據(jù)資料介紹，我國(guó)擁有400多萬臺(tái)機(jī)床，絕大部分都是多年累積生產(chǎn)的普通機(jī)床。這 些機(jī)床自動(dòng)化程度不高，加工精度低，要想在短時(shí)期內(nèi)用自動(dòng)化程度高的設(shè)備大量更新． 替代現(xiàn)有的機(jī)床，無論從資金還是從我國(guó)機(jī)床制造廠的生產(chǎn)能力都是不可行的。但 盡快將我國(guó)現(xiàn)有的部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改造叉勢(shì)在必行。為此， 如何改 造就成了我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的重要課題。 1 分析 （1）技術(shù)在過去的幾十年里．金屬切削機(jī)床的基本動(dòng)作原理變化不大， 但社會(huì)生產(chǎn)力特 U是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展很快。反映到機(jī)床控制系統(tǒng)上。它既能提高 機(jī)床的自動(dòng)化程度。叉能提高加工的精度，現(xiàn)已有一些企業(yè)在這方面傲了有益的嘗試。實(shí)踐證明，改造后的機(jī)床既滿足了技術(shù)進(jìn)步和較高生產(chǎn)率的要求．叉由于產(chǎn)品精度提高，型面加工范圍增多也使改造后的設(shè)備適應(yīng)能力加大了許多。這更加突出了在舊機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控技術(shù)改造的必要性和迫切性。 （2）經(jīng)濟(jì)由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大， 如果把舊機(jī)床設(shè)備全部以新型機(jī)床替換，國(guó)家要花費(fèi)大量的資金， 而替換下的機(jī)床叉會(huì)閑置起來造成浪費(fèi)，若采用改造技術(shù)加以現(xiàn)代化． 則可以節(jié)省50％ 以上的資金。從我國(guó)的具體情況來講，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的1／3到1／5，一般用戶都承擔(dān)得起。這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)發(fā)展開創(chuàng)了新路，也對(duì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)吸引力，起到了事半功倍的積極作用。 （3）市場(chǎng)據(jù)國(guó)內(nèi)資料統(tǒng)計(jì)訂購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)需要。因此機(jī)床的數(shù)控改造就成為滿足市場(chǎng)需求的主要補(bǔ)充手段。 （4）生產(chǎn)在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，多品種、中小批量甚至單件生產(chǎn)是現(xiàn)代機(jī)械制造的基本特征，占有相當(dāng)大的比重。要完成這些生產(chǎn)任務(wù)，不外乎選擇通用機(jī)床、專用機(jī)床或數(shù)控機(jī)床．其中數(shù)控機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的。 從上述分析中不難看出數(shù)控技術(shù)用于機(jī)床改造是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)之上。通過理論上的推導(dǎo)和實(shí)踐使用的證明，把微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)引八機(jī)床的改造有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： ① 可靠性高；②柔性強(qiáng)；③ 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；④經(jīng)濟(jì)性可觀。為此在舊的機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控改造可以提高機(jī)床的使用性能，降低生產(chǎn)成本，用較少的資金投入而得到較高的機(jī)床性能和較大的經(jīng)濟(jì)效益。以ZA5025/I型普通鉆床改造為倒 ZA5025/l型圓柱立式鉆床在我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)用量比較大，這主要是它購(gòu)置費(fèi)用低，操作簡(jiǎn)便實(shí)用，故現(xiàn)機(jī)加工行業(yè)還在廣泛的應(yīng)用。 該種機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由兩大部分組成： 一是主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，它的功用是把動(dòng)力源（主電機(jī)）的運(yùn)動(dòng)傳給主軸，使主軸帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)。通過操縱手柄控制，主軸可具有12種轉(zhuǎn)速。 二是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，它的動(dòng)力源也是主電機(jī)通過控制操縱手柄，可使主軸得到4種進(jìn)給量．但也可手動(dòng)控制。 改造該種機(jī)床一可以提高原機(jī)床的精度和自動(dòng)化程度，達(dá)到快速調(diào)整而且仍能保持機(jī)床的通用性．二可以提高原機(jī)床的功能． 利用微機(jī)數(shù)控方法準(zhǔn)確地加工工件。 2 選擇 本著對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少、控制部分要求抗干擾性強(qiáng)、改造成本低的原則．依據(jù)有關(guān)資料的技術(shù)要求，改造之前應(yīng)對(duì)該機(jī)床的性能、數(shù)據(jù)有所掌握．以便針對(duì)機(jī)床本身的精度高低來確定改造后的精度和改裝范圍。 一般來講，普通立式鉆床的數(shù)控改造主要有兩部分，一是設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)易微機(jī)數(shù)控x—Y工作臺(tái)，固定在鉆床的工作臺(tái)上。二是將控制鉆頭上、下運(yùn)動(dòng)的手柄拆去，改用微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)通過一級(jí)減速裝置使鉆頭上下運(yùn)動(dòng)。根據(jù)數(shù)控鉆床的性能要求，一般鉆床的加工精度在0．1～0．02之間。則鉆床步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量可進(jìn)為0．01ram／step，步進(jìn)電機(jī)的步距角=1 5。。 3 方案 （1） 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)，點(diǎn)位直線系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng) 如果工件相對(duì)于刀具移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削，可選用點(diǎn)位控制方式。數(shù)控鉆床在工作臺(tái)移動(dòng)過程中鉆頭并不進(jìn)行鉆孔加工， 因此數(shù)控裝置可采用點(diǎn)位控制方式。