CA6140數控車床改數控螺紋磨床

吳金光 盛健

摘 要：型號為e-CA6140的電子車床是在成熟的CA6140普通車床基礎上，采用先進的數控技術，構建的一種結構可靠、操作簡便、經濟實用的經濟型數控車床。e-CA6140適合高效、大批量加工各種軸、盤類零件內外圓柱表面、錐面、螺紋、鉆孔、鉸孔及曲線回轉體，是一種低價位、實用型、高可靠性的數控車床，在這個基礎上采用機床主軸變頻技術，使主軸轉速在磨床要求的轉速范圍內，更換刀塔為可調角度的磨頭裝置，增加砂輪修整裝置，利用機床的數控裝系統調整磨頭進給和主軸轉速加磨頭角度調整，從而獲得我們需要的各種螺紋。

關鍵詞：車床；螺紋磨床；改造

一、改造可行性分析及方案

加工精度受機床的行程范圍、主軸和尾軸中心線（回轉半徑）、床身導軌寬度、主軸及磨頭電機功率，X與Z軸重復定位精度、機床剛性、機床精度的限制。從e-CA6140的電子數控型車床的結構看，其行程范圍、機床剛性、電機功率等可以滿足要求。而磨頭中心高設計時要與主軸中心線的高度相符，床身導軌（包括中拖）可做貼塑處理提高導軌的使用壽命。 e-CA6140的電子車床主軸徑向跳動0.006-0.012/300mm左右，軸向竄動為0.003mm左右，尾座中心高0.04mm左右，螺紋磨床的主軸徑向跳動0.005-0.012/300mm，軸向竄動為0.002mm左右，尾座中心高0.03mm左右，機床X、Z軸驅動為三相六拍的步進電機，機床采用開環控制系統。由步進電機帶動滾珠絲杠，進而帶動磨頭（刀架）運動。X/Z軸重復定位精度 mm 0.012/0.016mm，完全可以滿足螺紋加工工藝的精度要求。

原刀架改造成磨頭部分，拆卸原設備的方刀架，以中托板上的T型導軌為定位面，安裝磨頭及電機，重新設計制作底板，磨頭，修砂輪用的修整器；增加設計電氣部分，包括變頻器及開關等配件，

二、結構特點

e-CA6140電子車床采用水平床身，導軌采用山形一平面組合導軌形式并中頻淬火，淬硬層達3mm，硬度達HRC52。

主軸軸承采用國產精密主軸軸承：主軸箱設計時考慮到最小熱變形，采取散熱措施及相應的減少主軸熱變形的措施，經精心裝配，主軸具有溫升低，熱變形小，精度高的特點，使主軸長期工作時能保持主軸軸線的相對穩定。

橫向進給，縱向進給均采用交流伺服電機與滾珠絲杠直聯方式：滾珠絲杠支承形式采用一端固定一端支承的形式。

立式四工位數控電動刀架。每工位所用時間為3-3.5秒。重復定位精度高達0.008mm。同時在設計制造中采用高精度大直徑齒盤分度定位，具有剛性好，重切削時變形小等優點。

機床卡盤采用手動卡盤，配置手動尾座。

床頭箱采用箱外獨立油泵潤滑，導軌和滾珠絲杠采用電子泵潤滑系統，周期定量自動供油，方便，可靠，可實現自動，手動控制潤滑。

機床為半封閉防護，排屑方便，流暢。冷卻箱與主機分離，冷卻泵的流量大，揚程高，工件和刀具都得到充分冷卻，保證工件的加工精度，提高刀具的使用壽命。

機床系統為GSK928TE數控系統（廣州數控）。

CRT箱安裝在防護門上，可縱向移動，便于操作者操作。

三、技術參數

項目 單位 規格

床身上最大回轉直徑 mm Φ400

最大工件長度（二頂尖間距離） mm 920

最大車削長度（最大加工長度） mm 920

滑板上最大回轉直徑 mm 210

主軸端部形式及代號 - A1-6

主軸前端錐孔錐度 莫氏 莫氏6號

主軸轉速級數 - 24級

主軸轉速范圍 r/min 11-1600

刀架形式 - 立式四工位電動刀架

刀方尺寸 mm 25×25

床尾主軸直徑（尾座套筒直徑） mm 75

床尾主軸孔錐度（尾座套筒錐孔錐度） - 莫氏5號

X軸行程 mm 210

Z軸行程 mm 920

X軸快移速度 m/min 4

Z軸快移速度 m/min 8

X/Z軸定位精度 mm 0.03/0.04

X/Z軸重復定位精度 mm 0.012/0.016

X軸最小設定單位 mm 0.001

Z軸最小設定單位 mm 0.001

中心高 mm 距地面1085

主電機功率 kW Y132M-4左 7.5

機床重量 kg -

機床輪廓尺寸（長×寬×高） mm 2640×1714×1630

機床包裝尺寸（長×寬×高） mm -

加工精度 - IT7

（車削）工件表面粗糙度 μm Ra1.6 [2]

四、改造實施

1. 對機床幾個工作部位的改進：

首先拆下機床的刀架機構，將其固定在另一段使用，這樣可以不破壞機床的原有結構，然后設計一套磨頭機構（可調升角），配合適機床主軸電機的變頻器，使主軸轉速可達3-1600轉/分。磨頭砂輪轉速根據用戶要求按砂輪速度V確定，根據公式：n1R1=n2R2得出磨頭電機皮帶轉和轉速，并確定電機功率。螺紋升角按公式：tgα=h/x計算出并搬轉到位。沖液系統采用雙沖頭，過濾循環水箱。砂輪修整器采用電機和減速機總成，輸出轉度在100-150轉/分左右，并制作修整器基座，安裝調整。

五、使用效果和經濟效益

我們通過將其改造為數控螺紋磨床用于螺紋加工磨削。經試用效果良好，由于機床主軸剛性好，只要磨頭剛性好、磨削力足夠大，就可以進行硬材料的強力磨削加工，其粗糙度可達到Ra0.8，螺紋精度可達美標3A級精度。

優點：

1）可實現一機多用，可分別作為內孔磨、外圓磨 、螺紋磨床使用。

2）可一人多機操作，從我們的改造的螺紋磨床實際操作看可實現一人6機操作。

3）從效益、功能對比表中得知，機床成本低，功能多。

缺點：

1）由于機床主軸是車床主軸機構，其精度在0.008mm左右，不能滿足高精度磨床要求，故要提高精度需要主軸精度高。

2）機床導軌無防護罩（不容易安裝），導軌易臟化，由于磨床都是水或磨削液，因此防銹是難點。

3）砂輪修整器安裝位置不便操作。

探索：

該改型磨床還可提高機床主軸精度和磨頭精度及轉速，提高滾珠絲桿副精度，安裝光柵尺改為全閉環結構提高進給精度，改滑動導軌為滾動導軌，減小工作臺運動阻力，從而提高機床的整體精度。

參考文獻：

[1]“機械零件設計手冊“國防工業出版社。

[2]e-CA6140電子車床使用說明書，沈陽機床廠

[3]臺達變頻器選型手冊，中大電通股份有限公司