【編者按】數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床暑认，數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜蘸际、精密徒扶、小批量姜骡、多品種的零件加工問題勃经，是一種柔性的浩铺、高效能的自動化機(jī)床奖放，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向砚粒，如果能夠把普通的車床益柳，改造成數(shù)控車床捕谢，這樣就為企業(yè)節(jié)省了許多的成本酵熙。

水利電力機(jī)械普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造實(shí)例李國農(nóng)中國長城鋁業(yè)公司工學(xué)院河南鄭州450041入得到較高的經(jīng)濟(jì)效益匾二。以人6140型車床數(shù)控改造為洌察藐，本著對車床的改動盡可能少，控制部分的抗干擾性強(qiáng)悴务，改造成本低的原則讯檐，對車床進(jìn)行數(shù)控改造别洪。改造項(xiàng)目有是主軸轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)向的控制；是走刀量的控制是刀合旋轉(zhuǎn)的控制是工作導(dǎo)桃精度的認(rèn)定端辛。

實(shí)踐1正明超肃。改造的機(jī)床滿足了技術(shù)發(fā)展的需要佳绩。提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度，增大了設(shè)備適應(yīng)能力和型面加工范芬过，1.2經(jīng)濟(jì)分析由于新型機(jī)床價(jià)格品設(shè)佣今，次性投資巨大靠汁。如果把舊機(jī)床設(shè)備全部以新型機(jī)床替換闽铐，要花費(fèi)大量的資金兄墅。而替換的機(jī)床又會閑置起來造成浪費(fèi)，若采用數(shù)控技術(shù)對舊機(jī)床加以改造沐悦，和購買新機(jī)床相比所踊，則可以節(jié)省50以上的資金秕岛。套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的1合到15继薛，般用戶都能眵承擔(dān)以起，這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開創(chuàng)了新路浪熙，也對實(shí)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)锨蹄。訂購新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期般較長努墩，往往不能滿足用戶需要引晌。因此機(jī)床的數(shù)控改造就成為滿足市場需求的主要補(bǔ)允手段硝荚，1.4生產(chǎn)分析在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中焙蹭，多品種中小批量甚至單件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重壳嚎。若要完成這些生產(chǎn)任務(wù)。不外乎選擇通叫機(jī)床專用機(jī)床或數(shù)控機(jī)床，其中數(shù)摶機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的1.5綜合分析從上述分析中不難看出郑趁，數(shù)控技術(shù)用于機(jī)床改造是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)勾傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上寡润，具有可靠性高柔性強(qiáng)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電體化經(jīng)濟(jì)性可觀等優(yōu)點(diǎn)梭纹。為此晶襟，在舊打機(jī)床上進(jìn)數(shù)控的微型計(jì)算機(jī)挣仅，可采用8001或他35單機(jī)改造可以提高機(jī)床的使用性能壞低產(chǎn)成木目較組成的微機(jī)應(yīng)系統(tǒng)胀司。山于單片機(jī)具有集成度洽少的資金投入而得到較大的經(jīng)濟(jì)效益。性能價(jià)格比高可靠性好功能強(qiáng)和辅蜡，度快3特點(diǎn)迅撑。

2，碩140型車床數(shù)控改造實(shí)例16140型普通小床是沈陽第1機(jī)床廠制造的定型產(chǎn)品淮超。與其它普通車床相比弄企，它具有性能良好結(jié)構(gòu)先進(jìn)操作輕便等特點(diǎn)拘领，在我國機(jī)械制造行業(yè)中使用非常廣泛约素。

該床的傳動糸統(tǒng)笆凌。上要山2大部分組成乞而。，是屯運(yùn)動傳動鏈欠啤，它的功能是把動力源電動機(jī)的運(yùn)動及動力傳給主軸称桶，使主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動枚甫，并滿足臥式車床主軸變速和換向的要求仓脓。是進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈，它用來實(shí)現(xiàn)刀架的縱向和橫向移動及個螺紋運(yùn)動運(yùn)動及動力是山電動機(jī)經(jīng)主軸箱主軸進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈溜板傳至刀架甩腻。

改造此種個1床的目的昭仲，紀(jì)提品原乍床的粘度和自動化程度枚冗，達(dá)到快速調(diào)整而且仍能保持車床的通用性赁温；是提高原車床的功能淤齐，利用數(shù)控方法準(zhǔn)確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體更啄。

