CA6150車床機械結構的數(shù)控化改造設計方式探索和研究

李焰

摘 要：CA6150普通臥式車床的數(shù)控化改造能夠極大的提升車床的諸多性能，例如提高CA6150車床的準確定位能力、直線插補能力、圓弧插補能力、暫停作業(yè)能力等。針對這一需求，工作人員需要優(yōu)化設計CA6150普通臥式車床機械結構數(shù)控化改造方案，才能夠從根本上保證CA6150普通臥式車床各項基本性能充分滿足日常作業(yè)需求，提高車間工作效率與質量。本文就從CA6150普通臥式車床數(shù)控改造的必要性切入，簡單介紹車床機械結構數(shù)控化改造設計的基本內容，希望能夠對廣大同行起到借鑒與參考的作用。

關鍵詞：CA6150 普通臥式車床 機械結構 數(shù)控化改造設計

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0093-02

CA6150普通臥式車床機械結構數(shù)控化改造設計主要任務是將進給箱、絲杠、光杠、手工控制刀架轉位進給部件拆除并更換上滾珠絲杠螺母副以及數(shù)控系統(tǒng)控制刀架自動轉位部件，另外還需要安裝相應的行程開關與滾珠絲杠螺母副潤滑系統(tǒng)，保證CA6150普通臥式機床機械結構能夠充分符合數(shù)控化的需求。

1 CA6150普通臥式車床機械結構數(shù)控化改造設計方案具體內容

1.1 車床機械機構的設計與改造

CA6150車床原本導軌為三角導軌，經過改造后成為貼塑導軌，貼塑導軌與三角導軌的靜、動摩擦系數(shù)基本無異，而且其自身具有良好的潤滑性能，能夠顯著的降低導軌與溜板之間的摩擦阻力，使得CA6150普通臥式車床能夠平穩(wěn)的于貼塑導軌上運行，這樣也在很大程度上降低了導軌的損耗。另外，拆除了進給箱、溜板箱，然后將縱向步進電機安裝于原進給箱的區(qū)域并設置了一個減速箱，接著在原本溜板箱處安裝一個橫向步進機并設置了一個減速箱。原本的光杠與絲杠拆除并使用滾珠絲杠螺母副取代，將滾珠絲杠螺母副安裝至新的齒輪箱上后可以使整個CA6150普通臥式車床進給運動以及主傳動運動不再僅僅受到主軸電機控制，可以分由步進電機控制進行分別控制。為了實現(xiàn)這一目標，需要在CA6150普通臥式車床原主軸處設置一個脈沖發(fā)生器將CA6150普通臥式車床運動系統(tǒng)完全整合。

1.2 滾珠絲杠螺母副的特點與工作原理

1.2.1 滾珠絲杠螺母副的主要特點

傳統(tǒng)的光杠與絲杠主要是進行回轉運動，由滾珠絲杠螺母副代替后，回轉運動就會轉變?yōu)橹本€運動，然后在直線運動后又轉變?yōu)榛剞D運動，在反復循環(huán)中傳動。滾珠絲杠螺母副在諸多工業(yè)設備制造以及部分精密儀器與設備的制造中均有著極為廣泛的應用。滾珠絲杠螺母副主要由螺桿、螺母、滾珠構成，循環(huán)方式分為內循環(huán)與外循環(huán)。滾珠絲杠螺母副傳動效率高達90%，可以節(jié)省大量的電能，傳動過程中摩擦阻力極小，具有較高的靈敏度，傳動時較為平穩(wěn)，而且由于摩擦阻力較小，使得CA6150普通臥式車床整體使用壽命較長。另外，滾珠絲杠螺母副有著極高的定位精度，而且還可以進行重復高精度定位。

1.2.2 滾珠絲杠螺母副的工作原理

在工作的時候，滾珠絲杠與螺母之間的回珠管中的滾珠在循環(huán)往復的滑動時，會將其中的滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦進而發(fā)生絲杠傳動，作為CA6150普通臥式車床的運轉動力之一。

1.3 減速箱體的設計與改造

1.3.1 縱向進給齒輪的設計

傳動比公式為：

i=θbL0/360σp

式中：i為傳動比；θb為步距角；L0為滾珠絲杠螺母副的導程；σp為每0.01mm的脈沖量。

另外為了簡化傳統(tǒng)系統(tǒng)整體結構，控制傳動系統(tǒng)的誤差范圍，保證傳統(tǒng)系統(tǒng)整體精確度，一般采用漸開線圓柱斜齒輪單級傳動系統(tǒng)，公式為：

i=Z2/Z1

其中，分度圓直徑：

d1=mZ1 d2=mZ2

齒頂圓直徑：

da1=d1+2m da2=d2+2m

齒根圓直徑：

df1=d1-2.5m df2=d2-2.5m

1.3.2橫向進給齒輪的設計

傳動比公式為：

i=θbL0/360σp

橫向進給傳動公式：

i=Z2/Z1

i=Z2/Z1

其中，分度圓直徑：

d1=mZ1 d2=mZ2

齒頂圓直徑：

da1=d1+2m da2=d2+2m

齒根圓直徑：

df1=d1-2.5m df2=d2-2.5m

1.4 主軸電機的基本性能需求

為了保證主軸電機的良好運轉，需要保證主軸電機額定輸出功率足夠高的同時有著較大的可調速范圍，而且可以通過與系統(tǒng)的同步控制、準?？刂频榷喾N功能實現(xiàn)其主軸驅動需求。

