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普通車床數(shù)控化改造


日期：2010年01月14　來(lái)源：沈陽(yáng)第一機(jī)床廠　關(guān)鍵字：普通車床
    內(nèi)圓磨床的數(shù)控化改造
    MZ一204內(nèi)圓磨床因采用繼電器控制方式，普通車床使用的接觸器、中間繼電器較多，搖臂鉆床可靠性差、故障率高。長(zhǎng)期使用后，造成加工過(guò)程卡死、進(jìn)給定位不準(zhǔn)、廢品率高。利用CNC計(jì)算機(jī)控制理論，并結(jié)合磨床現(xiàn)狀及使用要求對(duì)進(jìn)給、電氣控制及自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造，既可提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，又可為企業(yè)節(jié)省大量的資金，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
    改造方案
    1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)軟件編制。系統(tǒng)硬件主要由微機(jī)部分、鍵盤(pán)及顯示器、I／O接口及光電隔離電路、搖臂鉆床步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率放大電路等組成。數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計(jì)有系統(tǒng)管理程序、零件加工源程序的輸入處理程序、插補(bǔ)程序、速度控制程序、普通車床輸出控制程序和自診斷程序等。
    2．電氣控制部分
    原機(jī)床電氣控制是一個(gè)簡(jiǎn)單的繼電器控制電路，磨床的控制要求快速、準(zhǔn)確，并且和CNC配合使用。因此采用外置PLC的形式實(shí)現(xiàn)電氣控制。使用外置的PLC控制使電路變得簡(jiǎn)單，大部分原來(lái)的電氣元件需要更換。電氣部分的改造包括兩個(gè)部分，一是PLC的選擇，二是電氣線路的改造。
    3．機(jī)械傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì)
    機(jī)械傳動(dòng)是保證產(chǎn)品精度的重要因素，原液壓進(jìn)給機(jī)構(gòu)由于液壓換向時(shí)電磁閥的位置不一致，導(dǎo)致進(jìn)給位置不準(zhǔn)確；另外，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的最后一部分是由普通梯形絲杠將運(yùn)動(dòng)傳遞給工件架的，造成間隙大、壽命短；其補(bǔ)償機(jī)構(gòu)為凸輪小軸控制，零件損壞快、故障率高，且不易修復(fù)。
    (1)液壓換向閥的電磁閥的更換。該電磁閥由于長(zhǎng)時(shí)間的使用已老化，現(xiàn)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、搖臂鉆床諧波減速器、滾珠絲杠串聯(lián)的方式，裝在原磨床的過(guò)橋上，代替原磨床的液壓進(jìn)給和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。
    (2)將普通梯形絲杠更換為滾珠絲杠。滾珠絲杠摩擦損失小、效率高，普通車床其傳動(dòng)效率可在90％以上，且精度高、壽命長(zhǎng)。
    數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    目前常用的數(shù)控伺服系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)。本次改造經(jīng)綜合對(duì)比后采用精度高、穩(wěn)定性好的電感主動(dòng)測(cè)量?jī)x組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，改裝后進(jìn)給補(bǔ)償均由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制，快速修正，磨削加工量分配用微機(jī)控制，終磨尺寸由電感表控制。
    1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    采用INTEL公司的MCS--51系列的8031作為微機(jī)控制系統(tǒng)的CPU。因8031內(nèi)部沒(méi)有程序存儲(chǔ)器，考慮到該磨床的工步要求，選用EPROM2746作為擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器，由于Po只能用作地址線，故加一片74LS373作為地址低8位的鎖存器。根據(jù)磨床的控制要求有手動(dòng)、半自動(dòng)、急退、斷磁保護(hù)、普通車床光磨延時(shí)等33個(gè)輸入點(diǎn)、搖臂鉆床13個(gè)輸出點(diǎn)，選擇74LS245雙向驅(qū)動(dòng)器、光耦電路及74LS377鎖存器組成I/O接口。