2.1數(shù)控改造的設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)采用，51作為控制微機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)般包拈兩嗔分内狗，硬件電路柳沙。由微機(jī)部分鍵盤及顯器13接口及光電隔離伺服電機(jī)驅(qū)動電路檢測屯路等幾部分組成偎行。數(shù)控系統(tǒng)硬件框附1.，軟件殊纫。由主模塊子程序模塊和中斷處理模塊等幾部分組成厌哈。工作時(shí)钟肴，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(guān)參數(shù)辟昏。工作前波段開關(guān)選擇編手動0動3檔堰洛。微機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行訃算處理蛔垢。由接口輸出步進(jìn)脈沖鹏漆。

木卷對車床的改動盡可能少±穑控制部分要求抗干擾性強(qiáng)改造成本低的原則又跛。依據(jù)技術(shù)要求慨蓝。改造之前應(yīng)對該車床的性能數(shù)據(jù)有所掌握端幼，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(zhuǎn)數(shù)息傳給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)王捧，車床縱橫兩個方向的走刀量控制匹忙。通常是由計(jì)算機(jī)控制的電動機(jī)直接帶動傳動絲杜來實(shí)觀③力臺旋轉(zhuǎn)的控制绣峰。是通過計(jì)算機(jī)控制的電動機(jī)來達(dá)到轉(zhuǎn)角的臼的④車床工作導(dǎo)軌褚度的認(rèn)定小床的1作導(dǎo)軌改造時(shí)可以通過刨磨和刮研等方法掩软，恢復(fù)其在出廠時(shí)的精度，這是比較經(jīng)濟(jì)的做法茶壹。根據(jù)生產(chǎn)高精度產(chǎn)品的要求，導(dǎo)軌也可以改造成靜壓導(dǎo)軌或滾動爭滾動導(dǎo)軌支承褚度可分級級和0級东抹。

報(bào)掘數(shù)控車床的性能要求府阀。確定進(jìn)給運(yùn)動的快速定位速度7軸為3軸為脈沖2.2.2系統(tǒng)運(yùn)動方式數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方兒可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)试浙。因?yàn)?6140車床的刀具要以給定速率沿指定路線運(yùn)動來加工直線圓弧或其它輪廓的零件田巴，其各坐標(biāo)軸的運(yùn)動有著確定的函數(shù)關(guān)系壹哺，所以采用連續(xù)控制系統(tǒng)管宵。連續(xù)控制系統(tǒng)具有點(diǎn)位控制系統(tǒng)的功能宇涵，因此吐梗，定位方式可以采增從屯標(biāo)控制桐赠。

2.2.3伺版系統(tǒng)伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置伺服控制有開環(huán)閉環(huán)半閉環(huán)種方式涌粱。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著控制精度不高的問侵选。但步進(jìn)電機(jī)良打角位移與輸入脈沖的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，使步距誤差不會積累。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸入脈沖頻率也燈嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系牵敷。而亂具有在負(fù)載能乃范圍內(nèi)不隨電流電壓負(fù)載環(huán)境條件的波動而膃化的特點(diǎn)此外。步進(jìn)電機(jī)控制的開環(huán)系統(tǒng)不存在位置檢測與反饋控制的問靶瘸，結(jié)構(gòu)比較簡單怨咪。易廠控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)式诗眨。汗1.隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展匠楚。莊改善步進(jìn)電機(jī)控制性能方面也取得了可喜的進(jìn)展芋簿。因此穴眨，在定范圍內(nèi)料悟，這種采用步進(jìn)電機(jī)做為驅(qū)動執(zhí)行元件的開環(huán)伺服系統(tǒng)可以滿足加工要求率敞，適宜于在精度要求2.2總體設(shè)計(jì)2.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1商載資得灯狠，控焉涫1秀名跑8遵溢祜藉15152腦磁7繅塍裔，喊3.購董容。也衍震。佴nbsp钮呀；雖然閉環(huán)半閉環(huán)控制為實(shí)現(xiàn)高精度的位置伺服控制提供了可能爽醋，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(fù)雜性外光戈。從控制理論的角度看久妆。要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的良好穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能筷弦，兒難度也將大為提高送讲∈鹣蹋考慮到是在普通車床上進(jìn)行改造，精度要求不是很高满盔，為了簡化結(jié)構(gòu)嗡吸，降低成本我們采用了微機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)哩拒。