一般來說，主軸電機的主要性能要求有四個方面：第一個方面是需要主軸電機具有較大的功率，能夠承受一定的過載作業(yè)壓力；第二個方面是需要主軸電機能夠在可調速的范圍內保持穩(wěn)定的運轉速度，避免出現(xiàn)速度不均勻的情況，影響主軸電機的作業(yè)效率；第三個方面是在主軸電機進行斷續(xù)負載的時候，能夠維持穩(wěn)定的轉速并且轉速波動的幅度較??；第四個方面是主軸電機具有良好的散熱性能，而且在工作的時候不會出現(xiàn)大幅度振動與高分貝噪聲，壽命周期較長。

2 CA6150普通臥式車床主軸部分設計改造

CA6150普通臥式車床主軸部分作為車床關鍵部件，其整體結構性能優(yōu)劣直接影響到車床作業(yè)的進度與質量，因此數(shù)控化改造設計人員需要充分重視車床主軸部分的改造方案設計，提高車床主軸部分改造質量，提高車床整體工作效率。

一般在選擇CA6150普通臥式車床軸承部件的時候，需要綜合考慮各個零部件的工作精度、剛度、溫度變化以及支撐結構等具體因素，然后確定軸承部件的型號、安裝方式等，目前CA6150普通臥式車床機械結構數(shù)控化主軸部分改造多采用的是滾動軸承。首先，需要將滾動軸承預緊，進而達到提高主軸部件整體旋轉精度、剛度以及抗震性能，然后在加工的時候需要停止其轉動交換刀具，停轉時必須確保主軸位置不變，以便后期加工作業(yè)的開展，最后需要在主軸上安裝準停裝置，常用的準停裝置主要是磁性傳感準停裝置。

3 CA6150普通臥式車床數(shù)控裝置系統(tǒng)設計

數(shù)控系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)構成，硬件系統(tǒng)作為數(shù)控系統(tǒng)的基礎，也是承載數(shù)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的載體，其主要零部件有中央處理器、總線、存儲器、I/O結構電路、外圍設備等。數(shù)控系統(tǒng)的主要功能是對系統(tǒng)的傳動運動進行控制，例如滾珠絲杠螺母副滾珠傳動控制、自動回轉刀架刀具更換控制、外圍設備控制以及加工控制等。

數(shù)控裝置系統(tǒng)設計主要環(huán)節(jié)是單片機控制系統(tǒng)設計，目前國內諸多廠商生產的單片機均可以很好的滿足CA6150車床機械結構數(shù)控化改造設計的需求，而且具有極高的經濟性。另外，輔助電路的設計也是不可或缺的重要環(huán)節(jié)，只有確保輔助電路電流傳輸?shù)某掷m(xù)性與穩(wěn)定性，才能夠保證數(shù)控裝置系統(tǒng)RAM模塊中存儲的重要數(shù)據(jù)不會丟失，保證了車床作業(yè)的連續(xù)性。

4 結語

CA6150普通臥式車床是我國加工產業(yè)中廣泛應用的車床之一，對我國加工業(yè)的發(fā)展起到了不可忽視的重要促進作用。隨著近年來數(shù)控化技術的不斷提高，提高CA6150車床機械結構數(shù)控化改造設計質量對于促進我國加工業(yè)發(fā)展有著重要意義。本文就從CA6150普通臥式車床數(shù)控改造的必要性切入，簡單介紹車床機械結構數(shù)控化改造設計的基本內容，希望能夠對廣大同行起到借鑒與參考的作用。

參考文獻

[1] 王金剛，劉文波.CA6150車床機械結構的數(shù)控化改造設計[J].裝備制造技術，2012，5：31-33.

[2] 王國明.CA6140型車床的數(shù)控化改造[D].山東輕工業(yè)學院，2012.

[3] 王先正.CA6140普通車床的數(shù)控系統(tǒng)設計[D].華南理工大學，2012.

[4] 王曉暉.基于凸輪加工技術的數(shù)控車床編程方法的設計與實現(xiàn)[D].吉林大學，2013.

[5] 田曉文.回輪式車床數(shù)控化改造及其數(shù)控系統(tǒng)的研究與設計[D].山東理工大學，2012.endprint