水利電力機械普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造實例李國農(nóng)中國長城鋁業(yè)公司工學院河南鄭州450041入得到較高的經(jīng)濟效益。以人6140型車床數(shù)控改造為洌，本著對車床的改動盡可能少，控制部分的抗干擾性強，改造成本低的原則，對車床進行數(shù)控改造。改造項目有是主軸轉數(shù)和轉向的控制；是走刀量的控制是刀合旋轉的控制是工作導桃精度的認定。

實踐1正明。改造的機床滿足了技術發(fā)展的需要。提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度，增大了設備適應能力和型面加工范，1.2經(jīng)濟分析由于新型機床價格品設，次性投資巨大。如果把舊機床設備全部以新型機床替換，要花費大量的資金。而替換的機床又會閑置起來造成浪費，若采用數(shù)控技術對舊機床加以改造，和購買新機床相比，則可以節(jié)省50以上的資金。套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能數(shù)控裝置的1合到15，般用戶都能眵承擔以起，這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術改造開創(chuàng)了新路，也對實力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較火的吸引力1.3市場分析據(jù)1內(nèi)資料統(tǒng)。訂購新的數(shù)控機床的交貨周期般較長，往往不能滿足用戶需要。因此機床的數(shù)控改造就成為滿足市場需求的主要補允手段，1.4生產(chǎn)分析在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，多品種中小批量甚至單件生產(chǎn)占有相當大的比重。若要完成這些生產(chǎn)任務。不外乎選擇通叫機床專用機床或數(shù)控機床，其中數(shù)摶機床是最能適應這種生產(chǎn)需要的1.5綜合分析從上述分析中不難看出，數(shù)控技術用于機床改造是建立在微電子現(xiàn)代技術勾傳統(tǒng)技術相結合的基礎上，具有可靠性高柔性強易于實現(xiàn)機電體化經(jīng)濟性可觀等優(yōu)點。為此，在舊打機床上進數(shù)控的微型計算機，可采用8001或他35單機改造可以提高機床的使用性能壞低產(chǎn)成木目較組成的微機應系統(tǒng)。山于單片機具有集成度洽少的資金投入而得到較大的經(jīng)濟效益。性能價格比高可靠性好功能強和，度快3特點。

2，碩140型車床數(shù)控改造實例16140型普通小床是沈陽第1機床廠制造的定型產(chǎn)品。與其它普通車床相比，它具有性能良好結構先進操作輕便等特點，在我國機械制造行業(yè)中使用非常廣泛。

該床的傳動糸統(tǒng)。上要山2大部分組成。，是屯運動傳動鏈，它的功能是把動力源電動機的運動及動力傳給主軸，使主軸帶動工件旋轉實現(xiàn)主運動，并滿足臥式車床主軸變速和換向的要求。是進給運動傳動鏈，它用來實現(xiàn)刀架的縱向和橫向移動及個螺紋運動運動及動力是山電動機經(jīng)主軸箱主軸進給運動傳動鏈溜板傳至刀架。

改造此種個1床的目的，紀提品原乍床的粘度和自動化程度，達到快速調(diào)整而且仍能保持車床的通用性；是提高原車床的功能，利用數(shù)控方法準確地加工任意面的旋轉體。

2.1數(shù)控改造的設計要求本系統(tǒng)采用，51作為控制微機計算機系統(tǒng)般包拈兩嗔分，硬件電路。由微機部分鍵盤及顯器13接口及光電隔離伺服電機驅動電路檢測屯路等幾部分組成。數(shù)控系統(tǒng)硬件框附1.，軟件。由主模塊子程序模塊和中斷處理模塊等幾部分組成。工作時，鍵盤輸入零件加工程序。8位數(shù)碼管顯工作狀態(tài)和加中的有關參數(shù)。工作前波段開關選擇編手動0動3檔。微機對數(shù)據(jù)進行訃算處理。由接口輸出步進脈沖。

