據(jù)資料介紹，我國擁有400多萬臺機床，絕大部分都是多年累積生產的普通機床。這 些機床自動化程度不高，加工精度低，要想在短時期內用自動化程度高的設備大量更新． 替代現(xiàn)有的機床，無論從資金還是從我國機床制造廠的生產能力都是不可行的。但 盡快將我國現(xiàn)有的部分普通機床實現(xiàn)自動化和精密化改造叉勢在必行。為此， 如何改 造就成了我國現(xiàn)有設備技術改造迫切要求解決的重要課題。 1 分析 （1）技術在過去的幾十年里．金屬切削機床的基本動作原理變化不大， 但社會生產力特 U是微電子技術、計算機技術的應用發(fā)展很快。反映到機床控制系統(tǒng)上。它既能提高 機床的自動化程度。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。實踐證明，改造后的機床既滿足了技術進步和較高生產率的要求．叉由于產品精度提高，型面加工范圍增多也使改造后的設備適應能力加大了許多。這更加突出了在舊機床上進行數(shù)控技術改造的必要性和迫切性。 （2）經濟由于新型機床價格昂貴，一次性投資巨大， 如果把舊機床設備全部以新型機床替換，國家要花費大量的資金， 而替換下的機床叉會閑置起來造成浪費，若采用改造技術加以現(xiàn)代化． 則可以節(jié)省50％ 以上的資金。從我國的具體情況來講，一套經濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能數(shù)控裝置的1／3到1／5，一般用戶都承擔得起。這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術發(fā)展開創(chuàng)了新路，也對實力雄厚的大型企業(yè)產生了極大的經濟吸引力，起到了事半功倍的積極作用。 （3）市場據(jù)國內資料統(tǒng)計訂購新的數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產需要。因此機床的數(shù)控改造就成為滿足市場需求的主要補充手段。 （4）生產在機械工業(yè)生產中，多品種、中小批量甚至單件生產是現(xiàn)代機械制造的基本特征，占有相當大的比重。要完成這些生產任務，不外乎選擇通用機床、專用機床或數(shù)控機床．其中數(shù)控機床是最能適應這種生產需要的。 從上述分析中不難看出數(shù)控技術用于機床改造是建立在微電子現(xiàn)代技術與傳統(tǒng)技術相結合的基礎之上。通過理論上的推導和實踐使用的證明，把微機數(shù)控系統(tǒng)引八機床的改造有以下幾方面的優(yōu)點： ① 可靠性高；②柔性強；③ 易于實現(xiàn)機電一體化；④經濟性可觀。為此在舊的機床上進行數(shù)控改造可以提高機床的使用性能，降低生產成本，用較少的資金投入而得到較高的機床性能和較大的經濟效益。以ZA5025/I型普通鉆床改造為倒 ZA5025/l型圓柱立式鉆床在我國機械加工行業(yè)用量比較大，這主要是它購置費用低，操作簡便實用，故現(xiàn)機加工行業(yè)還在廣泛的應用。 該種機床的傳動系統(tǒng)主要由兩大部分組成： 一是主運動傳動鏈，它的功用是把動力源（主電機）的運動傳給主軸，使主軸帶動鉆頭旋轉。通過操縱手柄控制，主軸可具有12種轉速。 二是進給運動傳動鏈，它的動力源也是主電機通過控制操縱手柄，可使主軸得到4種進給量．但也可手動控制。 改造該種機床一可以提高原機床的精度和自動化程度，達到快速調整而且仍能保持機床的通用性．二可以提高原機床的功能． 利用微機數(shù)控方法準確地加工工件。 2 選擇 本著對機床的改動盡可能少、控制部分要求抗干擾性強、改造成本低的原則．依據(jù)有關資料的技術要求，改造之前應對該機床的性能、數(shù)據(jù)有所掌握．以便針對機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，一是設計一套簡易微機數(shù)控x—Y工作臺，固定在鉆床的工作臺上。二是將控制鉆頭上、下運動的手柄拆去，改用微機控制步進電機通過一級減速裝置使鉆頭上下運動。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。則鉆床步進電機的脈沖當量可進為0．01ram／step，步進電機的步距角=1 5。。 3 方案 （1） 系統(tǒng)運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)，點位直線系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng) 如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用點位控制方式。