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臥式 CY6140 普通車床智能化改造設(shè)計(jì)方案

2022-3-21 來源：中山火炬開發(fā)區(qū)理工學(xué)校深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院作者：吳德梁景明陳平改

摘要：通過對(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。

關(guān)鍵詞：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

“車工技能訓(xùn)練”和“數(shù)控車床編程與操作”是中職機(jī)械專業(yè)的核心課程，車床設(shè)備更新與維修維護(hù)耗資巨大，設(shè)備數(shù)量不足，生均設(shè)備資產(chǎn)不高，企業(yè)淘汰的大批普通車床經(jīng)過智能數(shù)控化改造能在一定程度上滿足學(xué)校的教學(xué)需求，使得資源得到合理的利用，以較低的成本完成設(shè)備技改升級(jí)。教學(xué)設(shè)備技改不僅能夠提高設(shè)備的利用率，還能夠提高教師的專業(yè)技術(shù)水平。

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(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拆除原來的絲桿螺母傳動(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 19kN，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，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 Z 向進(jìn)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(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，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)床原來的拖板進(jìn)行連接，選用法蘭盤來進(jìn)行固定與連接，法蘭盤在加工制作時(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。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(gè)螺紋孔，使用螺栓將電動(dòng)刀架與小拖板固定下來，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 X、Z 兩個(gè)正方向上加裝一個(gè)限位開關(guān)，來保證工作臺(tái)回零時(shí)在安全的位置。

改造方法：①在 X、Y 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(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 Z 軸和 X 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)頁寫緩沖器，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。