CA6150車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)方式探索和研究

李焰

摘 要：CA6150普通臥式車(chē)床的數(shù)控化改造能夠極大的提升車(chē)床的諸多性能，例如提高CA6150車(chē)床的準(zhǔn)確定位能力、直線插補(bǔ)能力、圓弧插補(bǔ)能力、暫停作業(yè)能力等。針對(duì)這一需求，工作人員需要優(yōu)化設(shè)計(jì)CA6150普通臥式車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造方案，才能夠從根本上保證CA6150普通臥式車(chē)床各項(xiàng)基本性能充分滿足日常作業(yè)需求，提高車(chē)間工作效率與質(zhì)量。本文就從CA6150普通臥式車(chē)床數(shù)控改造的必要性切入，簡(jiǎn)單介紹車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，希望能夠?qū)V大同行起到借鑒與參考的作用。

關(guān)鍵詞：CA6150 普通臥式車(chē)床 機(jī)械結(jié)構(gòu) 數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0093-02

CA6150普通臥式車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)主要任務(wù)是將進(jìn)給箱、絲杠、光杠、手工控制刀架轉(zhuǎn)位進(jìn)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(dòng)轉(zhuǎn)位部件，另外還需要安裝相應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)與滾珠絲杠螺母副潤(rùn)滑系統(tǒng)，保證CA6150普通臥式機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠充分符合數(shù)控化的需求。

1 CA6150普通臥式車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)方案具體內(nèi)容

1.1 車(chē)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與改造

CA6150車(chē)床原本導(dǎo)軌為三角導(dǎo)軌，經(jīng)過(guò)改造后成為貼塑導(dǎo)軌，貼塑導(dǎo)軌與三角導(dǎo)軌的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)基本無(wú)異，而且其自身具有良好的潤(rùn)滑性能，能夠顯著的降低導(dǎo)軌與溜板之間的摩擦阻力，使得CA6150普通臥式車(chē)床能夠平穩(wěn)的于貼塑導(dǎo)軌上運(yùn)行，這樣也在很大程度上降低了導(dǎo)軌的損耗。另外，拆除了進(jìn)給箱、溜板箱，然后將縱向步進(jìn)電機(jī)安裝于原進(jìn)給箱的區(qū)域并設(shè)置了一個(gè)減速箱，接著在原本溜板箱處安裝一個(gè)橫向步進(jìn)機(jī)并設(shè)置了一個(gè)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(gè)CA6150普通臥式車(chē)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)不再僅僅受到主軸電機(jī)控制，可以分由步進(jìn)電機(jī)控制進(jìn)行分別控制。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要在CA6150普通臥式車(chē)床原主軸處設(shè)置一個(gè)脈沖發(fā)生器將CA6150普通臥式車(chē)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)完全整合。

1.2 滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)與工作原理

1.2.1 滾珠絲杠螺母副的主要特點(diǎn)

傳統(tǒng)的光杠與絲杠主要是進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由滾珠絲杠螺母副代替后，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，然后在直線運(yùn)動(dòng)后又轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在反復(fù)循環(huán)中傳動(dòng)。滾珠絲杠螺母副在諸多工業(yè)設(shè)備制造以及部分精密儀器與設(shè)備的制造中均有著極為廣泛的應(yīng)用。滾珠絲杠螺母副主要由螺桿、螺母、滾珠構(gòu)成，循環(huán)方式分為內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)。滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)效率高達(dá)90%，可以節(jié)省大量的電能，傳動(dòng)過(guò)程中摩擦阻力極小，具有較高的靈敏度，傳動(dòng)時(shí)較為平穩(wěn)，而且由于摩擦阻力較小，使得CA6150普通臥式車(chē)床整體使用壽命較長(zhǎng)。另外，滾珠絲杠螺母副有著極高的定位精度，而且還可以進(jìn)行重復(fù)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(shí)候，滾珠絲杠與螺母之間的回珠管中的滾珠在循環(huán)往復(fù)的滑動(dòng)時(shí)，會(huì)將其中的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦進(jìn)而發(fā)生絲杠傳動(dòng)，作為CA6150普通臥式車(chē)床的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力之一。

1.3 減速箱體的設(shè)計(jì)與改造

1.3.1 縱向進(jìn)給齒輪的設(shè)計(jì)