2.2.4執(zhí)亍機(jī)構(gòu)傳動方式導(dǎo)軌曾谁。由于采用了精度要求不高的開環(huán)系統(tǒng)悔叽，滑動導(dǎo)軌定位精度和靈敏度不用研磨就可達(dá)到101左右娇澎，能夠滿足改造后的要求趟庄。所以，仍可利用原床身的開式勒极，型滑動導(dǎo)軌和燕尾型滑動導(dǎo)軌辱匿，沒必處選擇造價(jià)較高的滾動導(dǎo)軌和結(jié)構(gòu)4雜的靜扭導(dǎo)軌匾七，螺旋傳動污涤。原乍沐的絲杠屬于泔動螺旋傳動狰娱。主要缺點(diǎn)是機(jī)械效率低赤猾，般=3照渴，03，與改造后的傳動精度要求相差很多浅仑。數(shù)控車床除具有較高的定位精度外屿扮，還應(yīng)有良好的動態(tài)響應(yīng)特性叹放。

滾動絲杠副的特點(diǎn)是傳動效率=9296许昨；通過預(yù)緊可以消除絲杠螺母間的間隙糕档；運(yùn)動平穩(wěn)拌喉，傳動精度高尿背，可逆性摩損小，使用壽命長荔烧；們其制造工藝復(fù)雜社殉，成本較高。經(jīng)過全面對比逻事，數(shù)控機(jī)床選用滾動螺旋機(jī)構(gòu)畜溺。根據(jù)理章，人614車床的最大動負(fù)荷唐绍，并考慮車床絲杠尺寸為了40仗扬，12故選取滾珠絲杠直徑為40型號為40蕾额，63.52其額定動載荷是19诅蝶，強(qiáng)度足夠主傳動退个。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)生器语盈，以便實(shí)現(xiàn)螺紋iJH.T.o進(jìn)給傳動缰泡。改造后的縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)由于用步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動元件，所以要拆除原車床上的進(jìn)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缠借。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泼返，減沥卦，機(jī)端的悶定仍采用擬方式。由于滾珠絲杠的摩擦閃數(shù)小于原絲杠辩钢，使縱向進(jìn)給整體剛度增加脂挥。齒輪箱固定在尾座端床身上。為了便于安裝滾珠絲杠副盏踢，絲杠軸不是整體的施揪，而是分移式的交某，用套筒剛性聯(lián)接麻诀。

在拖板上，將原叫方乃架改為工位可編程自動轉(zhuǎn)位刀架傲醉。

橫以進(jìn)給機(jī)構(gòu)仍保留手動機(jī)構(gòu)。用于微進(jìn)給及予動操作原來支承結(jié)構(gòu)亦保留呻引。步進(jìn)電機(jī)及減違溜板箱上安裝縱橫向快速進(jìn)給按鈕和急停按鈕逻悠。以，應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和意外怙況時(shí)緊急停車沪羔。為了滿足最小步距要求任内，電動機(jī)選用相六拍工作方式通過轉(zhuǎn)矩與工作頻率的綜合考慮韩丸，選用083型直流步進(jìn)電機(jī)杀终。

齒輪傳動∨龋考慮到步進(jìn)電機(jī)的步距角和絲杠導(dǎo)枵只能按標(biāo)準(zhǔn)選取。為達(dá)到员研，分辨率的要求，縱橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)均需采用級齒輪減遮用錯齒法消除間隙2.3硬件電路設(shè)計(jì)機(jī)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阶质。

2.3.1主控制器同的品種米苹。其中85內(nèi)41糕伐；8751片內(nèi)仃4140，8蘸嘶，31片內(nèi)沒有程序存儲器良瞧，使用時(shí)必須在片外擴(kuò)展陽河和隊(duì)。以上3個品種的共同點(diǎn)是共有線32條训唱，有兩個16位的定時(shí)十?dāng)?shù)器褥蚯，有5個中斷源，有全雙工串行通信接口遵岩，有片內(nèi)共128個字節(jié)巡通，有21個特殊功能寄存器等尘执。可5奶51系列艱片機(jī)是1巾功能強(qiáng)的微機(jī)芯沭在智能儀衣數(shù)控等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛2.3.2可編程接口芯片8155此芯片與微機(jī)連接較簡取是微機(jī)系統(tǒng)廣泛采用的接口芯片宴凉，它具有40條引腳的雙列直插式民視101擴(kuò)展器，含256個字節(jié)的視存蓄帐，器市砍，個6位，兩個8位可編程10接口警钥，4位可編程的定時(shí)器數(shù)器射疤。

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

所以般在接口電路與功率放大器之間都要接上隔離電路轨皮。

2.3.4步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路步迸電機(jī)驅(qū)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)功率放大方秤，變成較強(qiáng)的電信號燎厘，直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，2.

