基于單片機(jī)的普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

譚進(jìn)瑜，黃伯志

（廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名 525000）

基于單片機(jī)的普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

譚進(jìn)瑜，黃伯志

（廣東石油化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名 525000）

利用8031單片機(jī)數(shù)控化改造C6132A1普通車床，是目前設(shè)備的重要研究課題。該文重點(diǎn)講述了普通車床的數(shù)控化機(jī)械改造設(shè)計(jì)以及數(shù)控化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，改造后該設(shè)備實(shí)用性好，操作方便，效果更為顯著，值得推廣應(yīng)用。

普通車床；單片機(jī)；數(shù)控化改造

1 數(shù)控化改造主要功能及主要參數(shù)

針對C6132A1普通車床目前現(xiàn)狀，對其進(jìn)行如下數(shù)控化改造，具體表現(xiàn)在：

（1）在原來的普通車床進(jìn)行機(jī)械改造，用數(shù)控刀架代替原來的手動刀架，拆掉小拖板。

（2）換上滾珠絲杠螺母副，拆掉普通車床進(jìn)給箱和溜板箱，以及拆掉絲桿、光桿。

（3）為了能加工不同螺距的螺紋，在主軸后端用波紋管連接一個光電編碼器。

（4） 根據(jù)設(shè)備使用要求，選擇滾珠絲杠和驅(qū)動電機(jī)，選擇設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)配置和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)Z向、X向的進(jìn)給伺服運(yùn)動控制及其行程控制。

CA6132A1普通車床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)。設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

（1）加工工件范圍：加工直徑0～320mm，長度0～400mm。

（2）切削進(jìn)給速度：0～0.4m/min。

（3）脈沖當(dāng)量：縱向（Z軸）或橫向（X軸）方向0.01mm。

（4）步進(jìn)電動機(jī)：110BF02。

（5）坐標(biāo)開環(huán)控制系統(tǒng)X、Z可實(shí)現(xiàn)兩兩坐標(biāo)聯(lián)動。

2 數(shù)控化機(jī)械改造設(shè)計(jì)

經(jīng)過數(shù)控化改造設(shè)計(jì)，確定的CA6132A1普通車床改造的總體方案如圖1所示，保留原車床主軸箱的A手柄和B手柄調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速部分功能。以8031單片機(jī)組成微機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，由I/O接口、軟件環(huán)節(jié)分配器，使功率放大控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動車床的Z向和X向進(jìn)給運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)普通車床的Z向、X向進(jìn)給運(yùn)動。刀架改用數(shù)控自動轉(zhuǎn)位刀架實(shí)現(xiàn)由微機(jī)控制的經(jīng)電動機(jī)驅(qū)動的自動控制。主軸是靠同步齒輪帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，分別發(fā)出兩路信號，需要安裝主軸脈沖發(fā)生器，以實(shí)現(xiàn)切削螺紋的功能。

圖1 CA6132A1普通車床數(shù)控化改造圖

2.1 主傳動機(jī)構(gòu)改裝

C6132A1 主傳動機(jī)構(gòu)改造。原來主軸箱內(nèi)的背輪機(jī)構(gòu)保留，取消原變速箱。為提高機(jī)床的自動化程度，將主電機(jī)改裝為四速異步電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)在加工過程中自動變速。

2.2 刀架的改造

刀架是普通車床的重要組成部分，改造后四工位刀具可夾持，可手動或自動旋轉(zhuǎn)。換上數(shù)控刀架，拆除之前的刀架和小拖板。采用立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔架，其回轉(zhuǎn)軸線與安裝基面垂直，可裝夾多把刀具，采用數(shù)字信息指令控制轉(zhuǎn)位的刀架。按照編制程序要求完成刀架的自動換刀動作，采用電機(jī)在四工位驅(qū)動數(shù)控轉(zhuǎn)搭架的相應(yīng)應(yīng)刀具，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床加工程序的自動化和高效化。

2.3 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造

拆掉原普通車床的進(jìn)給箱，在原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷孔基礎(chǔ)上安裝齒輪箱體。兩端采用原來固定方式，在原有絲杠的位置安裝滾珠絲杠，可減小改動車床的本身。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，在縱向進(jìn)給運(yùn)動剛性比較比之前較好。

2.4 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造

為了能夠方便手動操作車床，保留原來橫向拖把手柄，在橫向拖板的后側(cè)安裝步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體。采用一級齒輪減速控制縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)運(yùn)動。采用雙片齒輪錯齒法消除運(yùn)動間隙，雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙，同時操作者操作時定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來消除間隙。

3 數(shù)控化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)Z向、X向的進(jìn)給伺服運(yùn)動控制及其行程控制，微機(jī)數(shù)控化系統(tǒng)是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，以 他們由控制系統(tǒng)核心8031單片機(jī), 執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作臺，步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動裝置構(gòu)成。其總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)圖

3.1 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通常情況下光電偶合器選用G0102將各組電流在線電路上隔離，可以保證工作操作安全，噪聲干擾小。采用脈沖分配器輸出控制脈沖使得控制系統(tǒng)簡單。

3.2 光電偶合電路

如果將I/O口的功率發(fā)大器與輸出信號直接相連，它們將會引起強(qiáng)電干擾信號，會影響程序的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致單片機(jī)接口電路的損壞。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動電壓較高，需要的電流也較大，控制電路的電流較小，所以一般在功率放大器與接口電路之間都需要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電容隔離。由于脈沖分配器的輸出功率很小，遠(yuǎn)達(dá)不到步進(jìn)電機(jī)的控制要求，必須將它放大以產(chǎn)生足夠大的功率驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 行程開關(guān)控制

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用行程開關(guān)控制，經(jīng)分析X向和Z向的兩端分別設(shè)計(jì)兩個越界點(diǎn)，即在四個越界點(diǎn)分別安裝一個限位行程開關(guān)，在控制運(yùn)行時一旦越過它們的任一界點(diǎn)，應(yīng)立即停止工作臺的移動，并報警顯示。所以設(shè)置限位行程開關(guān)防止X向、Z向工作臺超越邊界，甚至防止出現(xiàn)機(jī)械安全故障。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高普通車床的自動化水平，不但可以完成以前車床的加工與生產(chǎn)，還可以完成復(fù)雜工件的加工。由此可見，先進(jìn)的制造技術(shù)與先進(jìn)的技術(shù)裝備在我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，起著非常重要的作用。C6132A1普通車床的數(shù)控化改造是經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性比較強(qiáng)。改造后的數(shù)控化車床由于考慮到控制操作方便，經(jīng)濟(jì)成本低，極大地提高了加工效率。在控制操作過程中，沒有出現(xiàn)任何故障率，運(yùn)行性能穩(wěn)定，該技術(shù)也可以用于其他車床。

[1]余英良.數(shù)控改造普通機(jī)床[J].新技術(shù)新工藝，1992.5.

[2]徐良雄.C6132普通車床數(shù)控化改造及電氣控制設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2012.4.

[3]丁明軍.C6132普通車床的數(shù)控化改造[J].機(jī)電一體化，2003.7.

TG519.1

A

1671-0711（2017）05（上）-0065-02