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臥式 CY6140 普通車床智能化改造設計方案

2022-3-21 來源：中山火炬開發區理工學校深圳職業技術學（xué）院作者：吳德梁景明陳平改

摘要：通過對 CY6140 臥式普（pǔ）通車床進行（háng）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使用，節約教學成本和教學設備的升（shēng）級改造。對臥（wò）式 CY6140 普通車床進（jìn）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，改造的內容分為兩（liǎng）個（gè）部分。一部（bù）分是（shì）機床原來的進行係統由絲杆螺母副改（gǎi）造（zào）成伺服電機控製滾珠絲杆螺母（mǔ）副，可以提高改造後機床的傳到精（jīng）度和加工（gōng）效率（lǜ）；另一部分是以單片機作為控製（zhì）器對上述係統加以控製，實現智能化改造。

關鍵（jiàn）詞：臥式 CY6140 普通（tōng）車床；智能化改造；單片機；步進電機

1、引言

“車工技能訓練”和“數控車床編程與操作”是中職機械專業的（de）核心課程，車床設備（bèi）更新與維修維護耗資巨大，設備數量（liàng）不足，生均設備資產不高，企業淘汰的大批普通車床經過智能（néng）數控化改造能（néng）在一定程度上滿足學校的教學需求（qiú），使得資源得到合理的利用，以較低的成本完成設備技改升級。教（jiāo）學設備技改不僅能夠提高設備（bèi）的利用率，還（hái）能夠提高教師的專業技術水平。

2、設計要（yào）求

總體方案設計（jì）應考慮現有設備機床（chuáng）的使用情況（kuàng）以及改造的經費（fèi）要求（qiú），同時（shí）兼（jiān）顧機床加工（gōng）精度、數控係統的選擇、傳動方式以及執行機構的選擇等。

CY6140 普通機床（chuáng）如圖 1 所示。CY6140 普通車床總體改造方案如圖 2 所示。CY6140 車床（chuáng）設計要求：①具備普通數控車床的基本功能，如直線插補、圓弧的加工和自動（dòng）加工等功能；②選擇的數控係統要簡單，學生上手容易，且（qiě）保證一定加（jiā）工精度的（de）前提下應簡化結構、降低成本；③設定最高轉速和（hé）加工切削產生的最大力矩，選擇合適的伺服電機及其控製電路；④設計自（zì）動回轉刀架及其控製電路；⑤進給係統絲杠螺母（mǔ）副組成改造成滾珠絲杆，傳到精度高且定位準確；⑥CY6140 普通車床的基本機構不（bú）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（chuáng）機械設計方案（àn）

3.1 進給係統機械結構（gòu）改造設計

本次的 CY6140 車床改造的（de）主要部分是機床的溜（liū）板箱、車床的刀架以及進給（gěi）係（xì）統的部分零件等。CY6140 車床的（de）掛輪架（jià）部分全部要進行更換，要想實現智（zhì）能化，需（xū）在主軸處（chù）安裝光電脈衝發生器，輸出脈衝信號。

CY6140 車床的進給箱部分也要全（quán）部拆（chāi）掉，重新換上新零（líng）件，如絲杠、光杠和操縱杆拆去，換上滾珠絲杆，一端安裝伺服電機，另一端（duān）連接床身（shēn）尾座部分，並安裝軸承座。

CY6140 車床進給係統機械結構的改造方（fāng）法：①拆除原（yuán）來的絲（sī）杆螺母傳動件，換上（shàng）滾珠絲杆（gǎn），根據計算數據的結果，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 19kN，強度足夠；②為了保證滾珠絲（sī）杆的回轉精度，在它（tā）的兩端各安裝一個支撐座；③由於支撐座要根據機床的（de）床身位置而設計的，不能選用（yòng）標準件，因此（cǐ）需要加工出（chū）來，我們采用數控銑削的（de）方式，保證其（qí）尺寸和形位公差；④完成進給機構的裝配後，主要檢測滾珠絲杠與導軌的平行度，使（shǐ）用百分表（biǎo）和（hé）水平儀進（jìn）行測量，確保絲杠傳動（dòng）平穩。

CY6140 機床的 Z 向進（jìn）給係統的改造同上述的（de）一樣，把原來的零件拆卸後，更換成伺服電機與滾珠絲杆機構，為了保證同軸度和傳（chuán）動精度，改造完成後，重點檢測其回轉精度（dù）和同軸度。

3.2 車床具體改（gǎi）造方法

車（chē）床具體改造方法如下：①把車床溜板（bǎn）箱固定不動，先把進給部分的大拖板及相應的配件拆（chāi）下來，留著小（xiǎo）拖板，後麵加裝伺服電機進行控製；②為了讓伺服電機和機床（chuáng）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（zài）加工製作時，要兼顧（gù）其形位公差；③伺（sì）服電機和滾珠絲（sī）杆的連接（jiē），我們采用聯軸器和電機固（gù）定座；④安裝完成（chéng）後，使用使百分表進行調試，使絲杠的旋轉精度控製在 0.02 mm 之內。絲杆電機（jī）連接結構如（rú）圖 3 所示。

圖 3 絲杆電機連接結（jié）構圖（tú）

刀架：拆除原刀架，改（gǎi）裝自動（dòng）回轉四方刀架。改造步驟：①使用扳手和其他工具將原（yuán）來車床的刀架拆除；②在拆下來的小拖板上（shàng）鑽四個螺紋孔，使用（yòng）螺栓將電動刀架（jià）與小（xiǎo）拖板固定下來，並進行（háng）調試熱繼電器和中（zhōng）間繼電（diàn）器。刀架改造如圖（tú） 4 所示。

圖（tú） 4 刀（dāo）架改造

改造後的 CY6140 車床要具備（bèi）回零的功能，因此車床需（xū）要在 X、Z 兩個正方向上加裝一個限（xiàn）位開關，來保證工作台回零時在安全的位置。

改造方法：①在 X、Y 的各（gè）自正方向（xiàng）上，使用螺釘將行程開關和（hé）擋塊固定在床身上；②為了使車床也具備數控車床（chuáng）的減速（sù）信號和回零信號，安裝的時候調整擋塊的位置，將它們錯開一段距離，保證（zhèng）信號的（de）正常（cháng）。

4、單片機係統硬件設計

4.1 係統的功能要求

係統的功能要求包括 Z 軸和 X 軸方向的（de）伺服功能、刀架自動回轉控（kòng）製功能、螺紋加工係統控製、係統行程功能、輸入輸出人機控製功能、輸出（chū）界麵功能管理、其他功能。其他功能包括光電信號隔（gé）離、信號功率（lǜ）增大、異常情況報警係統、設備急停、設備複位（wèi）。

4.2 電路的係統結構

電路係統結構（gòu）如圖5所示（shì）。電路的係（xì）統結構如下：①CPU采用 BF7612BM28SOP ； ② 擴展程（chéng）序存（cún）儲器采（cǎi）用芯片（piàn）AT24C02，內部含有 256 個 8 位字節，有一（yī）個 16 字節頁寫緩衝器，擴（kuò）展數據存儲器選用 62128；③擴展可編（biān）程接口電路；④地址鎖存器 74LS373、譯碼器各一個；⑤鍵盤（pán）接口電路（lù），顯示接口電路；⑥光電隔離與放大電路；⑦啟動、急停（tíng）、報警等電路；⑧觸控設置電路。