基于ZX32G型鉆銑床數(shù)控化改造的研究

段明忠+王小華

摘要：針對機(jī)械制造企業(yè)中機(jī)床設(shè)備老化，不能滿足當(dāng)前高效率、高質(zhì)量的生產(chǎn)要求，文章重點(diǎn)介紹ZX32G型鉆銑床的數(shù)控化改造方案、工作原理和實(shí)施過程，將傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床與現(xiàn)有的單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，在原有功能基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)進(jìn)給功能，從而提高了生產(chǎn)效率，也為企業(yè)進(jìn)行設(shè)備的數(shù)控化改造提供了一種可行的途徑。

Abstract： In view of the aging of the machine tool in the machinery manufacturing enterprise， which can not meet the current high efficiency and high quality production requirements， the article mainly introduces the numerical control transformation program of the ZX32G drilling and milling machine， working principle and implementation process， combines the traditional machine tool machine and the single-chip technology， and increases the automatic feeding function based on the original function， thereby enhancing the production efficiency and providing a viable way for the numerical control transformation of enterprises.

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；單片機(jī)；自動(dòng)進(jìn)給；設(shè)備改造

Key words： numerical control technology；single chip microcomputer；automatic feeding；equipment modification

中圖分類號：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）01-0129-02

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)取得了飛速發(fā)展，再加上國內(nèi)外競爭的逐漸加劇，使得機(jī)械制造企業(yè)存在的設(shè)備老化更加突出和普遍，在這種情況下，日益提高的產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量需求和機(jī)床設(shè)備的陳舊、落后形成了矛盾，且僅僅依靠購買新設(shè)備解決問題的可行性較低，因?yàn)槎鄶?shù)企業(yè)都無法承擔(dān)購買新設(shè)備所需的龐大資金?；诖?，為了提高生產(chǎn)效率，可選擇對一些舊設(shè)備進(jìn)行必要的技術(shù)改造，如此不僅能夠節(jié)約資金，還能夠提高產(chǎn)品的競爭力。本文主要介紹ZX32G型鉆銑床的數(shù)控化改造方案，為企業(yè)進(jìn)行設(shè)備的改造提供了一種有效的途徑。

1 數(shù)控化改造方案

ZX32G型鉆銑床屬于一種小型鉆床，被廣泛應(yīng)用在小型零件的加工、修復(fù)及裝配中，具有良好的應(yīng)用效果。但是該設(shè)備存在一個(gè)明顯弊端，即沒有自動(dòng)進(jìn)給裝置，使得其在大批量加工期間力不從心，不僅給相關(guān)作業(yè)人員帶來了巨大的負(fù)擔(dān)，也嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。若能夠在傳統(tǒng)的鉆床中加入自動(dòng)進(jìn)給裝置，在具體的操作中共件只需將自身所需的加工深度和進(jìn)給速度輸入到進(jìn)給控制系統(tǒng)，進(jìn)給控制系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給。具體改造內(nèi)容如下：

①機(jī)械部分。

主傳動(dòng)系統(tǒng)保持不變，加長進(jìn)給軸，并在其上安裝離合器、蝸輪和聯(lián)結(jié)手柄，同時(shí)再加裝一蝸桿，使其和蝸輪組成運(yùn)動(dòng)副。

②數(shù)控部分。

進(jìn)給控制系統(tǒng)選用MCS-51系列單片機(jī)，經(jīng)借口電路和驅(qū)動(dòng)控制電路，促使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)蝸輪蝸桿副的運(yùn)動(dòng)。

2 機(jī)械改造部分

ZX32G型鉆銑床中主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式是由主電機(jī)經(jīng)皮帶輪傳動(dòng)的[1]。在實(shí)際的加工期間，主軸不僅做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，主軸旋轉(zhuǎn)的過程是進(jìn)給手柄帶動(dòng)小齒輪運(yùn)動(dòng)，然后小齒輪帶動(dòng)主軸套筒上的齒條運(yùn)動(dòng)，最后兩者一起讓主軸隨主軸套筒作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

鉆孔時(shí)通常主軸進(jìn)給速度較慢，利用蝸輪蝸桿副進(jìn)行一級減速即可實(shí)現(xiàn)良好的效果。這是因?yàn)槲佪單仐U不僅精度高，而且工作平穩(wěn)、傳動(dòng)比大。因此，如圖2所示，為了使設(shè)備的應(yīng)用效果更佳，筆者在傳統(tǒng)的進(jìn)給軸的基礎(chǔ)上加上了一個(gè)蝸輪和離合器、一個(gè)蝸桿、蝸輪蝸桿組成運(yùn)動(dòng)副。