數(shù)控鉆床在工作臺移動過程中鉆頭并不進行鉆孔加工， 因此數(shù)控裝置可采用點位控制方式。對點位系統(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到較高水平的基本問題． 但是步進電機具有角位移與輸入脈沖的嚴格對應關系。使步距誤差不會積累；轉速和輸入脈沖頻率嚴格的對應關系，而且在負載能力范圍內不受電流、電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化的特點。并且步進電機控制的開環(huán)系統(tǒng)由于不存在位置檢測與反饋控制的問題．結構比較簡單，易于控制系統(tǒng)的實現(xiàn)與調試。并且隨著電子技術和計算機控制技術的發(fā)展。在改善步進電機控制性能方面也取得了可喜的發(fā)展。因此，在一定范圍內，這種采用步進電機作為驅動執(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)中應用。 雖然閉環(huán)、半閉環(huán)控制為實現(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、反饋比較及伺服放大等環(huán)節(jié)，除了在安裝調試增加工作量和復雜性外， 從控制理論的角度看，要實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的良好穩(wěn)態(tài)和動態(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行改造，精度要求不是很高（系統(tǒng)分辨率0．01即可），為了簡化結構，降低成本，本文采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)。 （3）執(zhí)45-機構傳動方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設計機構傳動裝配時，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。故在設計中應考慮以下幾點： ① 盡量采用低摩擦的傳動和導向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導軌等。 ② 盡量消除傳動間隙。如步進電機上的傳動齒輪采用偏心軸套式消庶結構。 ③ 縮短傳動鏈。縮短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度。減小傳動鏈誤差。可采用預緊以提高系統(tǒng)的傳動剛度。如應用預加負載的滾動導軌和滾珠絲杠傳動副，絲杠支承設計成兩端軸向固定，并加預拉伸的結構等提高傳動剛度。 x—Y工作臺傳動采用滾珠絲杠螺母傳動副和滾動導軌。 （4）計算機系統(tǒng)的選擇計算機數(shù)控系統(tǒng)一般由微機部分、I／O接口電路、光電隔離電路、伺服電機驅動電路、檢測電路等幾部分所組成。 在簡易數(shù)控系統(tǒng)中， 大多采用8位微處理器的微型計算機。如何采用Z80CPU或MCS一51單片機組成的微機應用系統(tǒng)。 Z80CPU有芯片價廉，通用性強，維修方便等特點。MCS一51單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快和很高的性能價格比等特點。通過比較，對于簡易數(shù)控機床推薦采用MCS一51系列單片機作為主控制器。 4 實施 ① 保留原機床主傳動鏈，保留鉆床工作臺和控制工作臺移動手柄，在原工作臺上安裝一套微機數(shù)控的x—Y工作臺。由于x—Y工作臺的運動部件重量和切削力不大。因此選用有預加載荷的雙v形滾珠導軌。采用滾動導軌可減小兩個相對運動面的動、靜摩擦系數(shù)之差，從而提高運動平穩(wěn)性，減小振動?？紤]到電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率0．01要求，需采用齒輪降速傳動。 ② 將控制鉆頭進給運動的手柄拆去，改用步進電機，步進電機通過一級減速，使齒輪與套筒上的齒條嚙臺，從而實現(xiàn)了主軸向下進給或向上退出。 ③ 在x、Y工作臺的下底板的4個角留有一個凸臺，各開一個槽，把螺栓插入原工件臺的槽及此槽內用螺母旋緊 綜上所述， 本文改造的總體方案確定為：采用8031單片機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I／O接口輸出步進脈沖步進電機經一級齒輪減速后， 帶動絲杠轉動．從而實現(xiàn)工件的縱向、橫向運動，同時為了防止意外事故，保護微機及其它設備，還設置報警．急停電路等，其系統(tǒng)框圖見附圖。