黃河

【摘 要】普通車床經(jīng)濟(jì)性的數(shù)控改造，實(shí)質(zhì)上是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的巧妙結(jié)合，中小企業(yè)提高車床的自動(dòng)化能力和精密程度的有效選擇。

【關(guān)鍵詞】CA6140；普通車床；數(shù)控改造

數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造中很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題。但目前大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使許多職業(yè)類學(xué)校和中小型企業(yè)難以承受。再者普通車床經(jīng)過(guò)多次大修后，故障率仍然較高，且維修費(fèi)用成本較高。因此普通車床進(jìn)行數(shù)控改造勢(shì)在必行。

一、改造方案

本文結(jié)合我校教學(xué)實(shí)際，針對(duì)CA6140車床機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。對(duì)于普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，總體改造方案應(yīng)遵循的原則是：數(shù)控車床的改造目的是要求車床穩(wěn)定可靠，合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。并不是所有的舊機(jī)床都可以進(jìn)行數(shù)控改造，機(jī)床的改造主要應(yīng)具備兩個(gè)條件：首先，機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。其次，改造的費(fèi)用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機(jī)床本身原有水平。為實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)無(wú)級(jí)變速，在主軸上增加交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)、主軸脈沖發(fā)生器，從而不需進(jìn)行機(jī)械換檔。（1）數(shù)控部分的改造。第一，數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定。數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為：點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)的位置，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)軌跡原則上不加控制。由于CA6140車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。第二，伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造。數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無(wú)位置檢測(cè)和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到和好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響。但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過(guò)載能力強(qiáng)，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜，設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn)，技術(shù)難度較大。經(jīng)過(guò)以上比較，由于所改造的

CA6140車床的目標(biāo)加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。機(jī)床中的主軸、冷卻、潤(rùn)滑和刀架等均需系統(tǒng)自動(dòng)控制，為此需設(shè)計(jì)接口轉(zhuǎn)換電路和強(qiáng)電控制電路。（2）機(jī)械部分改造。CA6140車床主要用于對(duì)中小型軸類、盤類以及螺紋零件的單—或綜合加工，經(jīng)數(shù)控改造后機(jī)床應(yīng)具有自動(dòng)和手動(dòng)（對(duì)刀、簡(jiǎn)單零件的加工）加工方式。第一，主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造。機(jī)床主傳動(dòng)的作用是把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過(guò)一定的途徑傳給主軸，使工件得到不同轉(zhuǎn)動(dòng)速度，主傳動(dòng)性能的好壞，直接影響著零件的加工質(zhì)量和加工效率。改造中對(duì)主要軸承進(jìn)行精度恢復(fù)；校正主軸回轉(zhuǎn)精度。鑒于機(jī)床改造的經(jīng)濟(jì)性，為提高加工精度，實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)無(wú)級(jí)變速，可在機(jī)床原有的普通三相異步交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)上，增加主軸交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，從而不需進(jìn)行機(jī)械換擋。為保證脈沖發(fā)生器與主軸等速旋轉(zhuǎn)，在改裝時(shí)，主軸傳動(dòng)必須經(jīng)過(guò)原有CA6140車床主軸箱中

58/58和33/33二級(jí)齒輪實(shí)現(xiàn)1：1傳遞，留出空間，安裝脈沖發(fā)生器，并用法拉盤固定。第二，進(jìn)給系統(tǒng)的改造。將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠等全部拆除，縱向進(jìn)給系統(tǒng)以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，經(jīng)一級(jí)齒輪減速轉(zhuǎn)矩增大后，由滾珠絲杠傳動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后和滾珠牡杠套筒聯(lián)軸器連接。橫向進(jìn)給系統(tǒng)中保留原有手動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在原支承位置上安裝滾珠絲杠螺母副后，步進(jìn)電機(jī)及減速器安裝在橫向溜板后方。第三，刀架的改造。根據(jù)需要。拆除原方型刀架，安裝LD4-6132型四方位自動(dòng)刀架。該刀架內(nèi)帶小容量交流電動(dòng)機(jī)，控制下轉(zhuǎn)選刀。內(nèi)置的4只霍爾元件檢測(cè)刀位位胃，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)完成刀具定位。

二、結(jié)語(yǔ)

本改造設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C6140進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。在改造設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)普通機(jī)床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)及刀架的合理改造，使傳動(dòng)系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單精練，減少傳動(dòng)件數(shù)量，縮短傳動(dòng)鏈周期，從而提高機(jī)床加工精度及加工效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本，進(jìn)一步擴(kuò)大機(jī)床的自動(dòng)化程度，適應(yīng)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。普通車床經(jīng)濟(jì)性的數(shù)控改造，實(shí)質(zhì)上是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的巧妙結(jié)合。是國(guó)內(nèi)職業(yè)院校和中小企業(yè)提高車床的自動(dòng)化能力和精密程度的有效選擇。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王愛(ài)玲主編.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2003

[2]朱正偉主編.數(shù)控機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2004

[3]王潤(rùn)孝，秦現(xiàn)生.機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2000

[4]周偉平.機(jī)械制造技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002