【文章內(nèi)容簡介】 則可更將普通機床更換為全新數(shù)控機床為最佳方案。 因此通過以上經(jīng)濟性評價，對使用 6 到 8 年的普通車床，將其改造為數(shù)控化車床，是比較經(jīng)濟和可行的。 二、車床改造方案的確定 數(shù)控技術(shù)改造機床是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在數(shù)控改造中引入單片機的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進性，同時，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動化改裝方案有通用性與協(xié)調(diào)性。我們在實現(xiàn)對機床的改造的過程中堅持 這樣一條原則：在盡量不改變車床原有功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)自動控制的目的，完成改造。 普通車床的構(gòu)成 對普通車床的自動改造包括三大部分：機械部分、硬件（含電部分）、軟件部分。車床改造前，主要有以下幾部分構(gòu)成。 8 圖 11 普通車床外形結(jié)構(gòu)圖 1．床腿 7．回轉(zhuǎn)盤 11 床腿 箱 車床部分名稱和用途如下： 車頭部分 用來帶動車床主軸及卡盤轉(zhuǎn)動，變換箱外的手柄位置，可以使主軸得到各種不同的轉(zhuǎn)速。 用來夾住工件，并帶動工件一起轉(zhuǎn)動。 掛輪箱部分 用來把主軸的轉(zhuǎn)動傳給走刀箱。調(diào)換箱體內(nèi)的齒輪，并與走刀箱配合，可以車削各種不同螺距的螺紋。 走刀部分 ，可以把主軸的旋轉(zhuǎn)運動傳給絲杠，變換箱體外面的手柄位置，可以使主軸得到各種不同的轉(zhuǎn)速。 。它能使拖板和車刀按要求的速比作很精確的 直線移動。 托板部分 把絲杠的轉(zhuǎn)動傳給拖板部分，變換箱外的手柄位置，經(jīng)拖板部分使車刀作縱向或橫向走刀。 9 分大、中和小托板三種：大的是橫向車削工件時使用；中的是縱向和控制吃道時使用；小的是橫向較短或者加工角度工件時用的。 用來裝夾刀具。 尾座 用來安裝頂針，支頂較長工件。它還可以安裝各種切削刀具。 床身 用來支持和安裝車床的各個部件，床身上面有兩條精確的導(dǎo)軌。托板和尾座可沿著導(dǎo)軌移動。 附 件 車削較長工件時用來支持工件。 用來注入切削液。 總體改造方案 根據(jù)實際工況，型車床的數(shù)控化改造方案如下： ． 1數(shù)控系統(tǒng)選用南京產(chǎn) J WK 15T 型數(shù)控系統(tǒng) 一般小型機床的數(shù)控化改造多半采用開環(huán)控制方式。數(shù)控系統(tǒng)多數(shù)為以單板機為主控制單元的簡易數(shù)控系統(tǒng)。因為該控制方式投資少，安裝調(diào)試方便。這里我們選用南京產(chǎn) J WK 15T 型機床數(shù)控系統(tǒng)安裝到普通車床上。經(jīng)過改裝后的數(shù)控機床工作原理框圖如圖 1 所示。 10 圖 21 數(shù)控機床工作原理圖 本系統(tǒng)由數(shù)控單元雙 8031 機、步進驅(qū)動單元、專用控制程序、功率驅(qū)動、步進電機、步進電機減速裝置或轉(zhuǎn)位機構(gòu)和絲杠等組成。在加工零件時 , 編制的數(shù)控程序數(shù)據(jù)輸入 RAM(62256)中 ,專用控制程序 EPRAM (27256 .2764) 在中央處理單元的支持下 ,按照所輸入的加工程序數(shù)據(jù) , 經(jīng)過計算處理 , 發(fā)出一系列的組合脈沖 ,經(jīng)過驅(qū)動功放 ,驅(qū)動步進電動機 ,拖動機械負載分別控制縱、橫兩個方向的運動方向、運動速度、位移長度 ,實現(xiàn)車床的微機控制。當程序執(zhí)行到換刀指令時 ,指令只給四個霍爾元件中的一個提供 電源 , 并同時接通電機電源使電機正轉(zhuǎn) 。當轉(zhuǎn)位完成 ,霍爾元件反饋 , 控制電機反轉(zhuǎn) ,夾緊完成 。然后執(zhí)行下面的加工程序。 我們選用的 J WK 15T 型機床數(shù)控系統(tǒng) ,采用 ISO 國際標準數(shù)控代碼編程 ,能自動完成車削端面、內(nèi)外圓柱面、倒角、任意錐面、球面、圓弧逼近的任意曲面以及公英制的螺紋加工 ,并配有完備的 S、 M、 T 功能。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計 ,內(nèi)部設(shè)有計算機、電源、接口、驅(qū)動等模塊 ,具有體積小、重量輕、功耗低、功能多、速度高、操作維修方便等特點。 2． 