Z3063 搖臂鉆床的數(shù)控化改造控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2019-4-4 來(lái)源： 中國(guó)煤炭科工集團(tuán)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(shù)控化改造過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了改造過(guò)程中所遇到的技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題及其解決方法。通過(guò)改造，鉆床的精度有了明顯的改善，加工效率大大提高，現(xiàn)已成功用于實(shí)際生產(chǎn)中。
關(guān)鍵詞: 鉆床; 數(shù)控改造; 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
隨著加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但由于數(shù)控機(jī)床價(jià)格很貴，因而有不少企業(yè)未能采用數(shù)控設(shè)備。目前，有不少企業(yè)采用將傳統(tǒng)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的方法來(lái)降低成本，本文亦就針對(duì)搖臂鉆床的進(jìn)給系統(tǒng)特點(diǎn)，來(lái)將其改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控鉆床，節(jié)約了企業(yè)成本，并在零件精度上能達(dá)到要求，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
1 、數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)硬件以及步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源通常成套定制調(diào)試由廠家完成。數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作主要是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件流程( 圖 1) 用于控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，需對(duì)步進(jìn)電機(jī)輸入不同的頻率，不同個(gè)數(shù)的脈沖。為得到不同頻率的脈沖，本系統(tǒng)采用定時(shí)中斷法。
圖 2 為中斷伺服程序，可以看出，程序首先對(duì)用戶程序進(jìn)行自檢，如有錯(cuò)則返回編輯程序進(jìn)行修改。實(shí)踐證明經(jīng)自檢合格的程序，實(shí)際加工中基本上不出現(xiàn)錯(cuò)誤。
自檢完成以后，程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)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(jìn)入加工處理程序。進(jìn)入加工程序以后，首先置各種標(biāo)志;接著預(yù)處理用戶程序; 再開(kāi)中斷，并啟動(dòng) CTC 定時(shí)器，接著進(jìn)入顯示檢測(cè)循環(huán)等待中斷。如檢測(cè)到本段已經(jīng)加工結(jié)束標(biāo)志，則關(guān)中斷并取出下一段用戶程序，返回 B 點(diǎn)后進(jìn)入新的一輪循環(huán); 如檢測(cè)到有暫停信號(hào)，則進(jìn)入到 C 點(diǎn)暫停處理程序。
圖 1 主程序流程圖
圖 2 中斷伺服程序
進(jìn)入暫停處理，首先查詢用戶按鍵，接著對(duì)按鍵進(jìn)行處理并保護(hù)相應(yīng)的參數(shù)。如長(zhǎng)度、標(biāo)志等。然后根據(jù)鍵的情況置標(biāo)志，開(kāi)中，并啟動(dòng) CTC 定時(shí)器，接著進(jìn)入顯示檢測(cè)循環(huán)等待中斷。當(dāng)主程序進(jìn)入顯示循環(huán)以后，時(shí)間一到即產(chǎn)生中斷信號(hào)，CPU 即響應(yīng)中斷，并進(jìn)入處理中斷程序。首先是關(guān)中斷，并保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，接著檢測(cè)當(dāng)前運(yùn)行的坐標(biāo)，并對(duì)之進(jìn)行處理，如檢測(cè)長(zhǎng)度是否為零，更新時(shí)間常數(shù)等。然后將新的值輸入到步進(jìn)電機(jī)，用當(dāng)前的長(zhǎng)度去更新緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。最后檢測(cè)是否有暫停信號(hào)，如沒(méi)有，則開(kāi)中斷，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)后返回。如有，則進(jìn)行暫停處理，置相應(yīng)的標(biāo)志，然后再返回，并進(jìn)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(yù)處理用戶程序和置標(biāo)志。而中斷服務(wù)程序的功能是輸出數(shù)據(jù)，更新顯示內(nèi)容，檢測(cè)暫停信號(hào)及置相應(yīng)標(biāo)志，系統(tǒng)周而復(fù)始運(yùn)行主程序，直至用戶程序結(jié)束。
2 、改造后的問(wèn)題分析及解決方案
2． 1 孔距超差的問(wèn)題
用改后的鉆床鉆削多個(gè)孔徑和孔距較大零件時(shí)，孔距較大且有時(shí)超差。其原因是原機(jī)床的主軸、刀具系統(tǒng)的剛性差，間隙大。其解決的辦法是通過(guò)調(diào)整 X、Y 坐標(biāo)滾珠絲杠螺母副間的間隙，調(diào)整主軸箱夾緊機(jī)構(gòu)使其工作可靠，并在鉆削時(shí)采用刀具快速接近工件，然后以低速進(jìn)給定位，接著以正常進(jìn)給速度進(jìn)給等措施，可以保證孔距誤差在 ± 0． 1 以內(nèi)。
2． 2 主軸箱夾緊及 Y 向絲杠受力彎曲的問(wèn)題
當(dāng)進(jìn)行鉆削時(shí)，主軸箱必須處在夾緊狀態(tài)，而加工完成后，則松開(kāi)主軸箱。數(shù)控機(jī)床改造后，采用了液壓夾緊、松開(kāi)機(jī)構(gòu)，使這一問(wèn)題得到解決。但鉆削過(guò)程中，由于主軸箱的夾緊和松開(kāi)，使得主軸和搖臂之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在 Y 向的機(jī)械改造中必須考慮這一相對(duì)移動(dòng)。我們采用了浮動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，避免了將主軸箱的移動(dòng)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(wèn)題
如果每個(gè)孔都要編一條程序，用戶程序?qū)O為復(fù)雜。解決的辦法是找出零件上孔的分布規(guī)律，對(duì)一些孔的基本排列做出子程序固化在 ROM 中。例如: 對(duì)被加工管板類零件建立數(shù)學(xué)模型，采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)通用程序來(lái)自動(dòng)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(jìn)給工藝，編程時(shí) Z 向數(shù)據(jù)必須有 6 個(gè)，即 3 個(gè)進(jìn)給的長(zhǎng)度和 3 個(gè)進(jìn)給的速度值，如果每段程序包含 6 個(gè)數(shù)據(jù)，則容易出錯(cuò)。顯然，可以將這段數(shù)據(jù)固化在 ROM 中，基本建立一個(gè) 3 速工藝數(shù)據(jù)表，編程時(shí)能夠按工件要求查表調(diào)用不同的數(shù)據(jù)。當(dāng)然也可以給出一編程格式將 Z 向數(shù)據(jù)輸入RAM 區(qū)，以后每加工一個(gè)孔調(diào)用一次 Z 向數(shù)據(jù)值。總之，通過(guò)將規(guī)律數(shù)據(jù)編制成程序段固化在 ROM的方法，簡(jiǎn)化了大量的程序語(yǔ)言，使得由系統(tǒng)程序的冗余性而引起系統(tǒng)的響應(yīng)變慢的問(wèn)題得到解決。
3 、結(jié)束語(yǔ)
改造后的機(jī)床專用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修，改造周期短且提高了機(jī)床的性價(jià)比，可滿足生產(chǎn)急需。對(duì)資金有限的小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，很有推廣價(jià)值。本數(shù)控化改造是成功的( 已用于實(shí)際生產(chǎn)中) ，可供石油化工、熱能工程行業(yè)加工管板類設(shè)備改造借鑒。
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