CA6140車(chē)床的數控化改造
摘 要：數控化加工是機械行業(yè)向著(zhù)高質(zhì)量、高精度和高效率發(fā)展的必然趨勢，對現有CA6140車(chē)床進(jìn)行數控化改造能夠在滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的基礎上降低新設備的購置成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。本文就其改造過(guò)程進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：CA6140 車(chē)床 改造
數控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著(zhù)巨大的作用，解決了機械制造過(guò)程中對精密件和復雜結構件的加工。就我們企業(yè)目前面臨的現狀來(lái)說(shuō)，大部分工廠(chǎng)在其生產(chǎn)過(guò)程中使用的還是CA6140等普通車(chē)床，如果一次性購備數控機床所需要的資金較多，企業(yè)心有余而力不足。為此對普通車(chē)床進(jìn)行數控化改造解決企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中遇到的技術(shù)和經(jīng)濟問(wèn)題，為技術(shù)人員提供參考依據是非常必要的。
1 數控機床改造的必要性
數控機床是利用數字化信息對機床的運動(dòng)和加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種設備，主要由機床主機、驅動(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(lèi)數控機床、特種加工類(lèi)數控機床以及板材加工各類(lèi)數控機床;按照控制運動(dòng)軌跡的不同可以分為點(diǎn)位控制數控機床、直線(xiàn)控制數控機床和輪廓控制數控機床;按照驅動(dòng)裝置的不同分為開(kāi)環(huán)控制數控機床、閉環(huán)控制數控機床、半閉環(huán)控制數控機床和混合控制數控機床。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數控機床越來(lái)越受到企業(yè)的青睞，跟普通車(chē)床相比，數控機床的優(yōu)點(diǎn)主要有：
(1)加工精度高，質(zhì)量穩定。數控機床的定位精度為±0.01 mm，重復定位精度為±0.005 mm，特別適用于加工精度較高的產(chǎn)品。
(2)數控機床的主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)采用了獨立的電機，二者能夠單獨運動(dòng)，也可以多坐標聯(lián)動(dòng)，在加工復雜曲面和形狀復雜的零件過(guò)程中具有較高的精度。
(3)數控車(chē)床采用了自動(dòng)回轉刀架，在加工過(guò)程中能夠實(shí)現自動(dòng)換刀，和一次換刀完成多道工序的加工。
(4)數據機床在加工過(guò)程中預先將程序輸入機床，其加工過(guò)程無(wú)需人工操作，大大降低了工人的勞動(dòng)強度，提高了生產(chǎn)效率。
(5)數控機床上設置了自動(dòng)監控和補償裝置，機床的安全系數較高。
但是數控機床的價(jià)格比較昂貴，一般在幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)，對于普通中小型企業(yè)來(lái)全部購置是不可能實(shí)現的。而將普通車(chē)床進(jìn)行數控化改造不僅能夠實(shí)現上述優(yōu)點(diǎn)，還能夠為企業(yè)節省60%～80%的費用，特別是在大型機床改造中的優(yōu)勢更加明顯。
目前我國機床的總量大概在400余萬(wàn)臺，其中數控機床的數量?jì)H為20余萬(wàn)臺，機床的數控化率為5%左右。就普通機床來(lái)說(shuō)在10年以上役齡的占到了60%，對普通車(chē)床進(jìn)行數控化改造具有非常重要的現實(shí)意義。
2 普通車(chē)床數控化改造的基本類(lèi)型
