數(shù)控機(jī)床改造的優(yōu)化方案研究

付建巍

摘 要：數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了當(dāng)代最新科技成果而發(fā)展起來(lái)的新型機(jī)械加工機(jī)床，40年來(lái)，數(shù)控機(jī)床在品種、 數(shù)量、 加工范圍與加工精度等方面有了情人的發(fā)展同，大規(guī)模集成電路和重型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和完善，使數(shù)控機(jī)床的逐年下降，而精度和可靠性卻大提高。數(shù)控機(jī)床不僅表現(xiàn)為安生量迅速增長(zhǎng)，而且在質(zhì)量、性能和控制方式上也有明顯改善。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;優(yōu)化方案;性能控制

數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，完全根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令自動(dòng)進(jìn)行加工，不允許頻繁測(cè)量和進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)償，這就要求機(jī)床結(jié)構(gòu)具有較高的靜剛度與動(dòng)剛度，同時(shí)要提高結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性，提高機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)的剛度并消除其中的間隙，消除爬行。這樣可以避免振動(dòng)、熱變形、爬行和間隙等影響，從而搞被加工工件的精度。同時(shí)數(shù)控機(jī)床由普通數(shù)控機(jī)床向數(shù)控加工中心發(fā)展，加工中心可使多道工序集中在一臺(tái)機(jī)床上完成，減少了機(jī)床，壓縮了半成品庫(kù)存存量，減少了工序的輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率和加工質(zhì)量。繼數(shù)控加工中心出現(xiàn)之后，又出現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人（或工件交換機(jī)）和工件臺(tái)架組成的加工單元，工件的裝卸、 加工實(shí)現(xiàn)全自支化控制。

一、數(shù)控機(jī)床數(shù)控的原理分析

數(shù)控機(jī)床數(shù)控的裝置主要由單板機(jī)、控制程序、零件加工程序、驅(qū)動(dòng)電源裝置，收發(fā)信板、功率步進(jìn)電機(jī)等部件組成。單板機(jī)在控制程序的控制下，可以使數(shù)控系統(tǒng)具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)加工工件輪廓的功能;具有進(jìn)給速度控制和快速回零的功能;具有刀具補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償?shù)墓δ?，以及其它多種功能。當(dāng)零件加工程序給出具體的位移尺寸、位移方向和進(jìn)給速度后，控制程序就會(huì)通過單板機(jī)按照所輸入的零件加工程序發(fā)出一系列的脈沖信號(hào)。經(jīng)隔離放大以后，分別驅(qū)動(dòng)z 向和x向功率步進(jìn)電機(jī)，使刀架按照要求的方向、速度和位移量實(shí)現(xiàn)縱向和橫向運(yùn)動(dòng)。從而構(gòu)成了一個(gè)經(jīng)濟(jì)型開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

二、數(shù)控機(jī)床改造的注意事項(xiàng)

數(shù)控機(jī)床改造的前提是拆除原系統(tǒng)，在拆除時(shí)要對(duì)照原圖紙，認(rèn)真觀察，及時(shí)在圖紙上做出標(biāo)記，尤其是局部改造的時(shí)候，標(biāo)記可以防止遺漏或過拆，拆卸過程中能夠補(bǔ)充與修正系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處。根據(jù)改造后的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)新的系統(tǒng)中的一些部件進(jìn)行合理設(shè)置，如：固定箱體、安放面板、元器件位置的調(diào)整及密封、線路走向和固定、機(jī)床外觀的裝飾設(shè)計(jì)等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗(yàn)，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無(wú)誤、可靠美觀。調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)時(shí)刻以發(fā)現(xiàn)和解決問題的指導(dǎo)思想，保持頭腦冷靜，隨時(shí)做好記錄，機(jī)床調(diào)試過程中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)必須清理干凈，無(wú)多余物品;各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置;能空載試驗(yàn)的，先空載后加載;能模擬試驗(yàn)的，先模擬后實(shí)動(dòng);能手動(dòng)的，先手動(dòng)后自動(dòng)。

