CA6140普通車床的數控技術改造技術研究

摘要：以CA6140普通車床的改造為例，分析傳統車床數控化改造方法。以車床工作原理為基礎結合多種數控技術理論的基礎上，對CA6140普通車床數控化改造的方法和步驟進行研究，詣在探索一種合理的普通車床數控化改造方案。

關鍵詞：數控化改造；機床；機械生產加工；

1 CA6140機床概述

CA6140車床是在C620車床基礎上進行改進而形成的一種臥式車床，其中C代表車床 A代表改進型號 6代表臥式 1代表基本型 40代表最大旋轉直徑，是一種機械設備生產車床之一。

很多機械生產企業已經完成了對普通車床的數控化改造，根據研究和改造經驗，綜合來說CA6140車床能夠進行數控化改造需要滿足兩個基礎條件：1）車床基礎有足夠的剛性，數控車床是基于高精度、數字化控制和管理的車床，而工件移動和道具移動基本需要滿足0.001-0.01mm的高定位精度，這就需要改造前的車床基礎有較高的靜剛度和動剛度。2）經濟性考慮，企業實現數控化生產的途徑有兩種，購進數控機床和機床數控化改造，在對普通機床進行數控化改造時需要考慮到兩者的成本問題，通過舍棄部分部件、替換部分部件的方式進行改造如果成本明顯低于直接購進數控機床，則具有改造價值。

通過分析和研究，CA6140型機床剛性、經濟性以及功能性方面均滿足數控化改造的基本條件，因此值得進行機床數控化改造。

2改造方案

普通機床數控化改造后，系統能夠實現對主軸的有效控制，控制轉速、使其反轉等；控制臺能夠完成對刀架、工件的橫、縱、垂直方向的高定位精度移動和控制；此外數控機床能夠通過鍵盤輸入控制語句，顯示加工狀態，自動化冷卻和潤滑等，因此大體上可以分為數控部分和機械部分兩部分的改造。

2.1數控部分

使用MCS-51系列單片機組構成控制系統，使用功率進步電機經齒輪減速后驅動X、Y、Z三軸。

2.2機械部分

保留主要傳動系統，增加編碼器實現主軸控制，進給傳動系統采用滾珠絲杠螺母替代原來部件。

3數控部分改造

機床數控化改造后，機床中主軸、冷卻、潤滑功能管控均由系統自動控制，因此需要在接口處設置轉換電路，控制臺設置強電控制電路。可保留的原有電氣元件有變壓器、自動斷路器、接觸器等，使用改制后的電控箱替代原有的電控箱。

4機械部分改造

CA6140型機床的數控化改造，需要在其原有功能基礎之上進行改造，而中小型軸類、盤類和螺紋零件加工是CA6140型機床的主要功能，因此數控化改造后機床能夠具有自動和手動生產加工的功能和應用方式，為了達成這一目的，機床的機械部分需要進行以下改造。

4.1傳動系統改造

在數控化改造過程中，CA6140型機床的主傳動系統可以進行部分功能保留，主要保留機床原有的主軸手動變速功能，通過數控化改造，將機床主運動和進給運動分離，使機床主電機僅服務于主軸旋轉，主電機為主軸旋轉提供主要動力支持。通過加入電磁離合器，來接收數控信號，實現元制動裝置制動與停車的控制。

螺紋和絲杠的加工需要保證主軸的每一次轉動，刀具都能夠準確一定一個導程，因此需要在主軸增設脈沖發生器來進行控制信號反饋。脈沖發生器可以采用同軸的方式進行安裝，與軸之間使用橡膠管進行柔性連接，這么做有兩個好處，一方面能夠有效傳遞角位移動信號，另一方面可以降低主軸振動對發生器的干擾，使脈沖發生器能夠傳遞準確的脈沖信號，提高機床的控制精度。

4.2進給系統

對原CA6140普通機床進行數控化改造，完成其進給系統數控化時需要先拆除原來的掛輪機構、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等部件，進而進行機床進給系統的數控化改造，整體思路如下。

縱向進給系統使用步進電機作為動力單元，在一級齒輪對動力進行減速、轉矩增大后，由滾珠絲杠進行傳動。滾珠絲杠安裝在原機床絲杠拆除后空余位置，使用螺母副通過托架安裝于床鞍底部，滾珠兩端安裝裝接套、接桿并實現支撐，于機床床尾完成滾珠絲杠和步進電機的連接。步進電機經一級齒輪減速后于機床尾與改裝后的滾珠絲杠進行連接，連接采用套筒聯軸器實現。

橫向進給系統數控化改造幅度較小，基本保留原機床手動控制機構，在原支撐部位安裝滾珠絲杠螺母副，于橫向溜板后方進行步進電機和減速器安裝。

4.3刀架改造

根據機床的實際生產過程中的切削需要和系統的T功能控制性能進行小范圍改造。主要改造內容有：拆除原機床的刀架和小托板并使用LD4-6132型自動刀架進行替代。

LD4-6132型自動刀架是一種四方位的自動刀架，并且自帶小容量交流電機，自動控制正轉選刀；同時內置霍爾元件4只，用于檢測刀位位置，并通過電機反轉實現刀具定位功能，因此能夠應用于數控化生產下，全自動的四方位自動切削需要。

5改造完成后系統工作流程

如圖1所示：

6改造總結

通過上述幾方面對CA6140型機床進行數控化改造后，進行實驗和研究，其在X、Y、Z方向上能夠實現高行程、高速、有效自動控制以及手控；脈沖發生器脈沖能夠準確傳遞信號，實現精確的傳導制動控制，脈沖當量0.0025mm/p；使用LD4-6132型自動刀具替代原有刀具后，生產中可進行4方位的轉換選擇，重復定位精度在0.005mm以下同時夾力可達4000N。

參考文獻：

[1]李建國.普通機床數控改造關鍵技術的設計研究[J].科技創新導報.2015 （10） ：69-70

作者簡介：

夏長富，出生年月：1976年8月5日，民族：漢，學歷：大學本科，職稱：副教授，研究方向：機械加工、電工電子和物理學。endprint