CA6140普通車床的數(shù)控技術(shù)改造技術(shù)研究

摘要：以CA6140普通車床的改造為例，分析傳統(tǒng)車床數(shù)控化改造方法。以車床工作原理為基礎(chǔ)結(jié)合多種數(shù)控技術(shù)理論的基礎(chǔ)上，對CA6140普通車床數(shù)控化改造的方法和步驟進行研究，詣在探索一種合理的普通車床數(shù)控化改造方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)控化改造；機床；機械生產(chǎn)加工；

1 CA6140機床概述

CA6140車床是在C620車床基礎(chǔ)上進行改進而形成的一種臥式車床，其中C代表車床 A代表改進型號 6代表臥式 1代表基本型 40代表最大旋轉(zhuǎn)直徑，是一種機械設(shè)備生產(chǎn)車床之一。

很多機械生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)完成了對普通車床的數(shù)控化改造，根據(jù)研究和改造經(jīng)驗，綜合來說CA6140車床能夠進行數(shù)控化改造需要滿足兩個基礎(chǔ)條件：1）車床基礎(chǔ)有足夠的剛性，數(shù)控車床是基于高精度、數(shù)字化控制和管理的車床，而工件移動和道具移動基本需要滿足0.001-0.01mm的高定位精度，這就需要改造前的車床基礎(chǔ)有較高的靜剛度和動剛度。2）經(jīng)濟性考慮，企業(yè)實現(xiàn)數(shù)控化生產(chǎn)的途徑有兩種，購進數(shù)控機床和機床數(shù)控化改造，在對普通機床進行數(shù)控化改造時需要考慮到兩者的成本問題，通過舍棄部分部件、替換部分部件的方式進行改造如果成本明顯低于直接購進數(shù)控機床，則具有改造價值。

通過分析和研究，CA6140型機床剛性、經(jīng)濟性以及功能性方面均滿足數(shù)控化改造的基本條件，因此值得進行機床數(shù)控化改造。

2改造方案

普通機床數(shù)控化改造后，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對主軸的有效控制，控制轉(zhuǎn)速、使其反轉(zhuǎn)等；控制臺能夠完成對刀架、工件的橫、縱、垂直方向的高定位精度移動和控制；此外數(shù)控機床能夠通過鍵盤輸入控制語句，顯示加工狀態(tài)，自動化冷卻和潤滑等，因此大體上可以分為數(shù)控部分和機械部分兩部分的改造。

2.1數(shù)控部分

使用MCS-51系列單片機組構(gòu)成控制系統(tǒng)，使用功率進步電機經(jīng)齒輪減速后驅(qū)動X、Y、Z三軸。

2.2機械部分

保留主要傳動系統(tǒng)，增加編碼器實現(xiàn)主軸控制，進給傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母替代原來部件。

3數(shù)控部分改造

機床數(shù)控化改造后，機床中主軸、冷卻、潤滑功能管控均由系統(tǒng)自動控制，因此需要在接口處設(shè)置轉(zhuǎn)換電路，控制臺設(shè)置強電控制電路?？杀Ａ舻脑须姎庠凶儔浩?、自動斷路器、接觸器等，使用改制后的電控箱替代原有的電控箱。

4機械部分改造

CA6140型機床的數(shù)控化改造，需要在其原有功能基礎(chǔ)之上進行改造，而中小型軸類、盤類和螺紋零件加工是CA6140型機床的主要功能，因此數(shù)控化改造后機床能夠具有自動和手動生產(chǎn)加工的功能和應(yīng)用方式，為了達成這一目的，機床的機械部分需要進行以下改造。

4.1傳動系統(tǒng)改造

在數(shù)控化改造過程中，CA6140型機床的主傳動系統(tǒng)可以進行部分功能保留，主要保留機床原有的主軸手動變速功能，通過數(shù)控化改造，將機床主運動和進給運動分離，使機床主電機僅服務(wù)于主軸旋轉(zhuǎn)，主電機為主軸旋轉(zhuǎn)提供主要動力支持。通過加入電磁離合器，來接收數(shù)控信號，實現(xiàn)元制動裝置制動與停車的控制。

螺紋和絲杠的加工需要保證主軸的每一次轉(zhuǎn)動，刀具都能夠準確一定一個導(dǎo)程，因此需要在主軸增設(shè)脈沖發(fā)生器來進行控制信號反饋。脈沖發(fā)生器可以采用同軸的方式進行安裝，與軸之間使用橡膠管進行柔性連接，這么做有兩個好處，一方面能夠有效傳遞角位移動信號，另一方面可以降低主軸振動對發(fā)生器的干擾，使脈沖發(fā)生器能夠傳遞準確的脈沖信號，提高機床的控制精度。

4.2進給系統(tǒng)

對原CA6140普通機床進行數(shù)控化改造，完成其進給系統(tǒng)數(shù)控化時需要先拆除原來的掛輪機構(gòu)、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等部件，進而進行機床進給系統(tǒng)的數(shù)控化改造，整體思路如下。

縱向進給系統(tǒng)使用步進電機作為動力單元，在一級齒輪對動力進行減速、轉(zhuǎn)矩增大后，由滾珠絲杠進行傳動。滾珠絲杠安裝在原機床絲杠拆除后空余位置，使用螺母副通過托架安裝于床鞍底部，滾珠兩端安裝裝接套、接桿并實現(xiàn)支撐，于機床床尾完成滾珠絲杠和步進電機的連接。步進電機經(jīng)一級齒輪減速后于機床尾與改裝后的滾珠絲杠進行連接，連接采用套筒聯(lián)軸器實現(xiàn)。

橫向進給系統(tǒng)數(shù)控化改造幅度較小，基本保留原機床手動控制機構(gòu)，在原支撐部位安裝滾珠絲杠螺母副，于橫向溜板后方進行步進電機和減速器安裝。

4.3刀架改造

根據(jù)機床的實際生產(chǎn)過程中的切削需要和系統(tǒng)的T功能控制性能進行小范圍改造。主要改造內(nèi)容有：拆除原機床的刀架和小托板并使用LD4-6132型自動刀架進行替代。

LD4-6132型自動刀架是一種四方位的自動刀架，并且自帶小容量交流電機，自動控制正轉(zhuǎn)選刀；同時內(nèi)置霍爾元件4只，用于檢測刀位位置，并通過電機反轉(zhuǎn)實現(xiàn)刀具定位功能，因此能夠應(yīng)用于數(shù)控化生產(chǎn)下，全自動的四方位自動切削需要。

5改造完成后系統(tǒng)工作流程

如圖1所示：

6改造總結(jié)

通過上述幾方面對CA6140型機床進行數(shù)控化改造后，進行實驗和研究，其在X、Y、Z方向上能夠?qū)崿F(xiàn)高行程、高速、有效自動控制以及手控；脈沖發(fā)生器脈沖能夠準確傳遞信號，實現(xiàn)精確的傳導(dǎo)制動控制，脈沖當(dāng)量0.0025mm/p；使用LD4-6132型自動刀具替代原有刀具后，生產(chǎn)中可進行4方位的轉(zhuǎn)換選擇，重復(fù)定位精度在0.005mm以下同時夾力可達4000N。

參考文獻：

[1]李建國.普通機床數(shù)控改造關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報.2015 （10） ：69-70

作者簡介：

夏長富，出生年月：1976年8月5日，民族：漢，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：副教授，研究方向：機械加工、電工電子和物理學(xué)。endprint