普通车床的经济型数控改造实例

【编者按】数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床，数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，如果能够把普通的车床，改造成数控车床，这样就为企业节省了许多的成本。

水利电力机械普通车床的经济型数控改造实例李国农中国长城铝业公司工学院河南郑州450041入得到较高的经济效益。以人6140型车床数控改造为洌，本着对车床的改动尽可能少，控制部分的抗干扰性强，改造成本低的原则，对车床进行数控改造。改造项目有是主轴转数和转向的控制；是走刀量的控制是刀合旋转的控制是工作导桃精度的认定。

实践1正明。改造的机床满足了技术发展的需要。提高了生产率和产品精度，增大了设备适应能力和型面加工范，1.2经济分析由于新型机床价格品设，次性投资巨大。如果把旧机床设备全部以新型机床替换，要花费大量的资金。而替换的机床又会闲置起来造成浪费，若采用数控技术对旧机床加以改造，和购买新机床相比，则可以节省50以上的资金。套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1合到15，般用户都能眵承担以起，这为资金紧张的中小型企业的技术改造开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了较火的吸引力1.3市场分析据1内资料统。订购新的数控机床的交货周期般较长，往往不能满足用户需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补允手段，1.4生产分析在现代机械制造工业中，多品种中小批量甚至单件生产占有相当大的比重。若要完成这些生产任务。不外乎选择通叫机床专用机床或数控机床，其中数抟机床是最能适应这种生产需要的1.5综合分析从上述分析中不难看出，数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术勾传统技术相结合的基础上，具有可靠性高柔性强易于实现机电体化经济性可观等优点。为此，在旧打机床上进数控的微型计算机，可采用8001或他35单机改造可以提高机床的使用性能坏低产成木目较组成的微机应系统。山于单片机具有集成度洽少的资金投入而得到较大的经济效益。性能价格比高可靠性好功能强和，度快3特点。

2，硕140型车床数控改造实例16140型普通小床是沈阳第1机床厂制造的定型产品。与其它普通车床相比，它具有性能良好结构先进操作轻便等特点，在我国机械制造行业中使用非常广泛。

该床的传动糸统。上要山2大部分组成。，是屯运动传动链，它的功能是把动力源电动机的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。是进给运动传动链，它用来实现刀架的纵向和横向移动及个螺纹运动运动及动力是山电动机经主轴箱主轴进给运动传动链溜板传至刀架。

改造此种个1床的目的，纪提品原乍床的粘度和自动化程度，达到快速调整而且仍能保持车床的通用性；是提高原车床的功能，利用数控方法准确地加工任意面的旋转体。

2.1数控改造的设计要求本系统采用，51作为控制微机计算机系统般包拈两嗔分，硬件电路。由微机部分键盘及显器13接口及光电隔离伺服电机驱动电路检测屯路等几部分组成。数控系统硬件框附1.，软件。由主模块子程序模块和中断处理模块等几部分组成。工作时，键盘输入零件加工程序。8位数码管显工作状态和加中的有关参数。工作前波段开关选择编手动0动3档。微机对数据进行讣算处理。由接口输出步进脉冲。

木卷对车床的改动尽可能少。控制部分要求抗干扰性强改造成本低的原则。依据技术要求。改造之前应对该车床的性能数据有所掌握，以便针对车床本身的精度高低来确定改造后的精度和改造范普通车床的数控改造土要钌4个内界0车床部安装脉冲发生器将转数息传给计算机系统，车床纵横两个方向的走刀量控制。通常是由计算机控制的电动机直接带动传动丝杜来实观③力台旋转的控制。是通过计算机控制的电动机来达到转角的臼的④车床工作导轨褚度的认定小床的1作导轨改造时可以通过刨磨和刮研等方法，恢复其在出厂时的精度，这是比较经济的做法。根据生产高精度产品的要求，导轨也可以改造成静压导轨或滚动争滚动导轨支承褚度可分级级和0级。

报掘数控车床的性能要求。确定进给运动的快速定位速度7轴为3轴为脉冲2.2.2系统运动方式数控系统按运动方儿可分为点位控制系统点位直线控制系统和连续控制系统。因为06140车床的刀具要以给定速率沿指定路线运动来加工直线圆弧或其它轮廓的零件，其各坐标轴的运动有着确定的函数关系，所以采用连续控制系统。连续控制系统具有点位控制系统的功能，因此，定位方式可以采增从屯标控制。