保留原機床的主軸旋轉(zhuǎn)運動，在主軸安裝一個脈沖發(fā)生 器 11 圖 22 主軸箱改造圖 在改造時，一般不改造主軸箱。因為若改造主軸箱，必然使機床改造的總費用加大，改造周期也將延長，這樣會降低中、小型普通機床的改造的經(jīng)濟價值。在主軸加脈沖發(fā)生器，是為了保證車螺紋時嚴格的運動關(guān)系，在主抽上安裝GD7072 光電脈沖發(fā)生器，通過主軸 — 脈沖發(fā)生器 — 數(shù)控系統(tǒng) — 步進電機的信息交換系統(tǒng)，實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架縱向進給一個螺紋導(dǎo)程的車螺紋運動。 進給系統(tǒng)的改造 取消原進給箱，將原絲杠換成滾珠絲杠，并在其尾端聯(lián)結(jié)一對齒輪進行減速 , 然后與步進電機相聯(lián)。 普通車床的進給傳動多半為齒輪傳動，隨著進給變換級數(shù)的增多，齒輪對數(shù)和操縱機構(gòu)顯著增加。傳動鏈的增長，不僅使進給箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還因齒輪間隙的多個累積，反向間隙增大，急驟地降低了反向定位精度。進給系統(tǒng)的改造主要是減少進給箱內(nèi)的齒輪對數(shù)，縮短進給傳動鏈。所以一般改造時，是去掉進給箱。 用滾珠絲杠副代替普通絲杠副是因為滾珠絲杠副具有傳動精度高、效率高、運動平穩(wěn)、壽命長以及可以預(yù)緊以消除間隙并提高系統(tǒng)剛度，反向定位精度高等特點。 導(dǎo)軌副設(shè)計 在導(dǎo)軌上粘接軟帶。滑動導(dǎo)軌的靜摩擦因數(shù)大，動摩擦因數(shù)隨速度 變化而變化，摩擦損失大，在低速時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直接影響運動部件的定位精度。在原移動部件的導(dǎo)軌 L 粘接聚四氟乙烯軟帶，該軟帶具有下述優(yōu)點：摩擦因數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù)差別小，部件運行平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，定位精度高。沒有振動，提高了工件表面加工質(zhì)量，延長了刀具使用壽命。軟帶耐磨損，且嵌入性能好， 12 與其配合的金屬導(dǎo)軌面不會拉傷。軟帶有自潤滑性，當機械潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，導(dǎo)軌不會拉傷。 刀架選型 綜上所述，普通車床數(shù)控化改造后的總圖如下： 圖 23 普通車床數(shù)控化改造方案圖 三 、 步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計 步進電機的控制方案 ．基于電子電路控制 步進電機受電脈沖信號控制，電脈沖信號的產(chǎn)生、分配、放大全靠電子元器件的動作來實現(xiàn)。由于脈沖控制信號的驅(qū)動能力一般都很弱，因此必須有功率放 13 大驅(qū)動電路。步進電機與控制電路、功率放大驅(qū)動電路組成一體，構(gòu)成步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。此種控制電路設(shè)計簡單，功能強大，可實現(xiàn)一般步進電機的細分任務(wù)。這個系統(tǒng)由三部分組成：脈沖信號產(chǎn)生電路、脈沖信號分配電路、功率放大驅(qū)動電路。系統(tǒng)組成如下所示。 圖 31 基于電子電路控制系統(tǒng) 此種方案即可為開環(huán)控制，也可閉環(huán)控制。開環(huán)時，其平穩(wěn)性好，成本低，設(shè)計簡單，但未能實現(xiàn)高精度細分。采用閉環(huán)控制，即能實現(xiàn)高精度細分，實現(xiàn)無級調(diào)速。閉環(huán)控制是不斷直接或間接地檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度，然后通過反饋和適當?shù)奶幚?，自動給出脈沖鏈，使步進電機每一步響應(yīng)控制信號的命令，從而只要控制策略正確電機不可能輕易失步。 該方案多通過一些大規(guī)模集成電路來控制其脈沖輸出頻率和脈沖輸出數(shù)，功能相對較單一，如需改變控制方案，必須需重新設(shè)計，因此靈活性不高。 基于單 片機控制 采用單片機來控制步進電機，實現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法 ,達到了對步進電機的最佳控制。系統(tǒng)中采用單片機接口線直接去控制步進電機各相驅(qū)動線路。由于單片機的強大功能，還可設(shè)計大量的