傳動(dòng)比公式為：

i=θbL0/360σp

式中：i為傳動(dòng)比；θb為步距角；L0為滾珠絲杠螺母副的導(dǎo)程；σp為每0.01mm的脈沖量。

另外為了簡(jiǎn)化傳統(tǒng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，控制傳動(dòng)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(kāi)線圓柱斜齒輪單級(jí)傳動(dòng)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(jìn)給齒輪的設(shè)計(jì)

傳動(dòng)比公式為：

i=θbL0/360σp

橫向進(jìn)給傳動(dòng)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(jī)的基本性能需求

為了保證主軸電機(jī)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，需要保證主軸電機(jī)額定輸出功率足夠高的同時(shí)有著較大的可調(diào)速范圍，而且可以通過(guò)與系統(tǒng)的同步控制、準(zhǔn)停控制等多種功能實(shí)現(xiàn)其主軸驅(qū)動(dòng)需求。

一般來(lái)說(shuō)，主軸電機(jī)的主要性能要求有四個(gè)方面：第一個(gè)方面是需要主軸電機(jī)具有較大的功率，能夠承受一定的過(guò)載作業(yè)壓力；第二個(gè)方面是需要主軸電機(jī)能夠在可調(diào)速的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，避免出現(xiàn)速度不均勻的情況，影響主軸電機(jī)的作業(yè)效率；第三個(gè)方面是在主軸電機(jī)進(jìn)行斷續(xù)負(fù)載的時(shí)候，能夠維持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速并且轉(zhuǎn)速波動(dòng)的幅度較小；第四個(gè)方面是主軸電機(jī)具有良好的散熱性能，而且在工作的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)大幅度振動(dòng)與高分貝噪聲，壽命周期較長(zhǎng)。

2 CA6150普通臥式車(chē)床主軸部分設(shè)計(jì)改造

CA6150普通臥式車(chē)床主軸部分作為車(chē)床關(guān)鍵部件，其整體結(jié)構(gòu)性能優(yōu)劣直接影響到車(chē)床作業(yè)的進(jìn)度與質(zhì)量，因此數(shù)控化改造設(shè)計(jì)人員需要充分重視車(chē)床主軸部分的改造方案設(shè)計(jì)，提高車(chē)床主軸部分改造質(zhì)量，提高車(chē)床整體工作效率。

一般在選擇CA6150普通臥式車(chē)床軸承部件的時(shí)候，需要綜合考慮各個(gè)零部件的工作精度、剛度、溫度變化以及支撐結(jié)構(gòu)等具體因素，然后確定軸承部件的型號(hào)、安裝方式等，目前CA6150普通臥式車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化主軸部分改造多采用的是滾動(dòng)軸承。首先，需要將滾動(dòng)軸承預(yù)緊，進(jìn)而達(dá)到提高主軸部件整體旋轉(zhuǎn)精度、剛度以及抗震性能，然后在加工的時(shí)候需要停止其轉(zhuǎn)動(dòng)交換刀具，停轉(zhuǎn)時(shí)必須確保主軸位置不變，以便后期加工作業(yè)的開(kāi)展，最后需要在主軸上安裝準(zhǔn)停裝置，常用的準(zhǔn)停裝置主要是磁性傳感準(zhǔn)停裝置。

3 CA6150普通臥式車(chē)床數(shù)控裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)構(gòu)成，硬件系統(tǒng)作為數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，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(chǔ)器、I/O結(jié)構(gòu)電路、外圍設(shè)備等。數(shù)控系統(tǒng)的主要功能是對(duì)系統(tǒng)的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，例如滾珠絲杠螺母副滾珠傳動(dòng)控制、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架刀具更換控制、外圍設(shè)備控制以及加工控制等。

數(shù)控裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要環(huán)節(jié)是單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)諸多廠商生產(chǎn)的單片機(jī)均可以很好的滿足CA6150車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)的需求，而且具有極高的經(jīng)濟(jì)性。另外，輔助電路的設(shè)計(jì)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(chǔ)的重要數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，保證了車(chē)床作業(yè)的連續(xù)性。

4 結(jié)語(yǔ)

CA6150普通臥式車(chē)床是我國(guó)加工產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用的車(chē)床之一，對(duì)我國(guó)加工業(yè)的發(fā)展起到了不可忽視的重要促進(jìn)作用。隨著近年來(lái)數(shù)控化技術(shù)的不斷提高，提高CA6150車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)于促進(jìn)我國(guó)加工業(yè)發(fā)展有著重要意義。本文就從CA6150普通臥式車(chē)床數(shù)控改造的必要性切入，簡(jiǎn)單介紹車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控化改造設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，希望能夠?qū)V大同行起到借鑒與參考的作用。

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