三、數(shù)控機(jī)床改造優(yōu)化方案

（一）控制系統(tǒng)的選擇

數(shù)控系統(tǒng)JWK - 15T和JBK - 30M是用得較多的兩種系統(tǒng)。JKW - 15T 系統(tǒng)的核心是MCS - 51 系列的8031單片計(jì)算機(jī)。它用三路驅(qū)動(dòng)電路，分別控制X、Y 和向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它進(jìn)行機(jī)床的位移運(yùn)動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)任意二坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)或三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。8031 單片機(jī)是MCS -51 系列計(jì)算機(jī)的典型產(chǎn)品，其硬件功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于TP -801 單板機(jī)，尤其適合實(shí)時(shí)控制、智能儀表、自動(dòng)機(jī)床，是控制類型領(lǐng)域中最理想的八位微型計(jì)算機(jī)，在全世界都得到廣泛應(yīng)用。JBK - 30M 數(shù)控裝置是三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)，它用ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)代碼進(jìn)行編程，除了能執(zhí)行本身的編程指令外，還能執(zhí)行二坐標(biāo)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的編程指令，而且三坐標(biāo)系統(tǒng)的各種操作方法相同于二坐標(biāo)系統(tǒng)。

（二）優(yōu)化對(duì)象的確立

在選擇適宜于進(jìn)行改造的機(jī)床時(shí)，首先必須對(duì)各類機(jī)床的零件加工情況進(jìn)行調(diào)查研究，分類統(tǒng)計(jì)，看零件有無(wú)批量，看各類批量主要在哪種機(jī)床上進(jìn)行加工，以及在哪種型號(hào)的機(jī)床上進(jìn)行加工，這樣才能確定出改造對(duì)象。一般中小車床上的工件總是比較飽滿，成批量的零件也比較多。因此，用計(jì)算機(jī)技術(shù)把中小車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床比較適宜。對(duì)于一些中小型企業(yè)，為了充分發(fā)揮車床的作用，更需要經(jīng)過改造的車床。這樣既能用數(shù)控系統(tǒng)加工批量零件，又具有臥式車床的功能，以適于加工單件零件。對(duì)于一些形狀復(fù)雜的零件，普通機(jī)床往往難于加工成形。如果采用機(jī)械仿形的方法進(jìn)行加工，在不成批量的情況下很不合算。這時(shí)，用計(jì)算機(jī)技術(shù)改造機(jī)床，就可以使問題得到解決，明顯提高企業(yè)加工能力。編程要比制作靠模容易得多，靈活得多。用數(shù)控機(jī)床加工形狀復(fù)雜的零件是非常適宜的。

（三）輔助改造要合適

根據(jù)改造后車床的主要加工對(duì)象，確定刀架是否需要進(jìn)行改造，可以使改造費(fèi)用使用得更加合理，避免發(fā)生改造過剩現(xiàn)象。如果改造后的簡(jiǎn)易車床，主要用來(lái)加工比較復(fù)雜的零件，需要采用三、四把刀才能完成全部車工工序，就必須對(duì)刀架部件進(jìn)行改造。一般可采用安裝有四把刀、由鼠牙盤定位、進(jìn)行絕對(duì)刀位控制的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架比較合適。重復(fù)定位誤差可小于0. 005mm，精度持久性比較好。這種刀架出廠時(shí)，就規(guī)定了刀號(hào)位置。當(dāng)需要幾號(hào)刀在加工位置時(shí)，只需對(duì)該刀控制信號(hào)口發(fā)出信號(hào)，刀架就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到需要的位置。改造后的簡(jiǎn)易數(shù)控車床需要加工螺紋時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號(hào)反饋元件。目的是為了檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給單板機(jī)，使單板機(jī)能按照所需加工的螺距進(jìn)行處理。控制縱向步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，通過縱向滾珠絲杠帶動(dòng)刀架完成螺紋加工。

四、結(jié)束語(yǔ)

機(jī)床數(shù)控改造已經(jīng)成為機(jī)械自動(dòng)化的必然趨勢(shì)，如何不斷提高數(shù)控程度是企業(yè)不斷追求的目標(biāo)，如何將機(jī)床實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、虛擬化，以達(dá)到不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本是企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的前提，本文中的一些觀點(diǎn)能夠?yàn)橥刑峁﹨⒖肌?/p>

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