中，用 PLC作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件還是一個新的課題。加工過程中能進行自動、手動、車外圓與車螺紋等轉(zhuǎn)換；并且能進行單步操作。 數(shù)控系統(tǒng)的控制原理 普通 機 床數(shù)控 化改造工作就是將刀架、 X、 Z 向進給改為數(shù)控控制。驅(qū)動步進電動機脈沖信號由編程產(chǎn)生，通過程序產(chǎn)生不同頻率脈沖實現(xiàn)變速。圖 31 為數(shù)控系統(tǒng)原理圖。I/O 連接圖如圖 32 所示。 驅(qū)動器 刀架 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 17 總程序結(jié)構(gòu)設(shè)計 手動、自動、單步、車螺紋程序的選擇采用跳轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)。其梯形圖如圖 34 所示。當按下 X3 時（ M0 斷開）， M1 接通， M1與定時器 T32 組合使 Y2 產(chǎn)生頻率為 103/2i 的脈沖（ j＞ i），由 Y2 輸出，實現(xiàn)工進。以前 機 床數(shù)控化改造用的是Z80、 8031 芯片作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，它的價格較貴且系統(tǒng)開發(fā)較復(fù)雜。軟件的結(jié)構(gòu)如圖 41 所示。 圖 41數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 人機界面程序編 制 數(shù)控 機 床的上位人機界面程序主要足將數(shù)控系統(tǒng)的操作界面顯示在屏幕上，為操作者提供一個直觀的操作環(huán)境。加工運行界面用于將 NC 代碼進行解釋并下載到 PMAC 中，通過 PMAC 去執(zhí)行插補等功能。整個人機界面基于 Windows 環(huán)境，采用菜單式按鈕，具有很好的人機交互性。 PMAC 帶有內(nèi)置的軟PLC 功能，其運行是由 PMAC 來實現(xiàn)的。 當然也可以考慮用 MCS51 單片機對車床進行軟件改造。 PA0 PA1 PA2 PIO PB0 PB1 PB2 光電 耦合器 光電 耦合器 功率 放大器 功率 放大器 X 相步進 電動機 Y 相步進 電動機 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 21 表 X向步進電動機環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表 Y 向、 Z 向步進電動機與 X 向步進電動機類同，在此從略。系統(tǒng)可采用兩種方法來確定時鐘脈沖的頻率：軟件延時，通過調(diào)用延時子程序的方法實現(xiàn)；或用定時器，通過設(shè)定時間常數(shù)的方法來實現(xiàn)。用微機對步進電動機進行加減速控制，實際上就是改變輸出脈沖的時間間隔。 圖 44 步進電動機加減速控制程序流程圖 電動機輸出控制碼 升頻 T0賦初值（大） 置恒速標志 恢復(fù)現(xiàn)場 階梯步數(shù) 1 返回 T0賦初值（?。? 置恒速標志 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 23 第 5 章 在機測量對工件質(zhì)量的提升 隨著生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變， 機床數(shù)控化 在 機械 制造業(yè)中的配備數(shù)量日趨增多。而隨機檢測功能的設(shè)置就是 —種十分有效的手段。最后，通過給機床添加了隨機檢測功能，終于徹底解決了問題。不久前，南方一汽車發(fā)動機廠為了確保加工缸蓋上平面后的尺寸精度，采取了將隨機量儀的測頭打在銑削完畢后的工件表面上，按每 10 件 1 次的間隔進行測量。為了確保缸體上平面至安裝平面的軸向距離 h 能控制在規(guī) 定公差范圍內(nèi)，機床內(nèi)設(shè)置了在線檢測系統(tǒng)。“交換器 ”和 “托盤 ”的回轉(zhuǎn)精度很高，但前者在交換兩個工作臺位置時，必須先由舉升機構(gòu)將整個轉(zhuǎn)臺抬起，然后轉(zhuǎn)動 180176。從圖 62 可見，被加工的缸蓋罩殼是直立裝夾的，若不對這一項引起誤差的因素進行監(jiān)控，將不利于保證工件的質(zhì)量，為此，安摔了隨機檢測的環(huán)節(jié)，用于夾具的找正，更確切地說，是通過 “找正 ”進行補償。 時，認為可以通過補償來解決夾具偏移引起的加工誤差。為了確?？椎募庸べ|(zhì)量，在工藝上就必須使刀具的回轉(zhuǎn)中心與工件毛坯孔的中心保持一致。方法是通過在圓周的北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 25 上下、左右共打 4 點來精確地確定孔中心的坐標位置，據(jù)此，再有針對性地執(zhí)行各個孔的加工，顯然，經(jīng)過 “工件找正 ”之后，各 孔的制造質(zhì)量就有了充分保證。用改裝后的專用機床加工尺寸為Φ 20mm 80mm 的軸 50 根，經(jīng)檢驗，中心孔深度尺寸能夠保證，提高了原機床的自動化控制程度和生產(chǎn)效率，同時此改裝沒有破壞機床的任何原有結(jié)構(gòu)，很容易地就能恢復(fù)機床的原有工作性能。 （ 2）由于機 床的機械振動，在加工中心孔時，會使中心孔的尺寸產(chǎn)生一定的波動。 我的心不再浮躁，平靜而快樂。老師是我們成長的領(lǐng)路人，是我們的朋友，老師尊重、理解和愛護我們，言傳身教，讓我們受益終身。再次感謝老師們 的教誨之恩，我將我將永遠銘記于心！ 北京廣播電視大學(xué) 2020 秋級機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 28 參考文獻 ［ 1］ 陳萬利編著 .機械設(shè)備改裝 .北京機械工業(yè)出版社 .1997. ［ 2］ 陳蓉林，張磊編著 .巧改機床 .中國農(nóng)業(yè)機械出版社 .1985. ［ 3］ 朱煥池編著 .機械制造工藝學(xué) .北京機械 出版社 . 2020. ［ 4］ 劉金琪 編著 .機床電氣自動控制 .哈爾濱工業(yè) 大學(xué)出版社 .1999. ［ 5］ 陳隆昌，閻治安編著 .控制電機 .西安科技大學(xué)出版社 .2020. ［ 6］ 王永華 .現(xiàn)代電氣及可編程序控制技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社 .2020. ［ 7］ 粼蔥榮，任德態(tài)編著 .數(shù)控改造的應(yīng)用與發(fā)展 .機床電器 .2020. ［ 8］ 許建國 ， 電機與控制 , 數(shù)控改造的應(yīng)用與發(fā)展 .機床電器 .2020. ［ 9］ 金捷，萬勝前編著 .普通機床數(shù)控化改造設(shè)計 .機械研究與應(yīng)用 ． 2020. ［ 10］ 趙中敏 .機床數(shù)控改造探討 .中國設(shè)備工程 .2020. ［ 11］ 朱正德 .在機測量對工件質(zhì)量的提升 .坐標測量機應(yīng)用技術(shù) .2020.