轴类零件中心孔加工技术相关问题分析

2023-02-21

由于车轴零件毛坯为锻件, 轴向没有定位基准, 加工工件中心孔只能依靠操作人员的经验, 通过肉眼观察来确定中心孔的加工深度, 往往造成中心孔孔深尺寸不一致[1]。而将普通车床, 如C316型, 加以改造成为中心孔加工专用机床, 能有效地提高劳动生产率, 降低操作人员的劳动强度, 保证加工质量。从技术改造角度来看, 改装车床对数控技术要求不高。只需对普通车床机械部分进行部分改造, 加装传感器来检测工件端部碰到刀尖一瞬间的信号, 另外需研制一个硬件控制系统。经过改装后, 使车床具备一定智能, 能够在一定范围内寻找工件轴向位置, 确保加工中心孔的孔深尺寸一致性[2]。

1 确定总体设计方案

1.1 系统机械部分改装设计

在普通车床上用传统方法加工中心孔时, 考虑C316型车床原有结构和传动关系, 并分析改装的可能性, 提出下列改装方案: (1) 工件定位夹紧装置。去掉机床原有方刀架、小溜板及后尾座, 在中拖板上通过定位底座连接一个长V形定位块, 两者之间加一调高块来调整不同直径工件的中心高距离, 工件用特制夹具夹紧。将车床传统的工件定位在主轴上实现主体运动方式改为安装在导轨上实现进给运动方式, 既解决了工件长度和直径受车床结构限制的问题, 可以加工比较长、比较粗的轴类零件, 又可以在工件进给时, 严格控制其进给距离, 保证中心孔深度尺寸的一致性。 (2) 拖动系统安装。去掉车床原有挂轮结构, 在溜板箱前面和中拖板前面通过弯板结构连接一台步进电机, 纵向进给直接靠螺母丝杠传动控制。由已编好的程序指令和加工现场外接信号控制步进电机的正、反、停运动, 驱动工件实现纵向进给运动, 保证中心孔深度尺寸和轴心的位置精度。

1.2 两种系统硬件控制方案的设计比较

系统的控制部分有两种比较适合的解决方案。一种基于单片机, 另一种基于PCI总线。这两种方案都可以满足设计要求。以下内容详细讨论了两种方案的异同与各自的优点。

(1) 基于单片机的系统解决方案。这套控制系统经过实践检验, 发现还存在一些问题。如干扰问题。加工场所的干扰比较强, 这套系统采用外部中断方式, 干扰信号易进入单片机;且单片机采集到的数据通过RS-232传送到上位机, 传送过程中可能因干扰而发生错误。 (2) 基于PCI总线的系统解决方案。基于上述方案存在的问题, 本文设计了另一种方案, 该方案基于当今流行的PCI局部总线, 将数据直接采集到计算机进行处理, 省去了中间通信环节, 最大限度地减少了受干扰的可能性, 提高了系统的自动化程度。这个解决方案, 不但能满足系统设计要求, 还基本解决了第一个方案的缺陷。这里就是围绕这个方案的具体实现而展开的。

1.3 系统硬件控制方案设计

这里采用的系统硬件控制设计方案是采用基于PCI总线的系统控制方案, 分三部分: (1) 计算机得到软件系统指令后, 发出信号经过光电祸合, 信号放大使电磁阀得电驱动操纵油缸推动夹具夹紧工件。 (2) 计算机得到工件已经夹紧信号后发出指令驱动步进电机转动。步进电机与中拖板之间用滚珠丝杆直接连接, 步进电机转动从而带动中拖板运行。 (3) 检测刀具与工件接触信号。当步进电机带动中拖板运行到工件接触刀具一瞬间时, 传感器可以检测该信号。控制工件夹紧模块是用来控制工件自动夹紧。操作人员经计算机发出开始指令后, 发出信号经光电祸合, 信号放大电路使电磁阀得电后带动液压油缸推动夹具夹紧工件, 同时反馈信号。

1.4 系统软件设计

轴类零件中心孔加工专用机床控制系统采用了基于PCI总线技术的解决方案。该控制系统在Windows 9.x操作系统下运行, 需要对系统设备进行驱动程序的编写。本课题软件设计应分为两个部分进行编写。

(1) 控制系统的应用程序设计。VC++6.0是一种功能十分强大的高级编程语言, 适合大多数工程技术人员的使用。本文中使用VC++6.0编写控制系统操作界面等。该控制界面需要实现的功能: (1) 控制步进电机拖动中拖板过程的启动与停止。 (2) 控制工件夹紧装置的启闭。 (3) 控制A/D转换的启停和读取A/D转换数据。 (4) 控制中心孔深

(2) 系统设备驱动程序的编写。V x D (Virtual x Driver) 即虚拟设备驱动程序, 它应用于Windows 3.x和9.x操作系统下。Vtools D包含了开发Vx D的所需工具, 使用非常简单。本文需要从三方面进行编写: (1) Vx D虚拟设备驱动程序与硬件。 (2) 从应用程序到V x D通信。 (3) 从V x D到应用程序的通信。

2 控制工件中心孔加工过程

这里利用PCI总线技术, 设计控制系统来实现工件中心孔加工的控制, 其加工过程如下: (1) 从应用程序界面上按动“合夹具”按钮, PCI总线得到响应后, 向PCI9052发出一个信号, 这个信号经光电祸合、信号放大驱动电磁阀闭合, 使液压油缸控制夹具夹紧工件。得到夹具夹紧工件信号后, 从应用程序界面上按动“启动”按钮, PCI总线得到响应后向PCI9052发出运行信号, 这个信号经双路光电祸合器TLP521-2与步进电机驱动器MS-3H057M相连接, 带动步进电机驱动中拖板运行。 (2) 当传感器检测到信号后经信号处理到AD 1674进行转换, 转换信号经过FIFO存储器IDT7202和CPLD芯片X C 9 5 7 2, 向P C I 9 0 5 2发出中断信号LINT#。PCI9052收到中断向PCI总线发出INTA#信号, 请求中断, 通知从FIFO中取数据。计算机确认力传感器信号和电流传感器信号为真信号后, 根据数据经PCI总线发出加工中心孔4mm深度所需脉冲数, 使步进电机驱动中拖板运行至完成工件一端中心孔加工, 立即返回运行到另一端, 当工件与另一端的刀具相接触再度检测信号, 经过相应处理后, 完成工件另一端中心孔深度加工。应用程序发出返回加工原点的指令, 步进电机驱动拖板运行至加工原点后停止, 按动“开夹具”按钮, 启开夹具, 取出工件, 整个工件中心孔加工过程完成。

摘要：本文主要介绍了轴类零件中心孔加工技术设计相关问题, 分别从系统机械部分改装设计, 硬件控制方案设计和系统软件设计三个方面介绍总体设计思想, 另外最后阐述了这里利用PCI总线技术, 设计控制系统来实现工件中心孔加工的控制过程。

关键词：零件中心孔加工,设计方案,硬件控制