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CA6140車床的數(shù)控化改造
摘 要：數(shù)控化加工是機(jī)械行業(yè)向著高質(zhì)量、高精度和高效率發(fā)展的必然趨勢，對(duì)現(xiàn)有CA6140車床進(jìn)行數(shù)控化改造能夠在滿足生產(chǎn)需要的基礎(chǔ)上降低新設(shè)備的購置成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本文就其改造過程進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：CA6140 車床 改造
數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，解決了機(jī)械制造過程中對(duì)精密件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工。就我們企業(yè)目前面臨的現(xiàn)狀來說，大部分工廠在其生產(chǎn)過程中使用的還是CA6140等普通車床，如果一次性購備數(shù)控機(jī)床所需要的資金較多，企業(yè)心有余而力不足。為此對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造解決企業(yè)生產(chǎn)過程中遇到的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)問題，為技術(shù)人員提供參考依據(jù)是非常必要的。
1 數(shù)控機(jī)床改造的必要性
數(shù)控機(jī)床是利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和加工過程進(jìn)行控制的一種設(shè)備，主要由機(jī)床主機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置、CNC裝置和編程裝置等部分組成。按照加工工藝的不同，可以分為金屬切削類數(shù)控機(jī)床、特種加工類數(shù)控機(jī)床以及板材加工各類數(shù)控機(jī)床;按照控制運(yùn)動(dòng)軌跡的不同可以分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、直線控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床;按照驅(qū)動(dòng)裝置的不同分為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和混合控制數(shù)控機(jī)床。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床越來越受到企業(yè)的青睞，跟普通車床相比，數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)主要有：
(1)加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床的定位精度為±0.01 mm，重復(fù)定位精度為±0.005 mm，特別適用于加工精度較高的產(chǎn)品。
(2)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)采用了獨(dú)立的電機(jī)，二者能夠單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，也可以多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，在加工復(fù)雜曲面和形狀復(fù)雜的零件過程中具有較高的精度。
(3)數(shù)控車床采用了自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，在加工過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀，和一次換刀完成多道工序的加工。
(4)數(shù)據(jù)機(jī)床在加工過程中預(yù)先將程序輸入機(jī)床，其加工過程無需人工操作，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。
(5)數(shù)控機(jī)床上設(shè)置了自動(dòng)監(jiān)控和補(bǔ)償裝置，機(jī)床的安全系數(shù)較高。
但是數(shù)控機(jī)床的價(jià)格比較昂貴，一般在幾萬到幾十萬，對(duì)于普通中小型企業(yè)來全部購置是不可能實(shí)現(xiàn)的。而將普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造不僅能夠?qū)崿F(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)，還能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省60%～80%的費(fèi)用，特別是在大型機(jī)床改造中的優(yōu)勢更加明顯。
目前我國機(jī)床的總量大概在400余萬臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床的數(shù)量僅為20余萬臺(tái)，機(jī)床的數(shù)控化率為5%左右。就普通機(jī)床來說在10年以上役齡的占到了60%，對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2 普通車床數(shù)控化改造的基本類型
2.1 保留普通車床所有功能部件
該類型的車床改造完成后由數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)、原有普通車床各功能部件以及電動(dòng)刀架等幾部分組成。橫向和縱向采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中橫向的伺服電機(jī)固定在床鞍的后端面上，通過一對(duì)同步帶輪將運(yùn)動(dòng)傳送到普通車床原有的橫向絲桿副，實(shí)現(xiàn)橫向的快進(jìn)和快移;縱向伺服電機(jī)則固定在進(jìn)給箱的左端，通過聯(lián)軸器將運(yùn)動(dòng)傳遞到普通車床的進(jìn)給箱，在縱向絲桿的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)縱向快移和進(jìn)給。該類型的車床數(shù)控化改造保留了普車大部分的功能部件，改造后車床的精度不受影響，適用于零件的粗加工過程中。
2.2 保留普通車床功能部件
該類型車床在改造過程中要拆除原有車床的掛輪、進(jìn)給箱、溜板箱、三桿、托架以及橫向絲桿副，安裝相應(yīng)的縱向和橫向滾珠絲桿組件、數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該類型的車床數(shù)控化改造后能夠保證其加工精度，但是改造設(shè)計(jì)過程中的工作量較大，周期較長，適用于距離較近，能夠長時(shí)間停機(jī)的用戶。
2.3 采用相關(guān)系列數(shù)控滑臺(tái)機(jī)構(gòu)
該類型車床改造過程中只借助原有車床的導(dǎo)軌，安裝新的數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置以及電機(jī)即可。改造后的機(jī)床克服了原來機(jī)床的精度低、可靠性差以及改造周期長的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車床快速、大規(guī)模的改造，適用于對(duì)盤、套類零件的加工。
3 對(duì)CA6140改造的總體方案
CA6140車床(圖1所示為其結(jié)構(gòu)簡圖)主要用來完成對(duì)小型軸類、盤類以及螺紋類零件的加工，要求機(jī)床能夠控制其主軸的正反轉(zhuǎn)，以適應(yīng)零件對(duì)切削速度的要求;刀架要能夠在橫向和縱向完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并且在換刀點(diǎn)能夠完成四個(gè)到位的自動(dòng)改變;加工螺紋時(shí)還要保證刀架移動(dòng)一個(gè)邏輯或?qū)С虝r(shí)主軸能夠轉(zhuǎn)一圈。在對(duì)CA6140進(jìn)行改造的過程中首先要解決的問題就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)給和手動(dòng)控制轉(zhuǎn)位刀架的數(shù)控化改造，使其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和自動(dòng)進(jìn)給。
根據(jù)CA6140車床的主要性能指標(biāo)和工作狀況，其改造方案如圖2所示。
(1)拆除原有車床的橫向和縱向絲杠光杠、溜板箱以及掛輪箱中的齒輪，增加滾珠絲杠。其中滾珠絲杠采用分體方式，用套筒聯(lián)軸器連接在一起，橫向滾珠絲杠的兩端采用原有的固定和支承方式，縱向滾珠絲杠通過托架安裝在原來溜板箱跟床鞍連接的部位上。
(2)橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速器相對(duì)于操作者來說安裝在床鞍的后部，縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速器安裝在機(jī)床右端靠近尾座的位置。
(3)拆除原有手動(dòng)刀架，在小托板上安裝數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架。
(4)在掛輪箱內(nèi)加裝主軸脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測來完成對(duì)螺紋類零件的加工。
(5)在縱向和橫向安裝行程限位開關(guān)，保證加工過程中不超程。
(6)在橫向安裝接近開關(guān)，保證零件在加工過程中能夠返回參考點(diǎn)。
(7)縱向和橫向齒輪箱和絲杠要加裝防護(hù)罩，防止油污和切屑等贓物的進(jìn)入。
(8)根據(jù)機(jī)床的使用要求和改造成本，加裝合適的數(shù)控系統(tǒng)。
4 結(jié)論
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，CA6140車床已經(jīng)不能滿足對(duì)零件加工的要求，數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化產(chǎn)品在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用，解決了目前零件形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高以及小批量生產(chǎn)的問題。在改造過程中拆除了原有車床上的掛輪、進(jìn)給箱、溜板箱等部件實(shí)現(xiàn)了其數(shù)控化改造，確定了其數(shù)控化改造的基本方案，其中傳動(dòng)系統(tǒng)采用了滾珠絲杠副，刀架采用的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，采用伺服電機(jī)對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床主軸的快進(jìn)和快移。
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