數控故障維修與維護實訓機床的設計與研發

李濤

（遼寧機電職業技術學院，遼寧 丹東 118009）

1 項目的意義及預期功能

由于數控技術的高速發展，企業數控機床的應用越來越多，因此除了需要數控機床操作工及CAD/CAM 軟件應用人才外，對數控機床維修人才的需求也更加迫切。所以結合生產實際的數控維修教學設備的開發應用，對提高學生裝配與調試數控機床、診斷數控設備故障的能力，有著非常大的實際意義。根據數控故障診斷與維護教學要求及生產實際的需要，數控維修機床功能如圖1 所示。

圖1 數控維修機床功能

2 總體設計原理與方案

本次設計以CA6140 車床為基礎，由于數控維修機床為實訓設備，對加工精度要求不高，為簡化設計、節約成本，總體設計方案如圖2 所示。

圖2 總體設計圖

1）X、Z 軸設計方案：拆除原車床的進給箱、溜板箱、光杠、絲杠，采用電動機帶動滾珠絲杠傳遞進給運動。

Z 軸：Z 軸伺服電機→聯軸器→縱向滾珠絲杠→大托板縱向按數控指令獲得不同的走刀量和螺距；

X 軸：X 軸伺服電機→聯軸器→橫向滾珠絲杠→橫滑板橫向按數控指令獲得不同走刀量。

2）主軸部分改進：主軸在保留主軸箱的基礎上，根據成本要求不采用變頻器控制主軸，對于主軸的正、反轉采用相應的接觸器控制。

3）拆除原手動刀架，實現自動換刀，安裝4工位電動刀架。

4）縱、橫向要安裝行程開關，保證加工過程中不超程。

5）考慮到成本，采用國產華中世紀星經濟型數控系統。

3 機械部分設計

1）Z 軸進給系統的設計。Z 軸進給傳動系統的設計如圖3 所示。拆除原來所有的進給部分，采用Z 軸伺服電機通過聯軸器把動力傳遞給縱向滾珠絲杠，再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺做往復運動。由于滾珠絲杠成本的因素，設計了兩根絲杠接長桿，通過圓柱銷與絲杠配合。在滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調整方便。

圖3 Z 軸進給傳動系統

2）橫向（X 軸）進給系統設計。橫向進給傳動系統設計如圖4 所示。橫向伺服電機通過聯軸器把動力傳遞給縱向滾珠絲杠，由于滾珠絲杠成本的因素，設計了兩根絲杠接長桿，通過圓柱銷與絲杠配合。螺母通過螺母座直接固定在中拖板上。

4 電氣部分設計

圖4 橫向（X 軸）進給系統裝配圖

電氣部分的設計，主要是根據教學需要滿足維修機床的基本功能（主軸能實現正、反轉，能實現X、Z 軸進給運動，能實現4 工位刀架自動換刀）來開展一些實際的實訓項目。因此電氣控制線路主電路所示主軸電動機采用的是接觸器控制正反轉，由于設計的維修實訓機床是在CA6140 車床的基礎上完成的，根據資金的情況仍然采用原主軸箱來實現主軸的旋轉與主軸調速（不采用變頻器控制主軸調速）。X、Z 軸進給運動通過伺服驅動器來控制兩軸的伺服電動機。采用接觸器控制刀架正、反轉來實現刀架的選刀與鎖緊。刀架電機正反轉的控制信號來自數控系統PLC 輸出。

5 結語

項目完成后，將研發一臺數控維修車床，能完成數控機床編程、操作類實訓，數控機床編程操作，數控機床電氣部分的實訓，數控機床電路安裝實訓，電氣原理圖及裝配圖的識圖與繪制，參數設置，數據備份，主軸、進給軸、刀架、模塊的基本功能調試，數控機床故障診斷與維修，數控機床的整機調試等實訓項目。

［1］陳紹廉.數控機床改造技術［M］.北京：航空工業出版社，1989.

［2］劉鳳國.CA6140 型車床進給系統及刀架的數控改造［J］.煤礦機械，2005（2）：95-97.