    根據(jù)控制要求，無(wú)進(jìn)給磨削的延遲時(shí)間可任意調(diào)整，出現(xiàn)故障能判斷并顯示故障點(diǎn)，因此使用可編程的8255芯片對(duì)I／O口進(jìn)行擴(kuò)展，用于連接BCD撥碼盤(pán)的LED顯示器。
   2．系統(tǒng)軟件編制
    自動(dòng)磨削工作循環(huán)：上料→上磁→磨架快進(jìn)→工件跳進(jìn)→工件快進(jìn)給→粗磨進(jìn)給→一次光磨→工件跳出→修整砂輪→工件跳進(jìn)→精磨進(jìn)給→二次光磨→尺寸到，工件跳出+磨床快退，補(bǔ)償→斷磁→下料→周期判斷。
    因該磨床動(dòng)作多，宜采用循環(huán)方式編程；搖臂鉆床為減少地址空間，普通車床充分有效地完成各部分功能，采用模塊化結(jié)構(gòu)對(duì)各個(gè)模塊加以編程。內(nèi)存統(tǒng)一分配，通過(guò)子程序調(diào)用和控制轉(zhuǎn)移類指令將各個(gè)模塊聯(lián)成一個(gè)大程序，從而完成磨床各動(dòng)作和功能。
   3．自動(dòng)循環(huán)動(dòng)作控制程序
    首先判斷是否在原位，不在原位則執(zhí)行復(fù)位程序，復(fù)位后判斷5A是否壓合，5A不壓合即半自動(dòng)，程序返回到判斷手動(dòng)前；5A壓合即自動(dòng)循環(huán)，開(kāi)始執(zhí)行自動(dòng)循環(huán)各動(dòng)作工步，執(zhí)行每一工步前，先送8255PC口輸出顯示這一工步的開(kāi)關(guān)號(hào)，然后判斷開(kāi)關(guān)是否壓合，從而決定相應(yīng)電磁閥的狀態(tài)，搖臂鉆床再依次判斷其余開(kāi)關(guān)，進(jìn)行后續(xù)動(dòng)作。
    系統(tǒng)的抗干擾措施
    為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，采取以下抗干擾措施：
    1)系統(tǒng)電源加一系列不同容值的電容，來(lái)消除不同頻率的高次諧波干擾。
    2)對(duì)于接口干擾，普通車床主要在易于進(jìn)入干擾信號(hào)的輸入／輸出端加光耦合器隔離抗干擾電路，光電耦合集成片為T(mén)LP521—4。搖臂鉆床其中，光耦能有效地抑制尖脈沖及各種噪聲干擾，阻容吸收是利用RC電路放電過(guò)程對(duì)尖峰脈沖做的抑制作用。
    3)通過(guò)加裝金屬機(jī)箱來(lái)達(dá)到電磁屏蔽效果。
    改造效果
    1)對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控技術(shù)改造，進(jìn)給系統(tǒng)精度有明顯提高，進(jìn)給精度誤差0．4％，重復(fù)測(cè)量50次，精度誤差小于1．5ptm，加工產(chǎn)品分散度在3p．m以內(nèi)。
    2)廢品率由改造前的4％下降至0．2％。
    3)降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，基本上消除了人為因素對(duì)加工質(zhì)量的影響。
    改造小結(jié)
    改造后的MZ一204內(nèi)圓磨床有以下特點(diǎn)：
    1)將繼電器控制改為PLC控制后，由硬件邏輯控制改為軟件控制，能有效降低故障率，普通車床提高了磨床的技術(shù)性能和生產(chǎn)效率。
    2)在數(shù)控技術(shù)改造的基礎(chǔ)上，搖臂鉆床加裝主動(dòng)測(cè)量?jī)x，確保了磨削零件的產(chǎn)品質(zhì)量，廢品率有明顯下降，在大批量生產(chǎn)中，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
    3)改造一臺(tái)磨床的費(fèi)用與購(gòu)買一臺(tái)新數(shù)控磨床相比非常低廉。
    4)由于舊磨床使用多年，操作者對(duì)其特性早已了解，普通車床在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短、見(jiàn)效快，改造后的磨床一經(jīng)安裝，就可以實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

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