2.2.3伺版系统伺服系统实现位置伺服控制有开环闭环半闭环种方式。开环控制的伺服系统存在着控制精度不高的问。但步进电机良打角位移与输入脉冲的严格对应关系，使步距误差不会积累。步进电机的转速和输入脉冲频率也灯严格的对应关系。而乱具有在负载能乃范围内不随电流电压负载环境条件的波动而腽化的特点此外。步进电机控制的开环系统不存在位置检测与反馈控制的问，结构比较简单。易厂控制系统的实现与调式。汗1.随着电子技术和计算机控制技术的发展。庄改善步进电机控制性能方面也取得了可喜的进展。因此，在定范围内，这种采用步进电机做为驱动执行元件的开环伺服系统可以满足加工要求，适宜于在精度要求2.2总体设计2.2.1计算机系统1商载资得，控焉涫1秀名跑8遵溢祜藉15152脑磁7缫塍裔，喊3.购。也。佴nbsp；虽然闭环半闭环控制为实现高精度的位置伺服控制提供了可能，然而由于在系统中增加了位置检测反馈比较及伺服放大等环节。除给安装调试增加1作量和复杂性外。从控制理论的角度看。要实现闭环系统的良好稳态和动态性能，儿难度也将大为提高。考虑到是在普通车床上进行改造，精度要求不是很高，为了简化结构，降低成本我们采用了微机控制的步进电机开环伺服系统。

2.2.4执亍机构传动方式导轨。由于采用了精度要求不高的开环系统，滑动导轨定位精度和灵敏度不用研磨就可达到101左右，能够满足改造后的要求。所以，仍可利用原床身的开式，型滑动导轨和燕尾型滑动导轨，没必处选择造价较高的滚动导轨和结构4杂的静扭导轨，螺旋传动。原乍沐的丝杠属于泔动螺旋传动。主要缺点是机械效率低，般=3，03，与改造后的传动精度要求相差很多。数控车床除具有较高的定位精度外，还应有良好的动态响应特性。

滚动丝杠副的特点是传动效率=9296；通过预紧可以消除丝杠螺母间的间隙；运动平稳，传动精度高，可逆性摩损小，使用寿命长；们其制造工艺复杂，成本较高。经过全面对比，数控机床选用滚动螺旋机构。根据，人614车床的最大动负荷，并考虑车床丝杠尺寸为了40，12故选取滚珠丝杠直径为40型号为40，63.52其额定动载荷是19，强度足够主传动。主轴系统保留原车床主轴部件，但在主轴上另外安装主轴脉冲发生器，以便实现螺纹iJH.T.o进给传动。改造后的纵向进给机构由于用步进电机作驱动元件，所以要拆除原车床上的进给箱溜板箱刀架光杆操作杆等用滚珠丝杠螺母副代替原梯形螺纹丝枉螺母副。滚珠丝杠仍安装在原梯形丝杠的位置两端采用滚动轴承固定，减，机端的闷定仍采用拟方式。由于滚珠丝杠的摩擦闪数小于原丝杠，使纵向进给整体刚度增加。齿轮箱固定在尾座端床身上。为了便于安装滚珠丝杠副，丝杠轴不是整体的，而是分移式的，用套筒刚性联接。

在拖板上，将原叫方乃架改为工位可编程自动转位刀架。

横以进给机构仍保留手动机构。用于微进给及予动操作原来支承结构亦保留。步进电机及减违溜板箱上安装纵横向快速进给按钮和急停按钮。以，应机床调整时的操作需要和意外怙况时紧急停车。为了满足最小步距要求，电动机选用相六拍工作方式通过转矩与工作频率的综合考虑，选用083型直流步进电机。

齿轮传动。考虑到步进电机的步距角和丝杠导枵只能按标准选取。为达到，分辨率的要求，纵横向进给机构均需采用级齿轮减遮用错齿法消除间隙2.3硬件电路设计机床数控系统的硬件电路由4部分组成主控制器总线存储器和接口。

2.3.1主控制器同的品种。其中85内41；8751片内仃4140，8，31片内没有程序存储器，使用时必须在片外扩展阳河和队。以上3个品种的共同点是共有线32条，有两个16位的定时十数器，有5个中断源，有全双工串行通信接口，有片内共128个字节，有21个特殊功能寄存器等。可5奶51系列艰片机是1巾功能强的微机芯沭在智能仪衣数控等领域应用极为广泛2.3.2可编程接口芯片8155此芯片与微机连接较简取是微机系统广泛采用的接口芯片，它具有40条引脚的双列直插式民视101扩展器，含256个字节的视存，器，个6位，两个8位可编程10接口，4位可编程的定时器数器。

2.3.3光电隔离屯路在步进电机驱动电路中，脉冲信号经功率放大器厂控制电动机励磁绕组，1进电机需要的驱动电压较高约80，电流较大约6，若将输出信号与功率放大器直接相联，将会引起强电干扰。

所以般在接口电路与功率放大器之间都要接上隔离电路。

2.3.4步进电机的驱动电路步迸电机驱动屯路的要功能是功率放大。它将光电隔离电路送来的弱信号经功率放大，变成较强的电信号，直接驱动步进电机，2.