木卷對車床的改動盡可能少?？刂撇糠忠罂垢蓴_性強改造成本低的原則。依據(jù)技術要求。改造之前應對該車床的性能數(shù)據(jù)有所掌握，以便針對車床本身的精度高低來確定改造后的精度和改造范普通車床的數(shù)控改造土要釕4個內(nèi)界0車床部安裝脈沖發(fā)生器將轉數(shù)息傳給計算機系統(tǒng)，車床縱橫兩個方向的走刀量控制。通常是由計算機控制的電動機直接帶動傳動絲杜來實觀③力臺旋轉的控制。是通過計算機控制的電動機來達到轉角的臼的④車床工作導軌褚度的認定小床的1作導軌改造時可以通過刨磨和刮研等方法，恢復其在出廠時的精度，這是比較經(jīng)濟的做法。根據(jù)生產(chǎn)高精度產(chǎn)品的要求，導軌也可以改造成靜壓導軌或滾動爭滾動導軌支承褚度可分級級和0級。

報掘數(shù)控車床的性能要求。確定進給運動的快速定位速度7軸為3軸為脈沖2.2.2系統(tǒng)運動方式數(shù)控系統(tǒng)按運動方兒可分為點位控制系統(tǒng)點位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。因為06140車床的刀具要以給定速率沿指定路線運動來加工直線圓弧或其它輪廓的零件，其各坐標軸的運動有著確定的函數(shù)關系，所以采用連續(xù)控制系統(tǒng)。連續(xù)控制系統(tǒng)具有點位控制系統(tǒng)的功能，因此，定位方式可以采增從屯標控制。

2.2.3伺版系統(tǒng)伺服系統(tǒng)實現(xiàn)位置伺服控制有開環(huán)閉環(huán)半閉環(huán)種方式。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著控制精度不高的問。但步進電機良打角位移與輸入脈沖的嚴格對應關系，使步距誤差不會積累。步進電機的轉速和輸入脈沖頻率也燈嚴格的對應關系。而亂具有在負載能乃范圍內(nèi)不隨電流電壓負載環(huán)境條件的波動而膃化的特點此外。步進電機控制的開環(huán)系統(tǒng)不存在位置檢測與反饋控制的問，結構比較簡單。易廠控制系統(tǒng)的實現(xiàn)與調(diào)式。汗1.隨著電子技術和計算機控制技術的發(fā)展。莊改善步進電機控制性能方面也取得了可喜的進展。因此，在定范圍內(nèi)，這種采用步進電機做為驅動執(zhí)行元件的開環(huán)伺服系統(tǒng)可以滿足加工要求，適宜于在精度要求2.2總體設計2.2.1計算機系統(tǒng)1商載資得，控焉涫1秀名跑8遵溢祜藉15152腦磁7繅塍裔，喊3.購。也。佴nbsp；雖然閉環(huán)半閉環(huán)控制為實現(xiàn)高精度的位置伺服控制提供了可能，然而由于在系統(tǒng)中增加了位置檢測反饋比較及伺服放大等環(huán)節(jié)。除給安裝調(diào)試增加1作量和復雜性外。從控制理論的角度看。要實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的良好穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，兒難度也將大為提高?？紤]到是在普通車床上進行改造，精度要求不是很高，為了簡化結構，降低成本我們采用了微機控制的步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)。

2.2.4執(zhí)亍機構傳動方式導軌。由于采用了精度要求不高的開環(huán)系統(tǒng)，滑動導軌定位精度和靈敏度不用研磨就可達到101左右，能夠滿足改造后的要求。所以，仍可利用原床身的開式，型滑動導軌和燕尾型滑動導軌，沒必處選擇造價較高的滾動導軌和結構4雜的靜扭導軌，螺旋傳動。原乍沐的絲杠屬于泔動螺旋傳動。主要缺點是機械效率低，般=3，03，與改造后的傳動精度要求相差很多。數(shù)控車床除具有較高的定位精度外，還應有良好的動態(tài)響應特性。

