吳德，梁景明，陳平改

臥式CY6140普通車床智能化改造設(shè)計(jì)方案

吳德1，梁景明1，陳平改2

（1.中山火炬開(kāi)發(fā)區(qū)理工學(xué)校，廣東 中山 528400；2.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 深圳 518000）

通過(guò)對(duì)CY6140臥式普通車床進(jìn)行智能化改造，把我校的一批老式車床改造成智能化車床以供日常教學(xué)使用，節(jié)約教學(xué)成本和教學(xué)設(shè)備的升級(jí)改造。對(duì)臥式CY6140普通車床進(jìn)行了改造，讓手動(dòng)操作的進(jìn)給加工可以變成半主動(dòng)或自動(dòng)的加工進(jìn)給，改造的內(nèi)容分為兩個(gè)部分。一部分是機(jī)床原來(lái)的進(jìn)行系統(tǒng)由絲桿螺母副改造成伺服電機(jī)控制滾珠絲桿螺母副，可以提高改造后機(jī)床的傳到精度和加工效率；另一部分是以單片機(jī)作為控制器對(duì)上述系統(tǒng)加以控制，實(shí)現(xiàn)智能化改造。

臥式CY6140普通車床；智能化改造；單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)

1 引言

2 設(shè)計(jì)要求

總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮現(xiàn)有設(shè)備機(jī)床的使用情況以及改造的經(jīng)費(fèi)要求，同時(shí)兼顧機(jī)床加工精度、數(shù)控系統(tǒng)的選擇、傳動(dòng)方式以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。

CY6140普通機(jī)床如圖1所示。CY6140普通車床總體改造方案如圖2所示。CY6140車床設(shè)計(jì)要求：①具備普通數(shù)控車床的基本功能，如直線插補(bǔ)、圓弧的加工和自動(dòng)加工等功能；②選擇的數(shù)控系統(tǒng)要簡(jiǎn)單，學(xué)生上手容易，且保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本；③設(shè)定最高轉(zhuǎn)速和加工切削產(chǎn)生的最大力矩，選擇合適的伺服電機(jī)及其控制電路；④設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路；⑤進(jìn)給系統(tǒng)絲杠螺母副組成改造成滾珠絲桿，傳到精度高且定位準(zhǔn)確；⑥CY6140普通車床的基本機(jī)構(gòu)不變，為了減少工作量，同時(shí)需要考慮其智能化。

圖1 CY6140普通機(jī)床

圖2 CY6140普通車床總體改造方案

3 CY6140普通車床機(jī)械設(shè)計(jì)方案

3.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)

本次的CY6140車床改造的主要部分是機(jī)床的溜板箱、車床的刀架以及進(jìn)給系統(tǒng)的部分零件等。

CY6140車床的掛輪架部分全部要進(jìn)行更換，要想實(shí)現(xiàn)智能化，需在主軸處安裝光電脈沖發(fā)生器，輸出脈沖信號(hào)。

CY6140車床的進(jìn)給箱部分也要全部拆掉，重新?lián)Q上新零件，如絲杠、光杠和操縱桿拆去，換上滾珠絲桿，一端安裝伺服電機(jī)，另一端連接床身尾座部分，并安裝軸承座。

CY6140車床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造方法：①拆除原來(lái)的絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)件，換上滾珠絲桿，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)的結(jié)果，選擇選取滾珠絲杠直徑為40 mm，型號(hào)為CD40x6-3.5-E2，其額定動(dòng)載荷是19 kN，強(qiáng)度足夠；②為了保證滾珠絲桿的回轉(zhuǎn)精度，在它的兩端各安裝一個(gè)支撐座；③由于支撐座要根據(jù)機(jī)床的床身位置而設(shè)計(jì)的，不能選用標(biāo)準(zhǔn)件，因此需要加工出來(lái)，我們采用數(shù)控銑削的方式，保證其尺寸和形位公差；④完成進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配后，主要檢測(cè)滾珠絲杠與導(dǎo)軌的平行度，使用百分表和水平儀進(jìn)行測(cè)量，確保絲杠傳動(dòng)平穩(wěn)。