当控制脉冲来时，1.，4全导迪，并使脉冲变压器1的副边产4定宽度的脉冲电流，使2导通，使，5处于反向偏置，将低压与绕组141切断，高压电源0通过21为步进电机某相绕组电流消失，使2截止，与绕组之间被切断。通过5为。，供电提供电动机所需的颔定电流。

通过调整脉冲变压器的磁芯和；5可改变高压供电2.3.5键盘显5接口电路键盘显器足数控系统常的人机交，的外围设备，可以完成数据的输入和计算机状态数据的动态显心，采用行列式键盘。即用1接线组成行列结构，按键设置在行列的交点上。

采用沿55接口芯片管理的键盘显电路，由58键和7位0显器组成，为了简化电路，键盘的列线及册显器的字位控制共用个接口，即8155芯片的人接口。键盘的行线由芯片接口控制，显器的字型数据由芯片的8接口控制。

2.4软件设计软件采用模块化设计。左要包括主模块子程序模块和中断处理模块等。

2.4.1兰模块管理程序，开机后即执行该程序。其功初始化。单片机丁，丁，定时器计数器初始化，键盘数据区显缓冲区初始化，各种软件标志初始化等，主模板中是否有功能键按。

若有则转相对应的功能子程序校块。简化流程3 2.4.2子程序松块键设计。如工作台移动，在键盘上州。2+14个不同方向的箭头分别叫个不同的移动方向。在软件设计中，设键位数据区中的21州单元为工作台移动标志，1元。如阁4所小为方向驱动输模块流程。

利用8155定时器作脉冲信号源，模块中给出方向字，山硬件环分1器成脉冲分配。控制伺服功4率步进电动机的运行。

中断处理模块中断处理中包拈3个模块。依据微机数控系统中不同事件的轻重缓急，约定优先级排队序列如1.

显其模块流程2.5小结造的总体方案为米用著551单介机对数据进行计算处理。由1 0接口输出步进脉冲，步进电机经级齿轮减速后。带动滚动丝杠转动，从而实现纵向横向的进给运动。，此外，为了保证车床加工螺纹的功能和为了防止意外事故的发生，电，中设置了保护电路等。其系统的流程框保持车床的通性而且提高了原车床面的旋转体。

张毅刚，修林成胡振光851单片机应用设坩哈尔滨哈尔滨工业大学出框6.数控改造后的车床不仅提高了原设社。19车床的精度和门动化私私达到快速调整⑴目仍能编辑王书平上接第38页父转速在泵效率不腽的范围内变化岛心泵性能参数伉变化按1式计算，办=七CJ1.h，p离心泵在松转速下的流扬，和功率h，p离心展改变转速后的流，扬程和功率。

由于用改变离心荥转速来调节运行工况的结构较复杂。附加设备费用较高。目前在煤矿生产中还很少采用。

2.2.2减少多级叶轮个数或车削叶轮外径为了使泵经济合理的运行。在保证留有定备用扬程的情况下。消除过多的富裕扬程是必要的。

备用扬程是考虑泵零件磨损后的性能下降，电网频率改变时引起的转速降低等因素的必须富裕量，般为1015消除备扬程以外的心裕扬程的厅法可以是拆除叶轮或车削叶轮外径。拆除叶轮只有在备用扬程以外的富裕扬程量达到和超过个叶轮较好，若条件限制也可只拆除叶轮，保留中段不换轴车削叶轮外怿的法足对拆除级叶轮后还存在部分富裕扬程的情况下。或富裕扬程不足级叶轮扬程的情况下的微调方法。

在泵转速不变的情况下，车削叶轮外径后泵的性能按下式计算A41D2，D1分，为车削前后的叶轮外径；qv，h.分，为车削叶轮前离心泵的流量扬程功率；crh，p分别为车削叶轮后离心泵的流量扬程功率。

车削叶轮后。由于叶片外径变小。同角速度下的线速度降低。泵的流量扬程相应要减少。在0.9乃2范围内。叶片车削越多。泵流量扬程减少的越多。其特性曲线和改变离心泵转速的曲线相似3.

车削叶轮足种不需要额外投资而能，效调节闱运工况的简便方法。适含单位推广采用。

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