滾動絲杠副的特點是傳動效率=9296；通過預緊可以消除絲杠螺母間的間隙；運動平穩(wěn)，傳動精度高，可逆性摩損小，使用壽命長；們其制造工藝復雜，成本較高。經(jīng)過全面對比，數(shù)控機床選用滾動螺旋機構。根據(jù)，人614車床的最大動負荷，并考慮車床絲杠尺寸為了40，12故選取滾珠絲杠直徑為40型號為40，63.52其額定動載荷是19，強度足夠主傳動。主軸系統(tǒng)保留原車床主軸部件，但在主軸上另外安裝主軸脈沖發(fā)生器，以便實現(xiàn)螺紋iJH.T.o進給傳動。改造后的縱向進給機構由于用步進電機作驅動元件，所以要拆除原車床上的進給箱溜板箱刀架光桿操作桿等用滾珠絲杠螺母副代替原梯形螺紋絲枉螺母副。滾珠絲杠仍安裝在原梯形絲杠的位置兩端采用滾動軸承固定，減，機端的悶定仍采用擬方式。由于滾珠絲杠的摩擦閃數(shù)小于原絲杠，使縱向進給整體剛度增加。齒輪箱固定在尾座端床身上。為了便于安裝滾珠絲杠副，絲杠軸不是整體的，而是分移式的，用套筒剛性聯(lián)接。

在拖板上，將原叫方乃架改為工位可編程自動轉位刀架。

橫以進給機構仍保留手動機構。用于微進給及予動操作原來支承結構亦保留。步進電機及減違溜板箱上安裝縱橫向快速進給按鈕和急停按鈕。以，應機床調(diào)整時的操作需要和意外怙況時緊急停車。為了滿足最小步距要求，電動機選用相六拍工作方式通過轉矩與工作頻率的綜合考慮，選用083型直流步進電機。

齒輪傳動?？紤]到步進電機的步距角和絲杠導枵只能按標準選取。為達到，分辨率的要求，縱橫向進給機構均需采用級齒輪減遮用錯齒法消除間隙2.3硬件電路設計機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路由4部分組成主控制器總線存儲器和接口。

2.3.1主控制器同的品種。其中85內(nèi)41；8751片內(nèi)仃4140，8，31片內(nèi)沒有程序存儲器，使用時必須在片外擴展陽河和隊。以上3個品種的共同點是共有線32條，有兩個16位的定時十數(shù)器，有5個中斷源，有全雙工串行通信接口，有片內(nèi)共128個字節(jié)，有21個特殊功能寄存器等?？?奶51系列艱片機是1巾功能強的微機芯沭在智能儀衣數(shù)控等領域應用極為廣泛2.3.2可編程接口芯片8155此芯片與微機連接較簡取是微機系統(tǒng)廣泛采用的接口芯片，它具有40條引腳的雙列直插式民視101擴展器，含256個字節(jié)的視存，器，個6位，兩個8位可編程10接口，4位可編程的定時器數(shù)器。

2.3.3光電隔離屯路在步進電機驅動電路中，脈沖信號經(jīng)功率放大器廠控制電動機勵磁繞組，1進電機需要的驅動電壓較高約80，電流較大約6，若將輸出信號與功率放大器直接相聯(lián)，將會引起強電干擾。

所以般在接口電路與功率放大器之間都要接上隔離電路。

2.3.4步進電機的驅動電路步迸電機驅動屯路的要功能是功率放大。它將光電隔離電路送來的弱信號經(jīng)功率放大，變成較強的電信號，直接驅動步進電機，2.

當控制脈沖來時，1.，4全導迪，并使脈沖變壓器1的副邊產(chǎn)4定寬度的脈沖電流，使2導通，使，5處于反向偏置，將低壓與繞組141切斷，高壓電源0通過21為步進電機某相繞組電流消失，使2截止，與繞組之間被切斷。通過5為。，供電提供電動機所需的頷定電流。

通過調(diào)整脈沖變壓器的磁芯和；5可改變高壓供電2.3.5鍵盤顯5接口電路鍵盤顯器足數(shù)控系統(tǒng)常的人機交，的外圍設備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯心，采用行列式鍵盤。即用1接線組成行列結構，按鍵設置在行列的交點上。

采用沿55接口芯片管理的鍵盤顯電路，由58鍵和7位0顯器組成，為了簡化電路，鍵盤的列線及冊顯器的字位控制共用個接口，即8155芯片的人接口。鍵盤的行線由芯片接口控制，顯器的字型數(shù)據(jù)由芯片的8接口控制。

