Z3063 搖臂鉆床的數控化改造控制系統的設計
2019-4-4 來源： 中國煤炭科工集團太原研究院有限公司 作者：郝亞明
摘 要: 論述了 Z3060 搖臂鉆床的數控化改造過程控制系統的設計，介紹了改造過程中所遇到的技術關鍵問題及其解決方法。通過改造，鉆床的精度有了明顯的改善，加工效率大大提高，現已成功用于實際生產中。
關鍵詞: 鉆床; 數控改造; 系統軟件設計
隨著加工技術的發展，數控加工技術得到了越來越廣泛的應用，但由于數控機床價格很貴，因而有不少企業未能采用數控設備。目前，有不少企業采用將傳統機床進行數控改造的方法來降低成本，本文亦就針對搖臂鉆床的進給系統特點，來將其改造為經濟型數控鉆床，節約了企業成本，并在零件精度上能達到要求，獲得了較好的經濟效益。
1 、數控系統的設計
計算機硬件以及步進電機和驅動電源通常成套定制調試由廠家完成。數控系統的設計工作主要是系統軟件的設計。系統軟件流程( 圖 1) 用于控制步進電機的運行，需對步進電機輸入不同的頻率，不同個數的脈沖。為得到不同頻率的脈沖，本系統采用定時中斷法。
圖 2 為中斷伺服程序，可以看出，程序首先對用戶程序進行自檢，如有錯則返回編輯程序進行修改。實踐證明經自檢合格的程序，實際加工中基本上不出現錯誤。
自檢完成以后，程序對系統進行初始化，然后等待外部按鍵輸入。一旦有鍵，如為加工鍵，即進入加工處理程序。進入加工程序以后，首先置各種標志;接著預處理用戶程序; 再開中斷，并啟動 CTC 定時器，接著進入顯示檢測循環等待中斷。如檢測到本段已經加工結束標志，則關中斷并取出下一段用戶程序，返回 B 點后進入新的一輪循環; 如檢測到有暫停信號，則進入到 C 點暫停處理程序。
圖 1 主程序流程圖
圖 2 中斷伺服程序
進入暫停處理，首先查詢用戶按鍵，接著對按鍵進行處理并保護相應的參數。如長度、標志等。然后根據鍵的情況置標志，開中，并啟動 CTC 定時器，接著進入顯示檢測循環等待中斷。當主程序進入顯示循環以后，時間一到即產生中斷信號，CPU 即響應中斷，并進入處理中斷程序。首先是關中斷，并保護現場，接著檢測當前運行的坐標，并對之進行處理，如檢測長度是否為零，更新時間常數等。然后將新的值輸入到步進電機，用當前的長度去更新緩沖區的數據。最后檢測是否有暫停信號，如沒有，則開中斷，恢復現場后返回。如有，則進行暫停處理，置相應的標志，然后再返回，并進入主程序中的暫處理程序。
從圖 1、圖 2 可看出主程序的主要功能是顯示、預處理用戶程序和置標志。而中斷服務程序的功能是輸出數據，更新顯示內容，檢測暫停信號及置相應標志，系統周而復始運行主程序，直至用戶程序結束。
2 、改造后的問題分析及解決方案
2． 1 孔距超差的問題
用改后的鉆床鉆削多個孔徑和孔距較大零件時，孔距較大且有時超差。其原因是原機床的主軸、刀具系統的剛性差，間隙大。其解決的辦法是通過調整 X、Y 坐標滾珠絲杠螺母副間的間隙，調整主軸箱夾緊機構使其工作可靠，并在鉆削時采用刀具快速接近工件，然后以低速進給定位，接著以正常進給速度進給等措施，可以保證孔距誤差在 ± 0． 1 以內。
2． 2 主軸箱夾緊及 Y 向絲杠受力彎曲的問題
當進行鉆削時，主軸箱必須處在夾緊狀態，而加工完成后，則松開主軸箱。數控機床改造后，采用了液壓夾緊、松開機構，使這一問題得到解決。但鉆削過程中，由于主軸箱的夾緊和松開，使得主軸和搖臂之間產生相對運動，在 Y 向的機械改造中必須考慮這一相對移動。我們采用了浮動傳動機構，避免了將主軸箱的移動傳遞給滾珠絲杠，避免了絲杠受力彎曲。
2． 3 程序冗余性的問題
如果每個孔都要編一條程序，用戶程序將極為復雜。解決的辦法是找出零件上孔的分布規律，對一些孔的基本排列做出子程序固化在 ROM 中。例如: 對被加工管板類零件建立數學模型，采用 C 語言編寫通用程序來自動生成加工程序，圖 3 為流程圖。
圖 3 加工程序流程圖
由于采用 3 速進給工藝，編程時 Z 向數據必須有 6 個，即 3 個進給的長度和 3 個進給的速度值，如果每段程序包含 6 個數據，則容易出錯。顯然，可以將這段數據固化在 ROM 中，基本建立一個 3 速工藝數據表，編程時能夠按工件要求查表調用不同的數據。當然也可以給出一編程格式將 Z 向數據輸入RAM 區，以后每加工一個孔調用一次 Z 向數據值。總之，通過將規律數據編制成程序段固化在 ROM的方法，簡化了大量的程序語言，使得由系統程序的冗余性而引起系統的響應變慢的問題得到解決。
3 、結束語
改造后的機床專用性強，結構簡單，易于維修，改造周期短且提高了機床的性價比，可滿足生產急需。對資金有限的小型企業來說，很有推廣價值。本數控化改造是成功的( 已用于實際生產中) ，可供石油化工、熱能工程行業加工管板類設備改造借鑒。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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