不可否認(rèn)還有很多方法都可以實(shí)現(xiàn)上述控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的目的，比如采用滾珠絲桿副和一套減速裝置來帶動(dòng)小齒輪，但由于這次改造設(shè)備項(xiàng)目，除了考慮目的的達(dá)成外，實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性也是不得不考慮的因素。從實(shí)用性角度來分析，盡管滾珠絲桿副的效率和傳動(dòng)精度更佳，但是其結(jié)構(gòu)卻不如蝸輪蝸桿副緊湊，加之ZX32G型鉆銑床的加工精度不是很高，若使用滾珠絲桿副其實(shí)有點(diǎn)不實(shí)用；從經(jīng)濟(jì)性角度來分析，滾珠絲桿的成本較高，而蝸輪蝸桿副的成本明顯低于前者，更具經(jīng)濟(jì)性。其具體的工作原理如下：首先，通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)蝸桿蝸輪的嚙合帶動(dòng)進(jìn)給軸轉(zhuǎn)動(dòng)，然后進(jìn)給軸上的小齒輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪與主軸套筒上的齒條嚙合，最后使主軸作垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（見圖3）。

其中離合器由兩部分組成，其結(jié)合和分離由聯(lián)接手柄決定。依據(jù)需求聯(lián)接手柄可實(shí)現(xiàn)離合器左右兩部分的結(jié)合和分離。當(dāng)需要自動(dòng)進(jìn)給時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄即可讓離合器左右兩部分結(jié)合，使主軸作自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；反之，亦可以使離合器左右兩部分分離。

3 數(shù)控部分改造

3.1 進(jìn)給控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)的組成部分包括MCS-S1系統(tǒng)中央處理點(diǎn)、接口電絡(luò)及驅(qū)動(dòng)控制電路三部分組成。具體驅(qū)動(dòng)控制電路及其功能如圖4所示[2]。

3.2 接口電路設(shè)計(jì)

如圖5所示，在原系統(tǒng)中加入INTEL8255可編程I/O接口芯片，使其成為系統(tǒng)擴(kuò)展接口，由于該芯片具有A、B、C三個(gè)獨(dú)立的I/O通道和可編程的三種不同的工作模式，實(shí)際上增強(qiáng)了系統(tǒng)的接口功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)交換由A通道與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路完成，輸出工作模式為編程I/O接口芯片8255的A口，負(fù)責(zé)管理步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

將3K的擴(kuò)展ROM區(qū)安排在MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)板上，其地址是0000H-7FFFH，其中系統(tǒng)管理程序占用為0000H-3FFFH，4000H-7FFFH表示工作程序開發(fā)區(qū)。系統(tǒng)管理區(qū)的功能主要是初始化系統(tǒng)I/O端口和鍵盤管理，該環(huán)節(jié)不可或缺，在對統(tǒng)I/O端口8255進(jìn)行初始化設(shè)置的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)對鉆頭的進(jìn)給控制，而有效控制系統(tǒng)的前提是對單片機(jī)鍵盤管理程序的初始化[3]。工作程序區(qū)是將加工過程程序固化于ROM區(qū)內(nèi)，操作者在使用鉆床時(shí)將進(jìn)給參數(shù)輸入即可，系統(tǒng)調(diào)用工作區(qū)程序模塊，確定工作方式、步進(jìn)間隔、從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，使鉆床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給[4]。具體加工程序流程圖如下：

4 結(jié)束語

通過對ZX32G型鉆銑床的數(shù)控化改選后，不僅保留了原機(jī)床的各項(xiàng)功能，還加入了自動(dòng)進(jìn)給的功能，如此一來操作者就可以依據(jù)自身實(shí)際需求及現(xiàn)場實(shí)際情況，推算出最佳的進(jìn)給速度和進(jìn)給長度，并將其輸入到MCS-51控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)開環(huán)數(shù)控自動(dòng)加工，不僅大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[5]，還有效降低了生產(chǎn)成本。若能輔以自動(dòng)定位的夾具，其生產(chǎn)效率將得到進(jìn)一步提升。由此可知，未來要想提高機(jī)床性能，開展數(shù)控化改造是一項(xiàng)可行性較高的方案，不僅節(jié)約資金，還能夠提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[3]白建華，劉英彬，等.搖臂鉆床的數(shù)控的改造[J].機(jī)電工程，2010（18）：32-35.

[4]段明忠，王婷婷.臺(tái)式鉆床的數(shù)控化改造[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（4）：4-6.

[5]劉順濤.TRIZ理論及應(yīng)用[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.endprint