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CA6140型普通車床的數(shù)控化改造的分析的論文
隨著我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)、外際市場(chǎng)競(jìng)爭口益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來越多。而普通機(jī)床己不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需更換零件加工程序，無需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。
對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)，單純靠購買新的數(shù)控機(jī)床，所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來的部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑、本文主要討論對(duì)CA6140型普通車床的數(shù)控化改造。
1總體改造方案
CA6140車床，主要用于對(duì)小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工、對(duì)該機(jī)床的數(shù)控化改造分為機(jī)械和數(shù)控兩部分，具體方案如：
1.2數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)改造要求
主軸進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)速、主軸和進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡化，傳動(dòng)剛度也大為提高，主軸后端安裝了同步運(yùn)轉(zhuǎn)的脈沖編碼器，用于加工各種螺紋。
1.2數(shù)控機(jī)床的布局要求
結(jié)構(gòu)要緊湊以節(jié)省占地面積和空間，并采用全封閉或防護(hù)裝置。
1.3床身的結(jié)構(gòu)布局要求
床身是機(jī)床主要承載部件，本改造采用平床身，因?yàn)槠酱采硎窃谄胀C(jī)床上稍加改造而成的，價(jià)格相對(duì)較低，而且它的工藝性好，加工方便，并且刀架處于水平位置，易于保證刀具運(yùn)動(dòng)精度。
1.4數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)要求
進(jìn)給調(diào)速范圍大、定位準(zhǔn)確、無間隙誤差、有較高的傳動(dòng)效率。所以，為滿足低摩擦要求，選用滾珠絲杠、螺母?jìng)鲃?dòng)副做傳動(dòng)和導(dǎo)向元件，伺服電機(jī)與絲杠間采用一級(jí)減速器連接，以縮小傳動(dòng)鏈，提高系統(tǒng)剛度，并減少傳動(dòng)鏈誤差。絲杠、電機(jī)與聯(lián)軸器之間采用凸輪聯(lián)軸器連接、采用2臺(tái)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)縱向(z軸)和橫向(x軸)的滾珠絲杠帶動(dòng)刀架完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
1.5轉(zhuǎn)塔式刀架
刀架系統(tǒng)采用電機(jī)轉(zhuǎn)塔式刀架，可使機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，省去大量液壓管路。
1.6數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)
系統(tǒng)中沒有反饋電路，不帶檢測(cè)裝置，指令信號(hào)單方向傳遞、開環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉、易掌握，調(diào)試和維護(hù)比較方便簡單，已廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。
2機(jī)械部分改造
2.1主傳動(dòng)系統(tǒng)
為了降低改裝費(fèi)用，保持原機(jī)床精度，主傳動(dòng)系統(tǒng)基本不變，保留原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速，改造后使主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，數(shù)控系統(tǒng)只控制主軸的起、停和正、反轉(zhuǎn)及冷卻液開、關(guān)。主傳動(dòng)系統(tǒng)仍采用原電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只是安裝一個(gè)光電脈沖編碼器，通過主軸一編碼器一控系統(tǒng)一步進(jìn)電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具進(jìn)給一個(gè)導(dǎo)程的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以便完成車削螺紋運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)機(jī)床主軸箱具體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，編碼器采用異軸聯(lián)接方法，這樣既能使編碼器主軸與車床主軸按1:1的速比聯(lián)接傳動(dòng)，又不破壞原車床結(jié)構(gòu)，主軸孔仍能使用。主軸脈沖編碼器安裝時(shí)注意事項(xiàng)：小心輕放，不能有較大的沖擊和振動(dòng)，以防損壞玻璃光柵盤，造成報(bào)廢；車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā)生器的最高允許轉(zhuǎn)速，以免損壞脈沖編碼器。
2.2進(jìn)給系統(tǒng)
原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等全部拆除，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)。滾珠絲杠仍利用原絲杠位置，其螺母副通過托架安裝在床鞍底部，滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承，與床身尾部步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)接。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后和滾珠絲杠用套筒聯(lián)軸器連接。橫向進(jìn)給系統(tǒng)中保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，在原支承部位安裝滾珠絲杠螺母副后，步進(jìn)電淚L及減速器安裝在橫向溜板后方。
2.3刀架部分
拆除原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝由數(shù)控系統(tǒng)控制的四工位電動(dòng)刀架，效率高、工藝性能可靠、根據(jù)改造車床的型號(hào)及主軸中心高度，選用常州宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-C6140型四工位電動(dòng)刀架，利用系統(tǒng)內(nèi)置固定式PLC控制刀架的運(yùn)動(dòng)。
電動(dòng)刀架安裝時(shí)注意事項(xiàng):電動(dòng)刀架的兩側(cè)面與原車床縱、橫向的進(jìn)給方向平行；電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線在安裝時(shí)應(yīng)合理，以免加工時(shí)切屑、冷卻液及其它雜物磕碰電動(dòng)刀架連線，故電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線可沿橫向工作臺(tái)右側(cè)面先走線到車床后面，再沿車床導(dǎo)軌下方拉出一鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。
2.4導(dǎo)軌部分
由于是普通機(jī)床改造，原普通機(jī)床導(dǎo)軌表面可能有明顯的劃痕，這樣就使摩擦系數(shù)變大，容易產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的失動(dòng)。為了恢復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌的精度，增加耐磨性，提高機(jī)床的穩(wěn)定性，提高機(jī)床的防爬行和吸振功能，降低成本，對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌選用聚四氟乙烯基軟帶改造機(jī)床導(dǎo)軌，現(xiàn)有許多資料詳細(xì)闡述了聚四氟乙烯基軟帶的粘貼工藝，可供用戶參考。
3數(shù)控部分改造
在選擇數(shù)控化改造中，數(shù)控裝置的型號(hào)選擇至關(guān)重要，因?yàn)闄C(jī)床改造后的可靠性和性能都和數(shù)控裝置有關(guān)。本文根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)選擇的3步曲，即選檔次、選廠家、選型號(hào)，最后選用了南京華興數(shù)控有限責(zé)任公司生產(chǎn)的WA-21SN通用車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于微處理器D70208H (NEC公司生產(chǎn)的工控用通用CPU)的高性能經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)。具有普及型數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)有的大多數(shù)功能，如于輪、圖形跟蹤和模擬、主軸模擬量輸出、內(nèi)置固定式PLC等。
4結(jié)語
改造后的結(jié)果：一是對(duì)CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控技術(shù)改造后，機(jī)床的進(jìn)給最大速度x，z軸分別為1200mm/min和3000mm/min；二是通過控制軟件可以實(shí)現(xiàn)更加靈活、復(fù)雜的控制方法，在不增加或很少增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度的情況下，可滿足不同場(chǎng)合的加工需要，充分體現(xiàn)數(shù)字控制高度智能化和柔性的優(yōu)點(diǎn)；三是改造后的車床能大批量車削加工工件，產(chǎn)品合格率高，基本達(dá)到了原設(shè)計(jì)的要求。實(shí)踐證明，這種改造后的車床，非常適用于加工中小批量、半青度要求較高的產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)
[1]丁明軍，宋丹.C6132普通車床的數(shù)控化改造[J].機(jī)電一體化，2003
[2]余英良.機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998
[3]張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994
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