CA6140車床的數(shù)控旋壓改造設(shè)計

【摘 要】本文確定了CA6140車床改造成數(shù)控旋壓機的總體方案設(shè)計。還對旋壓機床的橫向進給、縱向進給方案進行了闡述，對液壓系統(tǒng)的方案進行了分析確定，擬定了液壓系統(tǒng)的原理圖。

【關(guān)鍵詞】車床；改造；數(shù)控旋壓

1. CA6140車床改造為數(shù)控旋壓機床可行性分析

CA6140車床已入廠5年，一直承擔實驗任務(wù)，未能批量生產(chǎn)過產(chǎn)品，機床本身機械部分的磨損很小，導(dǎo)軌和齒輪等的磨損也很小。原機床的綜合精度為0.01mm，根據(jù)設(shè)備完好標準規(guī)定：

數(shù)控機床的精度=原機床精度×K（ K-機床使用年限系數(shù)） （1.1）

CA6140車床實際使用年限小于6年，K=1，機床的幾何精度仍為0.0lmm，所以原機床從磨損程度角度能夠保證對其進行數(shù)控化改造在技術(shù)上是可行的。對于CA6140車床和數(shù)控旋壓機床，底座、工作臺、床身等基礎(chǔ)零部件都是必不可少的，它們的材質(zhì)都是鑄件或焊接鋼件，這些零部件占用的原材料多，加工工藝復(fù)雜，加工周期長，耗費資金多。依托舊機床進行數(shù)控化改造，重復(fù)使用這些基礎(chǔ)零部件，必然會大大降低制造成本。機床的役齡長，基礎(chǔ)零部件的自然時效也長，內(nèi)應(yīng)力的消除使得基礎(chǔ)零部件的穩(wěn)定性更好。

2.車床旋壓改造總體設(shè)計

臥式旋壓機的主要組成是由裝卡芯模的主軸箱，安裝旋輪的旋輪架，頂緊毛坯的尾座以及床身組成。它與車床的不同之處在于加大了功率，尤其是加大了旋輪對芯模的頂力以及旋輪縱向進給的拖動力。在考慮CA6140車床具體情況的基礎(chǔ)上，利用數(shù)控系統(tǒng)的強大功能，設(shè)計出符合數(shù)控系統(tǒng)需要的機械結(jié)構(gòu)。本次改造成的數(shù)控旋壓機采用步進電機的控制方式來驅(qū)動機床進給，可以進行強旋加工，兩個旋輪同步工作。旋壓出錐形、筒形、曲母線形及葫蘆形等特殊形狀的零件，是一臺自動化程度較高的旋壓機床。

改造后的機床預(yù)達到橫向重復(fù)定位精度：±0. 01mm，縱向重復(fù)定位精度： ±0. 02mm。

基于上述設(shè)計思想，數(shù)控旋壓機機床系統(tǒng)包括三個部分：由微機控制的計算機控制系統(tǒng)、由機械部分組成的執(zhí)行系統(tǒng)以及可使兩者相聯(lián)系的伺服系統(tǒng)組成。我們對機床機械部分進行重新設(shè)計，同時要對數(shù)控系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進行開發(fā)。

機械系統(tǒng)主要由主軸箱、旋輪座橫縱向移動裝置、旋壓輪、尾座、床身等組成。

主軸箱仍保留原主軸箱齒輪換檔變速機構(gòu)，由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸的轉(zhuǎn)動和停止，通過手動改變主軸的轉(zhuǎn)速。旋輪座橫縱向移動裝置安裝在旋輪架及側(cè)床身上，使實現(xiàn)成形進給運動的旋輪拖板作橫向、縱向、回轉(zhuǎn)3個坐標位移，使整個旋壓機床加工范圍擴大，旋壓過程在理想位置上工作。旋輪架是用來裝卡旋輪的，可以沿橫向移動，同時也可隨車床拖板作縱向移動，實現(xiàn)旋壓過程中的循環(huán)工作。并根據(jù)所加工零件的實際情況，改變旋輪安裝角度（攻角）以適應(yīng)工藝的要求。尾座通過尾頂油缸前后動作卡緊或松開工件。旋輪頭用于滾壓毛坯完成對零件的旋壓加工。并可以通過更換旋輪頭裝置來實現(xiàn)不同的旋壓加工。

