吳德，梁景明，陳平改

臥式CY6140普通車床智能化改造設(shè)計方案

吳德1，梁景明1，陳平改2

（1.中山火炬開發(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）

通過對CY6140臥式普通車床進行智能化改造，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)備的升級改造。對臥式CY6140普通車床進行了改造，讓手動操作的進給加工可以變成半主動或自動的加工進給，改造的內(nèi)容分為兩個部分。一部分是機床原來的進行系統(tǒng)由絲桿螺母副改造成伺服電機控制滾珠絲桿螺母副，可以提高改造后機床的傳到精度和加工效率；另一部分是以單片機作為控制器對上述系統(tǒng)加以控制，實現(xiàn)智能化改造。

臥式CY6140普通車床；智能化改造；單片機；步進電機

1 引言

2 設(shè)計要求

總體方案設(shè)計應(yīng)考慮現(xiàn)有設(shè)備機床的使用情況以及改造的經(jīng)費要求，同時兼顧機床加工精度、數(shù)控系統(tǒng)的選擇、傳動方式以及執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。

CY6140普通機床如圖1所示。CY6140普通車床總體改造方案如圖2所示。CY6140車床設(shè)計要求：①具備普通數(shù)控車床的基本功能，如直線插補、圓弧的加工和自動加工等功能；②選擇的數(shù)控系統(tǒng)要簡單，學(xué)生上手容易，且保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(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及其控制電路；④設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路；⑤進給系統(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普通車床的基本機構(gòu)不變，為了減少工作量，同時需要考慮其智能化。

圖1 CY6140普通機床

圖2 CY6140普通車床總體改造方案

3 CY6140普通車床機械設(shè)計方案

3.1 進給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計

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

CY6140車床的掛輪架部分全部要進行更換，要想實現(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。

CY6140車床的進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，另一端連接床身尾座部分，并安裝軸承座。

CY6140車床進給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的改造方法：①拆除原來的絲桿螺母傳動件，換上滾珠絲桿，根據(jù)計算數(shù)據(jù)的結(jié)果，選擇選取滾珠絲杠直徑為40 mm，型號為CD40x6-3.5-E2，其額定動載荷是19 kN，強度足夠；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支撐座；③由于支撐座要根據(jù)機床的床身位置而設(shè)計的，不能選用標(biāo)準(zhǔn)件，因此需要加工出來，我們采用數(shù)控銑削的方式，保證其尺寸和形位公差；④完成進給機構(gòu)的裝配后，主要檢測滾珠絲杠與導(dǎo)軌的平行度，使用百分表和水平儀進行測量，確保絲杠傳動平穩(wěn)。

CY6140機床的向進給系統(tǒng)的改造同上述的一樣，把原來的零件拆卸后，更換成伺服電機與滾珠絲桿機構(gòu)，為了保證同軸度和傳動精度，改造完成后，重點檢測其回轉(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，先把進給部分的大拖板及相應(yīng)的配件拆下來，留著小拖板，后面加裝伺服電機進行控制；②為了讓伺服電機和機床原來的拖板進行連接，選用法蘭盤來進行固定與連接，法蘭盤在加工制作時，要兼顧其形位公差；③伺服電機和滾珠絲桿的連接，我們采用聯(lián)軸器和電機固定座；④安裝完成后，使用使百分表進行調(diào)試，使絲杠的旋轉(zhuǎn)精度控制在0.02 mm之內(nèi)。絲桿電機連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 絲桿電機連接結(jié)構(gòu)圖

刀架：拆除原刀架，改裝自動回轉(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車床的刀架拆除；②在拆下來的小拖板上鉆四個螺紋孔，使用螺栓將電動刀架與小拖板固定下來，并進行調(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、兩個正方向上加裝一個限位開關(guān)，來保證工作臺回零時在安全的位置。

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)控車床的減速信號和回零信號，安裝的時候調(diào)整擋塊的位置，將它們錯開一段距離，保證信號的正常。

4 單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計

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隔離、信號功率增大、異常情況報警系統(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擴展程序存儲器采用芯片AT24C02，內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，有一個16字節(jié)頁寫緩沖器，擴展數(shù)據(jù)存儲器選用62128；③擴展可編程接口電路；④地址鎖存器74LS373、譯碼器各一個；⑤鍵盤接口電路，顯示接口電路；⑥光電隔離與放大電路；⑦啟動、急停、報警等電路；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

軟件的設(shè)計具體如下。

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

加工程序輸入部分：通過外部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、實用性、經(jīng)濟性。

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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，主要研究方向為電子技術(shù)、通信、機器視覺等。

〔編輯：王霞〕