CY6140機(jī)床的向進(jìn)給系統(tǒng)的改造同上述的一樣，把原來(lái)的零件拆卸后，更換成伺服電機(jī)與滾珠絲桿機(jī)構(gòu)，為了保證同軸度和傳動(dòng)精度，改造完成后，重點(diǎn)檢測(cè)其回轉(zhuǎn)精度和同軸度。

3.2 車床具體改造方法

車床具體改造方法如下：①把車床溜板箱固定不動(dòng)，先把進(jìn)給部分的大拖板及相應(yīng)的配件拆下來(lái)，留著小拖板，后面加裝伺服電機(jī)進(jìn)行控制；②為了讓伺服電機(jī)和機(jī)床原來(lái)的拖板進(jìn)行連接，選用法蘭盤(pán)來(lái)進(jìn)行固定與連接，法蘭盤(pán)在加工制作時(shí)，要兼顧其形位公差；③伺服電機(jī)和滾珠絲桿的連接，我們采用聯(lián)軸器和電機(jī)固定座；④安裝完成后，使用使百分表進(jìn)行調(diào)試，使絲杠的旋轉(zhuǎn)精度控制在0.02 mm之內(nèi)。絲桿電機(jī)連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 絲桿電機(jī)連接結(jié)構(gòu)圖

刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架。

楊譯：Some learn the truth earlier than others,and some have special skills-that is all.[5]153

改造步驟：①使用扳手和其他工具將原來(lái)車床的刀架拆除；②在拆下來(lái)的小拖板上鉆四個(gè)螺紋孔，使用螺栓將電動(dòng)刀架與小拖板固定下來(lái)，并進(jìn)行調(diào)試熱繼電器和中間繼電器。刀架改造如圖4所示。

圖4 刀架改造

改造后的CY6140車床要具備回零的功能，因此車床需要在、兩個(gè)正方向上加裝一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，來(lái)保證工作臺(tái)回零時(shí)在安全的位置。

改造方法：①在、的各自正方向上，使用螺釘將行程開(kāi)關(guān)和擋塊固定在床身上；②為了使車床也具備數(shù)控車床的減速信號(hào)和回零信號(hào)，安裝的時(shí)候調(diào)整擋塊的位置，將它們錯(cuò)開(kāi)一段距離，保證信號(hào)的正常。

4 單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)的功能要求

系統(tǒng)的功能要求包括軸和軸方向的伺服功能、刀架自動(dòng)回轉(zhuǎn)控制功能、螺紋加工系統(tǒng)控制、系統(tǒng)行程功能、輸入輸出人機(jī)控制功能、輸出界面功能管理、其他功能。其他功能包括光電信號(hào)隔離、信號(hào)功率增大、異常情況報(bào)警系統(tǒng)、設(shè)備急停、設(shè)備復(fù)位。

4.2 電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：①CPU采用BF7612BM28SOP；②擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器采用芯片AT24C02，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)，有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用62128；③擴(kuò)展可編程接口電路；④地址鎖存器74LS373、譯碼器各一個(gè)；⑤鍵盤(pán)接口電路，顯示接口電路；⑥光電隔離與放大電路；⑦啟動(dòng)、急停、報(bào)警等電路；⑧觸控設(shè)置電路。

圖5 電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

5 軟件的設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)具體如下。

軟件管理程序：主程序運(yùn)行框架，管理各個(gè)系統(tǒng)設(shè)置，子功能運(yùn)行，綜合協(xié)調(diào)處理。

加工程序輸入部分：通過(guò)外部I/O輸入加工零件的處理程序。

伺服控制部分：根據(jù)任務(wù)或指令控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速。

功能故障處理程序：包括故障判斷、故障處理等功能。

外部I/O部分：輸入設(shè)置部分和狀態(tài)顯示部分。

6 總結(jié)

本文提供了一種普通車床智能化改造方案，并在小范圍內(nèi)開(kāi)展設(shè)備的技能改造，取得了良好的效應(yīng)，具有一定的穩(wěn)定性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性。

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TG659

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.003

2095－6835（2021）08－0009－02

梁景明（1995—），男，廣東吳川人，本科，中山火炬開(kāi)發(fā)區(qū)理工學(xué)校專任教師。陳平改（2002—），男，就讀于深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，專業(yè)為電子信息技術(shù)。

吳德（1983—），男，湖南醴陵人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)、通信、機(jī)器視覺(jué)等。

〔編輯：王霞〕