Z3063 摇臂钻床的数控化改造控制系统的设计
2019-4-4 来源： 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 作者：郝亚明
摘 要: 论述了 Z3060 摇臂钻床的数控化改造过程控制系统的设计，介绍了改造过程中所遇到的技术关键问题及其解决方法。通过改造，钻床的精度有了明显的改善，加工效率大大提高，现已成功用于实际生产中。
关键词: 钻床; 数控改造; 系统软件设计
随着加工技术的发展，数控加工技术得到了越来越广泛的应用，但由于数控机床价格很贵，因而有不少企业未能采用数控设备。目前，有不少企业采用将传统机床进行数控改造的方法来降低成本，本文亦就针对摇臂钻床的进给系统特点，来将其改造为经济型数控钻床，节约了企业成本，并在零件精度上能达到要求，获得了较好的经济效益。
1 、数控系统的设计
计算机硬件以及步进电机和驱动电源通常成套定制调试由厂家完成。数控系统的设计工作主要是系统软件的设计。系统软件流程( 图 1) 用于控制步进电机的运行，需对步进电机输入不同的频率，不同个数的脉冲。为得到不同频率的脉冲，本系统采用定时中断法。
图 2 为中断伺服程序，可以看出，程序首先对用户程序进行自检，如有错则返回编辑程序进行修改。实践证明经自检合格的程序，实际加工中基本上不出现错误。
自检完成以后，程序对系统进行初始化，然后等待外部按键输入。一旦有键，如为加工键，即进入加工处理程序。进入加工程序以后，首先置各种标志;接着预处理用户程序; 再开中断，并启动 CTC 定时器，接着进入显示检测循环等待中断。如检测到本段已经加工结束标志，则关中断并取出下一段用户程序，返回 B 点后进入新的一轮循环; 如检测到有暂停信号，则进入到 C 点暂停处理程序。
图 1 主程序流程图
图 2 中断伺服程序
进入暂停处理，首先查询用户按键，接着对按键进行处理并保护相应的参数。如长度、标志等。然后根据键的情况置标志，开中，并启动 CTC 定时器，接着进入显示检测循环等待中断。当主程序进入显示循环以后，时间一到即产生中断信号，CPU 即响应中断，并进入处理中断程序。首先是关中断，并保护现场，接着检测当前运行的坐标，并对之进行处理，如检测长度是否为零，更新时间常数等。然后将新的值输入到步进电机，用当前的长度去更新缓冲区的数据。最后检测是否有暂停信号，如没有，则开中断，恢复现场后返回。如有，则进行暂停处理，置相应的标志，然后再返回，并进入主程序中的暂处理程序。
从图 1、图 2 可看出主程序的主要功能是显示、预处理用户程序和置标志。而中断服务程序的功能是输出数据，更新显示内容，检测暂停信号及置相应标志，系统周而复始运行主程序，直至用户程序结束。
2 、改造后的问题分析及解决方案
2． 1 孔距超差的问题
用改后的钻床钻削多个孔径和孔距较大零件时，孔距较大且有时超差。其原因是原机床的主轴、刀具系统的刚性差，间隙大。其解决的办法是通过调整 X、Y 坐标滚珠丝杠螺母副间的间隙，调整主轴箱夹紧机构使其工作可靠，并在钻削时采用刀具快速接近工件，然后以低速进给定位，接着以正常进给速度进给等措施，可以保证孔距误差在 ± 0． 1 以内。
2． 2 主轴箱夹紧及 Y 向丝杠受力弯曲的问题
当进行钻削时，主轴箱必须处在夹紧状态，而加工完成后，则松开主轴箱。数控机床改造后，采用了液压夹紧、松开机构，使这一问题得到解决。但钻削过程中，由于主轴箱的夹紧和松开，使得主轴和摇臂之间产生相对运动，在 Y 向的机械改造中必须考虑这一相对移动。我们采用了浮动传动机构，避免了将主轴箱的移动传递给滚珠丝杠，避免了丝杠受力弯曲。
2． 3 程序冗余性的问题
如果每个孔都要编一条程序，用户程序将极为复杂。解决的办法是找出零件上孔的分布规律，对一些孔的基本排列做出子程序固化在 ROM 中。例如: 对被加工管板类零件建立数学模型，采用 C 语言编写通用程序来自动生成加工程序，图 3 为流程图。
图 3 加工程序流程图
由于采用 3 速进给工艺，编程时 Z 向数据必须有 6 个，即 3 个进给的长度和 3 个进给的速度值，如果每段程序包含 6 个数据，则容易出错。显然，可以将这段数据固化在 ROM 中，基本建立一个 3 速工艺数据表，编程时能够按工件要求查表调用不同的数据。当然也可以给出一编程格式将 Z 向数据输入RAM 区，以后每加工一个孔调用一次 Z 向数据值。总之，通过将规律数据编制成程序段固化在 ROM的方法，简化了大量的程序语言，使得由系统程序的冗余性而引起系统的响应变慢的问题得到解决。
3 、结束语
改造后的机床专用性强，结构简单，易于维修，改造周期短且提高了机床的性价比，可满足生产急需。对资金有限的小型企业来说，很有推广价值。本数控化改造是成功的( 已用于实际生产中) ，可供石油化工、热能工程行业加工管板类设备改造借鉴。
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