本文只對機械傳動部分進行設(shè)計和受力分析，并根據(jù)工藝的要求設(shè)計出一套液壓系統(tǒng)，以便對實際改造作出很好的理論指導(dǎo)和依據(jù)。其總體改造思路示意圖如圖2.1所示。

數(shù)控機床的特點是高精度、高效率、高速度、低摩擦。從機床布局，基礎(chǔ)件結(jié)構(gòu)設(shè)計，軸承的選擇與配置，要十分注意提高它們的剛度；零部件的制造精度和精度保持性都比普通機床高很多，基本上要按精密或高精度機床考慮。所以還要對主要部件進行相應(yīng)的改造使其達到一定的設(shè)計要求，以獲得預(yù)期的改造目的。除了保持原CA6140車床的基礎(chǔ)零部件如底座、工作臺、床身不作重新設(shè)計外，對機床大拖板進行重新設(shè)計，在上面放置了一對稱的旋輪架裝置。在設(shè)計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度、運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙、功率大、便于操作和維修。

考慮到CA6140車床結(jié)構(gòu)對改造過程的影響，在保證改造后機床性能的基礎(chǔ)上，盡量減少原機床的改動量、降低改造難度、減少改造成本。決定采用以下步驟，保證改造過程的順利進行。

（1）導(dǎo)軌

為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性，采用在機床滑板導(dǎo)軌上貼聚四氟乙烯軟帶的辦法，減少摩擦阻力，提高防爬、耐磨、消震吸音的能力。

（2）主軸變速箱

保留原主軸箱齒輪換檔變速機構(gòu)，由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸的轉(zhuǎn)動和停止。通過手動改變主軸的轉(zhuǎn)速。

（3）床鞍

拆除原車床床鞍上的刀架、中拖板部分，在拆除后的床鞍上放置兩個對稱布置的旋輪架。用于支承旋輪并推動旋輪作進給運動和其他輔助運動。

（4）刀架

對車床的刀架進行改造，車床床身前后對稱設(shè)置兩個刀架，用一滾珠絲杠實現(xiàn)兩個刀架橫向相向往復(fù)運動。另用一縱向裝置的滾珠絲杠實現(xiàn)刀架的縱向往復(fù)運動。

（5）溜板箱

保留溜板箱中絲杠與溜板箱的連接結(jié)構(gòu)，拆除原溜板箱上的其余零件。改造后機床的啟動、停機均由數(shù)控系統(tǒng)完成，但保留原機床的手動剎車裝置。

（6）尾座

保留原有尾座中的結(jié)構(gòu)，設(shè)計一液壓缸與尾座相連接，實現(xiàn)工件的液壓頂緊。

（7）液壓站

根據(jù)旋壓加工的工藝要求，設(shè)計一液壓站，滿足旋壓過程中控制液壓缸實現(xiàn)對所加工工件的夾緊。

3.旋壓機床橫、縱向進給傳動方案的確定

旋壓機橫、縱向傳動是實現(xiàn)初始旋壓成形時進輪以及旋壓結(jié)束時的退輪，有多種方案可實現(xiàn)這一過程，經(jīng)過對軸向柱塞馬達傳動，電機絲桿傳動，推力油缸驅(qū)動三種方案進行比較，決定采用伺服驅(qū)動加滾珠絲杠為驅(qū)動單元。與傳統(tǒng)的液壓伺服驅(qū)動相比有許多優(yōu)點：更高的控制精度、慣性小、更快的工作速度、更好的動態(tài)性能、準確的加速度控制、更好的熱穩(wěn)定性、避免了摩擦、精確的同步精度彈性退讓、無漂浮、從而能提高旋壓加工生產(chǎn)的效率，旋壓產(chǎn)品精度較高、設(shè)備故障率低、降低了維修成本、電能利用率高。

