铣床数控化改造2

铣床数控化改造钟灵 阎勤劳 邢作常 张海伟 孙莉莉 （西北农林科技大学机电工程学院，陕西杨凌 712100）摘 要：本文介绍了铣床数控改造的方法、改造部位、数控系统设计及机床改造时应注意的问题。关键字：铣床 数控改造 单片机中图分类号：TP273.5文献标识码：AThe Numerization Rebuilding of Milling Machine ZHONG Ling, YAN Qin-lao, XING Zuo-chang, ZHANG Hai-wei, SUN Li-liAbstract: It introduces the method and changing parts of milling machines numerization rebuilding, the design of numerical system are also discussed and it inquires into the relevant questions of the numerization rebuilding.Key words: milling machine numerization rebuilding single chip computer0 引言随着科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求，产品的更新换代也不断加快。因此，对数控机床的改造也就显得比较重要，数控机床的设计与改造也成为工业发展的一个重要方面。铣床的应用十分广泛，主要用于加工面或成型表面。若要在立式铣床上加工圆弧、凸轮等特殊类平面时，就要借助于圆工作台、分度头等机床附件，并对机床进行整体调整。加工精度较低，基础调整工作费事。所以，为提高工件的加工精度，保证产品质量，便于加工圆弧面和凸轮的曲面等，可以利用数控方法对铣床进行数控化改造。数控铣床，由于可以较好的解决形状复杂、精密小批多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，因此，在世界上得到了大力的发展，各种类型的数控铣床不断出现，数控铣床的发展趋势是：一方面研究功能齐全自动化程度高的数控铣床，以促进社会生产达到更高的自动化水平；另一方面普遍推广经济型数控铣床以加速现有生产体系的改造。由于历史的原因，我国普通加工设备多，数控加工设备少;老设备多，新设备少。许多企业的机床精度差、故障率高。通过机床数控改造使普通机床不仅具有好的加工精度，而且还具有数控机床的功能。1 机械部分设计对数控机床的改造最主要的部分就是对其纵、横进给机构的改造及控制系统的设计改造，以便使其具有更加合理的结构和更全面的控制系统，便于其真正的应用于实际的生产中。1.1 工作台的进给运动因为改造后的基础主要加工圆弧、凸轮一类平面曲线的轮廓，所以采用微机数控实现三坐标两轴联动控制，工作台纵向（轴）、横向（轴）及垂直方向（轴）的运动，分别由步进电动机经过一级齿轮减速后，由滚珠丝杠螺母副拖动。由于铣削时作用在电动机轴上的负载转矩较大，所以要选择大功率的步进电动机，而大功率的步进电动机的驱动较困难。步进电动机没有过载能力，在高速运动时转矩下降很多，容易丢步。要使改造后的铣床进给伺服性能较好，在改造采用直流伺服电动机驱动。改造方案如图1所示。图1 机床改造方案1.2 机械部分结构设计（1）保留原机床的主轴旋转运动，工作台升降运动仍采用手动操作，纵、横向进给改造后既可机动进行复杂零件的计算机数控加工，又可手动操作完成简单零件的加工或用于数控加工前的对刀工作。（2）保留原机床纵向进给的机动部分，将离合器脱开，去掉手轮。将手轮轴通过一对齿轮与步进电机相联，用微机数控系统控制纵向进给运动。加工时，将离合器脱开，使原来的机动进给停止工作。（3）工作台横向运动方面，在原手轮安装位置，安装减速齿轮及步进电机，用微机数控系统控制横向进给运动。（4）采用直流伺服电动机作驱动元件，伺服电动机的轴端为光轴，齿轮与电动机轴，电动机轴与传动轴采用锥环无键连接消除连接器的结构。这种连接的特点是不需要开键槽，而且两连接件的相对角度可任意调节，由于锥环之间的楔紧作用，内外环分别产生径向弹性变形，靠磨擦力与套连接，消除配合间隙，保证对中性。2 数控系统硬件设计数控部分采用MCS-51系列的8031单片机实现对整个系统的主控制。用8031外接3片2764（E-PROM）,一片6264（RAM）及一片8255（扩展I/O），一片8155芯片，扩展成一个较简单的微机控制系统。2764用作程序存储器，6264用来扩展8031的RAM存储器，图2 控制系统硬件原理图8155用作键盘和显示接口，8255用于接收控制面板上多路转换开关的控制信号。图2为控制系统硬件结构原理图。当单片机系统控制X、Y轴某一台步进电机单动时，可实现铣床横向、纵向的直线进给；当控制X-Y轴配合联动时，可实现水平面内直线、斜线、圆弧及复合轨迹的加工，可以近似地复合出水平面内非圆曲线。在铣床原有加工功能的基础上，其控制精度和加工精度远高于普通铣床。3、铣床改造中应注意的问题（1）应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。（2）改造前先测出丝杆传动间隙，并在编程时予以补偿，改造后应测出有关参数，如最大实载切削速度、最大背刀吃刀量等，作为编程时参考依据。（3）应尽量消除齿轮副和丝杆副的间隙，齿轮全部采用双片薄齿轮错齿法消除啮合间隙。也可采用软件补偿进给量的方法消除。（4）铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大功率的驱动电动机，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡。（5）滚动丝杆没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，工作台会自动下降，可采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达到自锁。4 结束语普通铣床数控化改造，实质就是在普通铣床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标，其目的是使原机床具有一定的柔性，提高生产效率和质量，解决复杂零件的加工问题。用单片机扩展系统将普通铣床改造为经济型铣床，简便易行，能保证零件的加工精度，对复杂零件尤其是对弧面和凸面的加工效果显著。参考文献1陈绍廉主编数控机床改造技术北京：航空工业出版社，19892 张振国主编数控机床结构与应用北京：机械工业出版社，19903 李善术主编数控机床及其应用北京：机械工业出版社，1995作者简介：钟灵，女，1970年12月生，汉族，讲师，机电专业，现在西北农林科技大学机电工程学院攻读硕士。甘肃畜牧工程职业技术学院教师。ZhongLing, Female, born on December，1970, the Han nationality, electromechanical speciality, Institutes Master degree candidate of electromechanical project of Northwest Agriculture and Forestry University of Science and Technology, the teacher of Gansu Polytechnic College of Animal Husbandry & Engineering.阎勤劳，男， 1952年7月生，汉族，西北农林科技大学机电工程学院博士生导师。Yan Qinglao,Male, born on July, 19