對(duì)點(diǎn)位系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。 （2）伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置伺服控制有開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)3種控制方式。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著控制精度不能達(dá)到較高水平的基本問題． 但是步進(jìn)電機(jī)具有角位移與輸入脈沖的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系。使步距誤差不會(huì)積累；轉(zhuǎn)速和輸入脈沖頻率嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電流、電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化的特點(diǎn)。并且步進(jìn)電機(jī)控制的開環(huán)系統(tǒng)由于不存在位置檢測(cè)與反饋控制的問題．結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試。并且隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展。在改善步進(jìn)電機(jī)控制性能方面也取得了可喜的發(fā)展。因此，在一定范圍內(nèi)，這種采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的開環(huán)伺服系統(tǒng)可以滿足加工要求。適宜于在精度要求不很高的一般數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用。 雖然閉環(huán)、半閉環(huán)控制為實(shí)現(xiàn)高精度的位置伺服控制提供了可能，然而由于在具體的系統(tǒng)中，增加了位置檢測(cè)、反饋比較及伺服放大等環(huán)節(jié)，除了在安裝調(diào)試增加工作量和復(fù)雜性外， 從控制理論的角度看，要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的良好穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，其難度也將大為提高。為此，考慮到在昔通立式鉆床上進(jìn)行改造，精度要求不是很高（系統(tǒng)分辨率0．01即可），為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，本文采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)。 （3）執(zhí)45-機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝配時(shí)，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無問隙、高諧振以及有適宜阻尼比的要求。故在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： ① 盡量采用低摩擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌等。 ② 盡量消除傳動(dòng)間隙。如步進(jìn)電機(jī)上的傳動(dòng)齒輪采用偏心軸套式消庶結(jié)構(gòu)。 ③ 縮短傳動(dòng)鏈?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度。如應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠傳動(dòng)副，絲杠支承設(shè)計(jì)成兩端軸向固定，并加預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等提高傳動(dòng)剛度。 x—Y工作臺(tái)傳動(dòng)采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副和滾動(dòng)導(dǎo)軌。 （4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)一般由微機(jī)部分、I／O接口電路、光電隔離電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路等幾部分所組成。 在簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)中， 大多采用8位微處理器的微型計(jì)算機(jī)。如何采用Z80CPU或MCS一51單片機(jī)組成的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 Z80CPU有芯片價(jià)廉，通用性強(qiáng)，維修方便等特點(diǎn)。MCS一51單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快和很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)。通過比較，對(duì)于簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床推薦采用MCS一51系列單片機(jī)作為主控制器。 4 實(shí)施 ① 保留原機(jī)床主傳動(dòng)鏈，保留鉆床工作臺(tái)和控制工作臺(tái)移動(dòng)手柄，在原工作臺(tái)上安裝一套微機(jī)數(shù)控的x—Y工作臺(tái)。由于x—Y工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和切削力不大。因此選用有預(yù)加載荷的雙v形滾珠導(dǎo)軌。采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可減小兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)面的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，減小振動(dòng)?？紤]到電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率0．01要求，需采用齒輪降速傳動(dòng)。 ② 將控制鉆頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的手柄拆去，改用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過一級(jí)減速，使齒輪與套筒上的齒條嚙臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了主軸向下進(jìn)給或向上退出。 ③ 在x、Y工作臺(tái)的下底板的4個(gè)角留有一個(gè)凸臺(tái)，各開一個(gè)槽，把螺栓插入原工件臺(tái)的槽及此槽內(nèi)用螺母旋緊 綜上所述， 本文改造的總體方案確定為：采用8031單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I／O接口輸出步進(jìn)脈沖步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速后， 帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)．從而實(shí)現(xiàn)工件的縱向、橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)為了防止意外事故，保護(hù)微機(jī)及其它設(shè)備，還設(shè)置報(bào)警．急停電路等，其系統(tǒng)框圖見附圖。