機床橫向傳動系統(tǒng)主要實現(xiàn)旋輪的橫向進給。高性能伺服電機通過減速機構(gòu)與滾珠絲杠相聯(lián)，從而帶動旋輪座移動。傳動系統(tǒng)簡單，傳動鏈大大縮短，傳動件數(shù)減少，極大地提高了機床的定位精度。我們要采用這種方法。滾珠絲杠一端通過ZARN系列軸承固定在框架側(cè)板上，另一端通過絲杠螺母固定在旋輪座上推動旋輪作橫向運動。由于設(shè)計的數(shù)控旋壓機床的縱向傳動系統(tǒng)目標精度并不是太高，用滑動梯形絲杠螺母機構(gòu)完全可以達到設(shè)計要求?；瑒犹菪谓z杠螺母機構(gòu)如果與螺距校正裝置和消除間隙機構(gòu)配合應(yīng)用，則可用于精密位移，位移精度可達0.001mm。考慮到原CA6140車床的梯形絲杠，我們把它從原機床的主軸傳動系統(tǒng)中分離出來，通過減速機構(gòu)與伺服電機連接，帶動原CA6140車床大拖板的運動，從而實現(xiàn)旋輪的縱向進給。

4.液壓系統(tǒng)的方案分析與確定

輔助系統(tǒng)包括旋壓機的尾頂裝置、冷卻裝置及潤滑裝置。CA6140車床尾座的夾緊采用手動螺母—壓板夾緊。改造后的旋壓機床承重達較大，為安全起見，要求對工件施以可靠的軸向頂緊力，頂緊工件的同時，工件會以同樣大小的反作用力施加給尾座，所以，尾座的軸向定位必須可靠。拆除原CA6140車床尾頂裝置的頂緊部分，保留尾座體和內(nèi)部的螺母套部分，在此部位安裝一尾頂油缸，液壓桿與原來的尾頂螺母套相連接，通過液壓缸的動作提供所需的尾頂力。

由于液壓傳動具有工作平穩(wěn)、快速性好；易于操縱控制并實現(xiàn)過載保護；易于自動化和機電液一體化；易于實現(xiàn)直線運動；液壓系統(tǒng)設(shè)計、制造和使用維護方便的優(yōu)點，故方案的尾頂部分采用的是利用液控單向閥的保壓回路，使系統(tǒng)在液壓缸不動或因工件變形產(chǎn)生微小位移的情況下保此穩(wěn)定不變的壓力。如圖3.1，其工作原理為：當電磁鐵2YA得電時，換向閥7右位工作，液壓缸10下行并加壓，當壓力上升到電接點壓力表9上限觸點調(diào)定壓力時，壓力表發(fā)出電信號，使2YA失電，換向閥7處于中位，液壓泵4卸荷，液壓缸由液控單向閥8保壓；當壓力下降至電接點壓力表下限觸點調(diào)定壓力時，壓力表發(fā)出電信號，使2YA得電換向閥右位工作，液壓泵重新向液壓缸供油，使壓力回升。這種回路保壓時間長，壓力穩(wěn)定性高。

5.結(jié)束語

本文分析了CA6140車床改造為數(shù)控旋壓機床的原理和步驟，詳細研究了改造過程中的關(guān)鍵技術(shù)。在改造過程中，綜合考慮了控制精度和經(jīng)濟適用的要求。

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[3]錢忠宛 尤啟國 普通車床改制成普旋機床 [J] 江蘇機械制造與自動化 1996.2 .

作者簡介：

馬書娟 女 1979年6月出生 沈陽誼誠電氣設(shè)備制造有限公司 助理工程師。