CA6140普通車床硬件部分數控化改造

魏東坡　趙宏霞

摘要：隨著我國工業技術的快速發展，數控技術的應用已成為必然趨勢。為了提高生產率，改善加工工藝，文章對CA6140型普通機床的經濟型數控化改造進行了介紹，實踐證明普通機床數控化改造具有現實價值與重大意義。

關鍵詞：普通車床；數控技術；數控化改造

中圖分類號：TG519 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）10-0032-02

1 實現主軸的無級變速

數控機床在自動加工過程中，切削力會隨時發生變化，為了保證加工精度的一致性，這就要求數控機床的主軸必須實現無級變速。目前，實現無級變速的方式有兩種：第一，是直接采用伺服電機的方式實現主軸的無級變速；第二，是通過變頻器來驅動電機的方式來實現無極變速。本文筆者主張采用第二種方式，這種方式不需要重新購買伺服電機，完全可通過變頻器充分利用原機床的電動機實現無極變速，從而達到改造的經濟效益化。其工作原理為，數控系統與變頻器相連接，控制電機的正轉、反轉、變速、停止。通過分析研究，選用法蘭克變頻器MDV60A0150-503-4-0T。

2 安裝脈沖編碼器

為了使改造后的CA6140型機床能實現自動加工螺紋，所以必須安裝一個光電脈沖編碼器。它的主要作用是，通過主軸——脈沖編碼器——數控系統——步進電機之間經行信息轉換，最終實現主軸旋轉一轉，刀具縱向移動一個導程的關系。

主軸脈沖編碼器的安裝分為同軸安裝和異軸安裝兩種方式。同軸安裝具有結構上比較簡單的優點，但這種方法不利于加工較長工件，對零件的加工長度有所限制。所以我們采用異軸安裝，這樣我們仍然可以保持主軸孔繼續使用，機床架構也無任何變動。安裝時，我們采用柔性連接，另外安裝過程中一定要輕拿輕放編碼器，防止損壞編碼器中的玻璃光柵盤，其次，還要保證機床主軸轉速低于主軸脈沖的最高轉速，以免造成編碼器報廢。在此，我們選擇北京大通捷程生產的AMCI旋轉編碼器。

3 改造進給系統

3.1 改造縱向進給系統

縱向進給系統改造方法：首先，1（步進電機）把動力通過2（減速齒輪）傳遞給3（縱向滾珠絲杠），滾珠絲杠上的螺母副拖動4（工作臺）來回做橫向移動。進給箱保留不動，用固定方式支撐滾珠絲杠最左端，利用套筒聯軸器5將滾珠絲杠3與支撐軸6連接起來，其中，聯軸器5是以兩個錐銷以垂直的方式將3與6相連，此種方法不但結構簡易而且還能預防外應力與裝配不當等問題的出現。

關于滾珠絲杠的右端我們采用帶深溝球軸承的軸承支撐座來支撐，滾珠絲杠的預拉伸和鎖緊是通過一對圓螺母來實現的。同時，我們可通過采用雙螺母的方式來消除連接中出現的間隙。

3.2 改造橫向進給系統

橫向滾珠絲杠與縱向滾珠絲杠改造方式相同，也采用雙螺母的預緊的方式來消除連接間隙，而橫向步進電機與減速器安裝在靠近操作者一側，同時安放一根短軸進行支撐，再讓橫向滾珠絲杠與套筒聯軸器進行連接。右端也是采用滑動軸承進行徑向支撐，由于這樣會出現雙向軸向力，所以同時要布置一對推力球軸承，這樣便可以有效的承受住雙向軸向力。滾珠絲杠的左端必須改造成一個支撐結構，再利用一個連接短軸把連軸套與滾珠絲杠及輸出軸相連接起來。最后通過固定在螺母座上的螺母來調整絲杠的預拉伸與鎖緊。其原理圖如下：

4 改造刀架部分

首先，要把機床上原來帶有的刀架與小滑板拆除掉，再換裝一臺由法蘭克數控系統控制的四工位電動刀架。刀架內部放置有三相異步電動機（120W），此電動機是用來驅動正轉選刀的。另外，刀架內置的4個霍爾元件是用于檢測刀位位置，起到刀位鎖緊的作用。此處，采用浙江凱達新型ACT自動回轉刀架。安裝時的注意事項，第一，要保證刀架兩側面平行于原縱向與橫向的進給方向。第二，為避免在使用過程中鐵屑、冷卻液導致聯電，所以連線一定要合理安排。

5 導軌的改造

導軌的性能對機床的使用性能、加工精度、承載能力起到了決定性的作用。導軌在使用過程中，表面必然會出現很多劃痕，這些劃痕使得導軌表面摩擦系數增大，影響傳動效率。為了保證導軌的正常使用，我們通過對導軌填充聚四氟乙烯軟帶來貼塑改造。首先，我們要對導軌表面進行刮研，使得導軌表面粗糙度達到1.6um，平面度達到0.01/l000精度；第二，選用軟帶，軟帶厚度為1mm；第三，將聚四氟乙烯軟帶表面用鈉基溶液處理；第四，將金屬導軌粘結面去污、去油，再用再用丙酮擦洗干凈、晾干；最后按按A組份/B組份=1/1的重量比稱量混合好的專用膠進行涂抹，橫向涂在軟帶上，縱向涂在導軌上，膠層厚度一般控制在0.08～0.12mm之間，涂抹均勻即可。然后左右移動剛黏貼在導軌上的軟帶，使二者全面貼付，同時將其中產生的氣泡壓出。第五，在軟帶上先涂覆一層油紙，再找重物均勻壓在導軌上，以免重物與粘結劑粘結。除此之外，還要在軟帶上刮研和開油槽，油槽距離軟帶邊緣至少6mm以上，刮研接觸面積在75%以上，寬度超過55%，最終達到溜板在水平面的移動直線度0.02。

6 數控系統的安裝

數控系統在機床數控化改造中起到至關重要的作用。此處筆者根據機床改造后的可靠性與性能穩定性選擇了FUNUC0iMateTC型數控系統。改造后車床具備1個旋轉主軸、X、Z兩個進給軸、冷卻控制系統、檢測控制電路、刀架控制系統及輔助控制系統。其連接結構圖如下：

7 結語

隨著科學技術的進步，數控機床將被廣泛的應用于機械制造領域。由于數控機床本身造價較為昂貴，企業單靠購買全新數控設備所花費巨大。所以，普通機床的數控化改造在我國就成為現代化進程必不可少的一步。本文筆者以CA6140型普通車床為例，詳細闡述了機械部分的數控化改造，以實踐經驗證明，普通機床的數控化改造對我國機械制造業起著尤為重要的意義。

參考文獻

[1] 滕士波.數控機床的改造及應用[D].哈爾濱工程大學碩十學位論文，2006.

[2] 席俊杰.數控技術和機床數控化改造[J].機械工程師，2002，（8）：6～7.

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