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普通车床数控化改造
日期：2010年01月14 来源：沈阳第一机床厂 关键字：普通车床
内圆磨床的数控化改造
MZ一204内圆磨床因采用继电器控制方式，普通车床使用的接触器、中间继电器较多，摇臂钻床可靠性差、故障率高。长期使用后，造成加工过程卡死、进给定位不准、废品率高。利用CNC计算机控制理论，并结合磨床现状及使用要求对进给、电气控制及自动测量系统进行数控改造，既可提高产品的质量稳定性，又可为企业节省大量的资金，具有显著的经济效益。
改造方案
1．数控系统的设计
数控系统的设计包括数控系统硬件设计及数控系统软件编制。系统硬件主要由微机部分、键盘及显示器、I／O接口及光电隔离电路、摇臂钻床步进电动机功率放大电路等组成。数控系统的控制软件设计有系统管理程序、零件加工源程序的输入处理程序、插补程序、速度控制程序、普通车床输出控制程序和自诊断程序等。
2．电气控制部分
原机床电气控制是一个简单的继电器控制电路，磨床的控制要求快速、准确，并且和CNC配合使用。因此采用外置PLC的形式实现电气控制。使用外置的PLC控制使电路变得简单，大部分原来的电气元件需要更换。电气部分的改造包括两个部分，一是PLC的选择，二是电气线路的改造。
3．机械传动部分的改造设计
机械传动是保证产品精度的重要因素，原液压进给机构由于液压换向时电磁阀的位置不一致，导致进给位置不准确；另外，进给传动链的最后一部分是由普通梯形丝杠将运动传递给工件架的，造成间隙大、寿命短；其补偿机构为凸轮小轴控制，零件损坏快、故障率高，且不易修复。
(1)液压换向阀的电磁阀的更换。该电磁阀由于长时间的使用已老化，现采用步进电动机、摇臂钻床谐波减速器、滚珠丝杠串联的方式，装在原磨床的过桥上，代替原磨床的液压进给和补偿机构。
(2)将普通梯形丝杠更换为滚珠丝杠。滚珠丝杠摩擦损失小、效率高，普通车床其传动效率可在90％以上，且精度高、寿命长。
数控系统的设计
目前常用的数控伺服系统有开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。本次改造经综合对比后采用精度高、稳定性好的电感主动测量仪组成闭环控制系统，改装后进给补偿均由步进电动机控制，快速修正，磨削加工量分配用微机控制，终磨尺寸由电感表控制。
1．数控系统硬件设计
采用INTEL公司的MCS--51系列的8031作为微机控制系统的CPU。因8031内部没有程序存储器，考虑到该磨床的工步要求，选用EPROM2746作为扩展的程序存储器，由于Po只能用作地址线，故加一片74LS373作为地址低8位的锁存器。根据磨床的控制要求有手动、半自动、急退、断磁保护、普通车床光磨延时等33个输入点、摇臂钻床13个输出点，选择74LS245双向驱动器、光耦电路及74LS377锁存器组成I/O接口。
根据控制要求，无进给磨削的延迟时间可任意调整，出现故障能判断并显示故障点，因此使用可编程的8255芯片对I／O口进行扩展，用于连接BCD拨码盘的LED显示器。
2．系统软件编制
自动磨削工作循环：上料→上磁→磨架快进→工件跳进→工件快进给→粗磨进给→一次光磨→工件跳出→修整砂轮→工件跳进→精磨进给→二次光磨→尺寸到，工件跳出+磨床快退，补偿→断磁→下料→周期判断。
因该磨床动作多，宜采用循环方式编程；摇臂钻床为减少地址空间，普通车床充分有效地完成各部分功能，采用模块化结构对各个模块加以编程。内存统一分配，通过子程序调用和控制转移类指令将各个模块联成一个大程序，从而完成磨床各动作和功能。
3．自动循环动作控制程序
首先判断是否在原位，不在原位则执行复位程序，复位后判断5A是否压合，5A不压合即半自动，程序返回到判断手动前；5A压合即自动循环，开始执行自动循环各动作工步，执行每一工步前，先送8255PC口输出显示这一工步的开关号，然后判断开关是否压合，从而决定相应电磁阀的状态，摇臂钻床再依次判断其余开关，进行后续动作。
系统的抗干扰措施
为了确保系统稳定可靠的工作，采取以下抗干扰措施：
1)系统电源加一系列不同容值的电容，来消除不同频率的高次谐波干扰。
2)对于接口干扰，普通车床主要在易于进入干扰信号的输入／输出端加光耦合器隔离抗干扰电路，光电耦合集成片为TLP521—4。摇臂钻床其中，光耦能有效地抑制尖脉冲及各种噪声干扰，阻容吸收是利用RC电路放电过程对尖峰脉冲做的抑制作用。
3)通过加装金属机箱来达到电磁屏蔽效果。
改造效果
1)对机床进行数控技术改造，进给系统精度有明显提高，进给精度误差0．4％，重复测量50次，精度误差小于1．5ptm，加工产品分散度在3p．m以内。
2)废品率由改造前的4％下降至0．2％。
3)降低了操作者的劳动强度，基本上消除了人为因素对加工质量的影响。
改造小结
改造后的MZ一204内圆磨床有以下特点：
1)将继电器控制改为PLC控制后，由硬件逻辑控制改为软件控制，能有效降低故障率，普通车床提高了磨床的技术性能和生产效率。
2)在数控技术改造的基础上，摇臂钻床加装主动测量仪，确保了磨削零件的产品质量，废品率有明显下降，在大批量生产中，经济效益显著。
3)改造一台磨床的费用与购买一台新数控磨床相比非常低廉。
4)由于旧磨床使用多年，操作者对其特性早已了解，普通车床在操作使用和维修方面培训时间短、见效快，改造后的磨床一经安装，就可以实现满负荷运转。
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