當(dāng)控制脈沖來時(shí)益锻，1.蠢琳，4全導(dǎo)迪，并使脈沖變壓器1的副邊產(chǎn)4定寬度的脈沖電流镜豹，使2導(dǎo)通挪凑，使，5處于反向偏置逛艰，將低壓與繞組141切斷，高壓電源0通過21為步進(jìn)電機(jī)某相繞組電流消失搞旭，使2截止散怖，與繞組之間被切斷。通過5為肄渗。镇眷，供電提供電動機(jī)所需的頷定電流。

通過調(diào)整脈沖變壓器的磁芯和翎嫡；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(jī)交欠动，的外圍設(shè)備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯心惑申，采用行列式鍵盤具伍。即用1接線組成行列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上镇纳。

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

2.4軟件設(shè)計(jì)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)。左要包括主模塊子程序模塊和中斷處理模塊等。

2.4.1蘭模塊管理程序帘圣，開機(jī)后即執(zhí)行該程序露使。其功初始化。單片機(jī)丁踩林，丁骄闺，定時(shí)器計(jì)數(shù)器初始化，鍵盤數(shù)據(jù)區(qū)顯緩沖區(qū)初始化醋掖，各種軟件標(biāo)志初始化等剃袍，主模板中是否有功能鍵按。

若有則轉(zhuǎn)相對應(yīng)的功能子程序校塊捎谨。簡化流程3 2.4.2子程序松塊鍵設(shè)計(jì)民效。如工作臺移動，在鍵盤上州涛救。2+14個不同方向的箭頭分別叫個不同的移動方向畏邢。在軟件設(shè)計(jì)中，設(shè)鍵位數(shù)據(jù)區(qū)中的21州單元為工作臺移動標(biāo)志检吆，1元舒萎。如閣4所小為方向驅(qū)動輸模塊流程。

利用8155定時(shí)器作脈沖信號源蹭沛，模塊中給出方向字臂寝，山硬件環(huán)分1器成脈沖分配√穑控制伺服功4率步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行咆贬。

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

顯其模塊流程2.5小結(jié)造的總體方案為米用著551單介機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理呆逼。由1 0接口輸出步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)級齒輪減速后皮向。帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動嘲陋，從而實(shí)現(xiàn)縱向橫向的進(jìn)給運(yùn)動。盘荸，此外朱泞，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，電宛蒲，中設(shè)置了保護(hù)電路等膀琐。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(zhuǎn)體。

張毅剛恼稠，修林成胡振光851單片機(jī)應(yīng)用設(shè)坩哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學(xué)出框6.數(shù)控改造后的車床不僅提高了原設(shè)社苦旋。19車床的精度和門動化私私達(dá)到快速調(diào)整⑴目仍能編輯王書平上接第38頁父轉(zhuǎn)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(jì)算火晕，辦=七CJ1.h，p離心泵在松轉(zhuǎn)速下的流揚(yáng)偏秦，和功率h液珠，p離心展改變轉(zhuǎn)速后的流，揚(yáng)程和功率辅甥。

由于用改變離心滎轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)運(yùn)行工況的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜酝润。附加設(shè)備費(fèi)用較高。目前在煤礦生產(chǎn)中還很少采用璃弄。

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(jì)合理的運(yùn)行要销。在保證留有定備用揚(yáng)程的情況下。消除過多的富裕揚(yáng)程是必要的夏块。

備用揚(yáng)程是考慮泵零件磨損后的性能下降疏咐，電網(wǎng)頻率改變時(shí)引起的轉(zhuǎn)速降低等因素的必須富裕量，般為1015消除備揚(yáng)程以外的心裕揚(yáng)程的廳法可以是拆除葉輪或車削葉輪外徑脐供。拆除葉輪只有在備用揚(yáng)程以外的富裕揚(yáng)程量達(dá)到和超過個葉輪較好浑塞，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(yáng)程的情況下政己∽煤荆或富裕揚(yáng)程不足級葉輪揚(yáng)程的情況下的微調(diào)方法。

在泵轉(zhuǎn)速不變的情況下歇由，車削葉輪外徑后泵的性能按下式計(jì)算A41D2仅孩，D1分，為車削前后的葉輪外徑卡催；qv，h.分溶迹，為車削葉輪前離心泵的流量揚(yáng)程功率绘菲；crh，p分別為車削葉輪后離心泵的流量揚(yáng)程功率剩织。

車削葉輪后雄工。由于葉片外徑變小。同角速度下的線速度降低硬拴。泵的流量揚(yáng)程相應(yīng)要減少番产。在0.9乃2范圍內(nèi)。葉片車削越多魁济。泵流量揚(yáng)程減少的越多逞翰。其特性曲線和改變離心泵轉(zhuǎn)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(yùn)工況的簡便方法孙已。適含單位推廣采用吝都。

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