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臥式（shì） CY6140 普通車（chē）床智能化改（gǎi）造（zào）設計方案

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

摘要：通過對 CY6140 臥式普通車（chē）床進行智能化改造，把我校的一批老式車床改造（zào）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級改造（zào）。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（yǐ）變成半主動或（huò）自動的加工進給，改造的內容分為兩個部分。一部分是機床原來的進行（háng）係統由絲杆螺母（mǔ）副改造成伺服電（diàn）機控製滾珠絲杆（gǎn）螺母（mǔ）副，可以提高改造後機（jī）床的傳到精度和加工效率；另一部分是以單片機作為（wéi）控製器對（duì）上述係統加以控製，實現智能化改造。

關鍵詞：臥式 CY6140 普通車床；智能化改造；單片機；步（bù）進電機

1、引言（yán）

“車工技能訓練”和“數（shù）控車床編程與操作”是中職機械專（zhuān）業的核心課程，車床設（shè）備更新與維修維護耗資巨大，設備數量不足，生均設備資產不高，企業淘汰的大批普通車床經過智能數控化改造能在（zài）一定（dìng）程度上滿足學（xué）校的教學需求，使得資源（yuán）得到合理的利用，以較低的成本完成設備技（jì）改升（shēng）級。教學設備技改不僅能夠提高設備的利用率，還能夠提高教師的專業技術水平。

2、設計要求

總體方案設計應考慮現有設備機床的使用情況以及（jí）改造的經費（fèi）要求，同時兼顧機床加工精度、數控係統的選擇、傳動方式以及執行機（jī）構的選擇等。

CY6140 普通（tōng）機床（chuáng）如圖 1 所示。CY6140 普通車床總體改（gǎi）造方案如圖 2 所示。CY6140 車床設計要求：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（zì）動加工（gōng）等功能；②選（xuǎn）擇的數控係統要簡（jiǎn）單，學生上手容易，且保證（zhèng）一定加工精度的前提下應簡化結構、降低成本；③設定最高轉（zhuǎn）速和（hé）加工切削產生（shēng）的最大力矩，選擇（zé）合適的伺服電機及（jí）其控製電路；④設計自動回轉刀架及（jí）其控製電路；⑤進給係統絲杠螺母副組成改（gǎi）造成滾珠絲杆，傳到精度高（gāo）且定位準確；⑥CY6140 普通車床（chuáng）的基本（běn）機構不變，為了減少工（gōng）作量（liàng），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（zào）方（fāng）案

3、CY6140 普通車（chē）床機械設計方案

3.1 進給係統機械結（jié）構改造設計

本（běn）次的 CY6140 車（chē）床改造的主要部分是機床的溜板箱、車床的刀架以及（jí）進（jìn）給係統的（de）部分零（líng）件等。CY6140 車（chē）床的掛輪架部分全部要進行更（gèng）換，要想（xiǎng）實現智能化（huà），需在（zài）主軸處安裝光電脈衝發生器，輸出脈衝信（xìn）號。

CY6140 車床的進給箱部分也要全部拆掉，重新換上新零件，如絲杠、光杠和操縱杆（gǎn）拆去，換上滾珠絲杆，一端安裝伺服電機，另一端連接床身（shēn）尾（wěi）座部分，並安裝軸承座（zuò）。

CY6140 車床進給係統機械結構的改造方（fāng）法：①拆除原來的絲杆螺母傳動件，換上滾珠絲杆，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（dòng）載荷是 19kN，強度足（zú）夠；②為了保證滾珠絲杆的回轉精度，在它的兩端各安（ān）裝（zhuāng）一個支撐座；③由於支撐座要根據機床的床身（shēn）位置而設計的，不能選用標準件，因（yīn）此需要加（jiā）工出來，我們采用數（shù）控銑削的方式，保證其（qí）尺寸和形位公差；④完成（chéng）進給機構的裝配後（hòu），主要檢測滾（gǔn）珠絲杠與導軌的平行度，使用百分表和水平儀進行測量，確（què）保絲杠傳動平穩。

CY6140 機床的 Z 向（xiàng）進給係統的改造同上述的一樣，把原（yuán）來的零件拆（chāi）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動精度（dù），改造完成後（hòu），重點檢測其回（huí）轉精度和同軸度。

3.2 車床具體改（gǎi）造方（fāng）法

車床具體改造方法（fǎ）如下：①把車床溜板箱固定不動，先把進給部分的大拖板及（jí）相應的配件拆下來，留著小拖板，後麵加裝（zhuāng）伺服電機進行控製；②為了讓伺服（fú）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（jiā）工製作時，要兼顧其形位公差；③伺服電機和滾珠絲杆的連接，我們采用聯軸（zhóu）器和電（diàn）機固定座；④安裝完成後，使用（yòng）使百分表進行調試，使絲杠的旋（xuán）轉（zhuǎn）精度控（kòng）製在 0.02 mm 之（zhī）內。絲杆電機連接結構如圖 3 所示。

圖 3 絲杆（gǎn）電機（jī）連接結構圖

刀架：拆除原刀架，改裝自動回轉四方刀架。改造（zào）步驟：①使用扳手和其他工具將原來車（chē）床的刀架拆除；②在拆下（xià）來的小拖板上鑽四個螺紋（wén）孔（kǒng），使用螺栓將電（diàn）動刀（dāo）架與（yǔ）小拖板固定下來，並進行調試熱繼電器（qì）和中間繼電器。刀架改造如圖 4 所示。

圖 4 刀架改造

改造後（hòu）的 CY6140 車床要具備回零的功能，因此車床需要在 X、Z 兩（liǎng）個正方向上加裝一（yī）個限位開關，來保證工作台回零時在安全的（de）位置。

改造方法：①在 X、Y 的各自正方向上（shàng），使用螺釘將行程開關和擋塊固定（dìng）在床身（shēn）上（shàng）；②為了使車床也（yě）具備數控車床（chuáng）的減速信（xìn）號和回零信號，安裝的時候調整擋塊的位置，將（jiāng）它們錯開一段距離，保證信（xìn）號的（de）正常。

4、單片機係統硬件設（shè）計

4.1 係統的功能要求

係統的（de）功能要求（qiú）包括 Z 軸和 X 軸方向的伺服功能、刀架自動（dòng）回轉控製功能、螺紋加工係統（tǒng）控製、係統（tǒng）行程（chéng）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（qí）他功能包括光電信號隔離、信號功率增（zēng）大、異常情況報警係統、設備急（jí）停、設備（bèi）複位。

4.2 電路的係（xì）統結構

電（diàn）路係統結構如圖5所示。電（diàn）路的係統結構如下：①CPU采（cǎi）用 BF7612BM28SOP ； ② 擴展程序存儲（chǔ）器采用芯片AT24C02，內（nèi）部含有 256 個（gè） 8 位字（zì）節，有一個 16 字節頁寫緩衝器，擴展數據存儲（chǔ）器選用 62128；③擴（kuò）展可編（biān）程接口（kǒu）電路；④地址鎖（suǒ）存（cún）器 74LS373、譯碼器各一（yī）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（lù）；⑧觸控設置（zhì）電路。