CKJ6163型机床的部分改进方案

【摘要】本次改进中主要是以步进电机作为执行元件，使其完成横纵向溜板以及刀架的自动化，对原有的手动传动部件做了大量的拆除。在控制方面，拆除原来的手动装置，用数控系统代替。数控系统采用的是单片机控制，只要用高级语言编写加工程序，输入单片机中就可以完成相应的加工。数控系统由单片机、键盘、变频检测系统构成，具有间隙补偿、直线插补、圆弧插补、螺纹加工等主要功能。

【关键词】滚珠丝杠;数控系统;纵向进给;直线插补;圆弧插补

数控机床是综合应用机械、计算机、自动控制、自动检测及信息处理等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品。它的广泛使用给机械制造业生产，产品结构，产业结构带来了深刻变化。

在传统的CKJ6163车床母体上，加装数控装置，将其改造成数控车床，使其实现多种常见零件的半自动或全自动化加工，且应实现CKJ6163车床原有功能，在机床的精度，性能方面除保持原来状况还应有所提高，减轻工人的劳动强度。

通过查看CKJ6163车床及有关资料，并且参考数控机床的改造经验，确定总体方案为：采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输入步进脉冲，经一级齿轮和蜗杆，蜗轮减速后，带动滚珠丝杠和刀架的旋转运动。

改进后的经济型数控机床应具有定位，直线插补，两坐标轴Z、X联动的顺逆圆弧插补，加工暂停，循环加工，公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到经济型数控机床对加工精度的要求不是很高，同时为了简化机构，降低成本，决定采用由微机控制的步进电机开环控制系统。

根据经济型原则和机床加工能力的要求，决定采用8位单片机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快和为工业现场制造，抗干扰能力强和现场维修方便，具有很高的性能价格比等特点，采用MCS-51系列中的8031单片机来组建数控系统。

系统的加工程序调用和控制命令的实施通过数控系统的控制面板来操作，键盘输入命令和调用程序，编辑程序，LED显示加工信息，其它的控制由相应的控制开关加以以控制。

为实现机床所需要的分辨率，传动系统采用步进电机经齿轮和蜗轮蜗杆减速再带动丝杠和刀架旋转系统转动，为保证一定的传动精度和平稳性，应尽量减小摩擦阻力选用滚珠丝杠螺母副，同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构，齿轮传动采用消除齿侧间隙的结构。

目前在经济型数控机床中，推荐使用MCS-51系列单片机作为主控制器。

在选择程序存储器芯片时，要考虑CPU与EPROM时序的匹配，还应考虑最大读出速度，工作温度及存储器容量等问题。

自动回转刀架换刀时，由8155（1）的PC0～PC3发出到位信号，控制刀架电机回转，到达指定的刀位，刀位夹紧之后，发出换刀回答信号，经8155（1）的PB5输入计算机，控制刀架开始进给。

当加工螺纹时，由于主轴相连的光电脉冲发生器发出螺纹信号和零位螺纹信号，分别送入8031的To和8155（1）的PB6。通过设置不同的时间常数来加工不同螺距的螺纹，零位螺纹信号是螺纹乱扣。

控制面板是用来操纵整个数控系统的，应该集中控制系统的操作功能，可手动调整和编程，开关数控系统和紧急下关停数控机床，并设有报警显示电路，使操作者清楚机床所处的工作状态。

本次改进，是对此项技术的再次探索与实践，CKJ6163普通车床的数控化改造完成后，将表现出许多优于原机床的特点。

首先，此次改进选用了性价比高的8031单片机作为主控制器，既满足设计要求，又比较经济。

其次，改进后可以提高原机床的精度和自动化加工程度，达到快速调整而又能保持机床通用性要求。

最后，在功能方面。配有四工位自动转动刀架，可先后用四把刀进行切削加工，机床主轴的启动，停止，纵横向进给运动的行程和速度可实现自动控制。

刀具的制造者和机械师已经通过设计系统不断改善NC技术来解决这些问题，这些进步的很多都是电子的进步所提供的，下一部分我们研究一下已经引导NC操纵发展方向的电子学和故态电子学的进步。

计算机数控是一个利用专用的，存储信息程序的计算机来形成一些或所有的基本数控功能。因为计算机趋于小型化，现在所售的CNC系统大多采用微型计算机控制设备。多年来微型计算机仍被用于CNC控制器。

计算机数控本身拥有传统NC所无法比拟的自身的优点，下面是对前面讨论的一个总结：

零件程序带和磁带阅读机只用一次，程序就进入了计算机存储器。这就提高了可靠性。因为磁带阅读机对于传统的NC系统来说被视为最不重要的部件。

车间的磁带编辑。在机床的所在地进行带子试用期间NC带可以被改正甚至最优化。

单位转换。CNC可以将已有的英制单位的带子转化为公制单位。

巨大的灵活性。CNC比传统NC优越的重要表现之一就是灵活性。这灵活性为相对简单的低价位的引进新的控制选择提供了机会。CNC系统被淘汰的风险就因此而降低了。

用户写程序。对CNC来说用户写程序是一个没有被预料到的优点。这些程序通常被存储在CNC存储器的子程序中。

整体制造系统。CNC更适用于工厂整体制造系统的计算机化系统，这样的一个系统的一个绊脚石是直接数控的应用。

总之，本次改进方案周期短，且价格低，功能相对完善，不足之处在于：主轴变速操作仍没实现自动化操作，若要对主轴实现自动化控制，要对主轴传动系统进行改造，更换主电机，采用多速电机成变频电机，对电机的转速进行数控化改造成本高，方案不成熟，周期长，相对增加的功能性价比低，故未对传动系统进行改造，仍采用原CKJ6163传动系统的传动装置。

参考文献：

[1]张建民.机电一体化系统设计[M].高等教育出版社，20xx，6272

[2]谢红.数控机床机器人——机械系统设计指导[M].同济大学出版社，20xx，6795

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[4]廖效果.数字控制机床[M].华中科技大学出版社，20xx，5672

[5]李洪主.使用机床设计手册[J].辽宁科学技术出版社，5263

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