2.4軟件設計軟件采用模塊化設計。左要包括主模塊子程序模塊和中斷處理模塊等。

2.4.1蘭模塊管理程序，開機后即執(zhí)行該程序。其功初始化。單片機丁，丁，定時器計數(shù)器初始化，鍵盤數(shù)據(jù)區(qū)顯緩沖區(qū)初始化，各種軟件標志初始化等，主模板中是否有功能鍵按。

若有則轉相對應的功能子程序校塊。簡化流程3 2.4.2子程序松塊鍵設計。如工作臺移動，在鍵盤上州。2+14個不同方向的箭頭分別叫個不同的移動方向。在軟件設計中，設鍵位數(shù)據(jù)區(qū)中的21州單元為工作臺移動標志，1元。如閣4所小為方向驅動輸模塊流程。

利用8155定時器作脈沖信號源，模塊中給出方向字，山硬件環(huán)分1器成脈沖分配?？刂扑欧?率步進電動機的運行。

2.4.3中斷處理模塊中斷處理中包拈3個模塊。依據(jù)微機數(shù)控系統(tǒng)中不同事件的輕重緩急，約定優(yōu)先級排隊序列如1.

顯。其模塊流程2.5小結造的總體方案為米用著551單介機對數(shù)據(jù)進行計算處理。由1 0接口輸出步進脈沖，步進電機經(jīng)級齒輪減速后。帶動滾動絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向橫向的進給運動。，此外，為了保證車床加工螺紋的功能和為了防止意外事故的發(fā)生，電，中設置了保護電路等。其系統(tǒng)的流程框保持車床的通性而且提高了原車床面的旋轉體。

1劉文信，孫學禮。機床數(shù)控技術肘。北京機械工業(yè)出版社，1995.

習上海交通大氧華南工學院，沈陽機電學院，等。數(shù)控機閑叫。上海上?？茖W技術出版社。1990.

3張毅剛，修林成胡振光851單片機應用設坩哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學出框6.數(shù)控改造后的車床不僅提高了原設社。19車床的精度和門動化私私達到快速調(diào)整⑴目仍能編輯王書平上接第38頁父轉速在泵效率不膃的范圍內(nèi)變化島心泵性能參數(shù)伉變化按1式計算，辦=七CJ1.h，p離心泵在松轉速下的流揚，和功率h，p離心展改變轉速后的流，揚程和功率。

由于用改變離心滎轉速來調(diào)節(jié)運行工況的結構較復雜。附加設備費用較高。目前在煤礦生產(chǎn)中還很少采用。

2.2.2減少多級葉輪個數(shù)或車削葉輪外徑為了使泵經(jīng)濟合理的運行。在保證留有定備用揚程的情況下。消除過多的富裕揚程是必要的。

備用揚程是考慮泵零件磨損后的性能下降，電網(wǎng)頻率改變時引起的轉速降低等因素的必須富裕量，般為1015消除備揚程以外的心裕揚程的廳法可以是拆除葉輪或車削葉輪外徑。拆除葉輪只有在備用揚程以外的富裕揚程量達到和超過個葉輪較好，若條件限制也可只拆除葉輪，保留中段不換軸車削葉輪外懌的法足對拆除級葉輪后還存在部分富裕揚程的情況下?；蚋辉P程不足級葉輪揚程的情況下的微調(diào)方法。

在泵轉速不變的情況下，車削葉輪外徑后泵的性能按下式計算A41D2，D1分，為車削前后的葉輪外徑；qv，h.分，為車削葉輪前離心泵的流量揚程功率；crh，p分別為車削葉輪后離心泵的流量揚程功率。

車削葉輪后。由于葉片外徑變小。同角速度下的線速度降低。泵的流量揚程相應要減少。在0.9乃2范圍內(nèi)。葉片車削越多。泵流量揚程減少的越多。其特性曲線和改變離心泵轉速的曲線相似3.

車削葉輪足種不需要額外投資而能，效調(diào)節(jié)闈運工況的簡便方法。適含單位推廣采用。