2.1 保留普通車(chē)床所有功能部件
該類(lèi)型的車(chē)床改造完成后由數控系統、伺服驅動(dòng)、伺服電機、原有普通車(chē)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驅動(dòng)，其中橫向的伺服電機固定在床鞍的后端面上，通過(guò)一對同步帶輪將運動(dòng)傳送到普通車(chē)床原有的橫向絲桿副，實(shí)現橫向的快進(jìn)和快移;縱向伺服電機則固定在進(jìn)給箱的左端，通過(guò)聯(lián)軸器將運動(dòng)傳遞到普通車(chē)床的進(jìn)給箱，在縱向絲桿的帶動(dòng)下實(shí)現縱向快移和進(jìn)給。該類(lèi)型的車(chē)床數控化改造保留了普車(chē)大部分的功能部件，改造后車(chē)床的精度不受影響，適用于零件的粗加工過(guò)程中。
2.2 保留普通車(chē)床功能部件
該類(lèi)型車(chē)床在改造過(guò)程中要拆除原有車(chē)床的掛輪、進(jìn)給箱、溜板箱、三桿、托架以及橫向絲桿副，安裝相應的縱向和橫向滾珠絲桿組件、數控系統、驅動(dòng)裝置以及驅動(dòng)電機。該類(lèi)型的車(chē)床數控化改造后能夠保證其加工精度，但是改造設計過(guò)程中的工作量較大，周期較長(cháng)，適用于距離較近，能夠長(cháng)時(shí)間停機的用戶(hù)。
2.3 采用相關(guān)系列數控滑臺機構
該類(lèi)型車(chē)床改造過(guò)程中只借助原有車(chē)床的導軌，安裝新的數控系統、驅動(dòng)裝置以及電機即可。改造后的機床克服了原來(lái)機床的精度低、可靠性差以及改造周期長(cháng)的缺點(diǎn)，實(shí)現了對車(chē)床快速、大規模的改造，適用于對盤(pán)、套類(lèi)零件的加工。
3 對CA6140改造的總體方案
CA6140車(chē)床(圖1所示為其結構簡(jiǎn)圖)主要用來(lái)完成對小型軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)以及螺紋類(lèi)零件的加工，要求機床能夠控制其主軸的正反轉，以適應零件對切削速度的要求;刀架要能夠在橫向和縱向完成進(jìn)給運動(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)邏輯或導程時(shí)主軸能夠轉一圈。在對CA6140進(jìn)行改造的過(guò)程中首先要解決的問(wèn)題就是要實(shí)現對機械傳動(dòng)進(jìn)給和手動(dòng)控制轉位刀架的數控化改造，使其能夠實(shí)現自動(dòng)轉位刀架和自動(dòng)進(jìn)給。
根據CA6140車(chē)床的主要性能指標和工作狀況，其改造方案如圖2所示。
(1)拆除原有車(chē)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(guò)托架安裝在原來(lái)溜板箱跟床鞍連接的部位上。
(2)橫向驅動(dòng)電機及齒輪減速器相對于操作者來(lái)說(shuō)安裝在床鞍的后部，縱向驅動(dòng)電機及齒輪減速器安裝在機床右端靠近尾座的位置。
(3)拆除原有手動(dòng)刀架，在小托板上安裝數控轉位刀架。
(4)在掛輪箱內加裝主軸脈沖編碼器，實(shí)現對主軸轉速的同步檢測來(lái)完成對螺紋類(lèi)零件的加工。
(5)在縱向和橫向安裝行程限位開(kāi)關(guān)，保證加工過(guò)程中不超程。
(6)在橫向安裝接近開(kāi)關(guān)，保證零件在加工過(guò)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罩，防止油污和切屑等贓物的進(jìn)入。
(8)根據機床的使用要求和改造成本，加裝合適的數控系統。
4 結論
隨著(zhù)數控技術(shù)的發(fā)展，CA6140車(chē)床已經(jīng)不能滿(mǎn)足對零件加工的要求，數控機床作為機電一體化產(chǎn)品在機械制造業(yè)中發(fā)揮著(zhù)非常重要的作用，解決了目前零件形狀結構復雜，精度要求高以及小批量生產(chǎn)的問(wèn)題。在改造過(guò)程中拆除了原有車(chē)床上的掛輪、進(jìn)給箱、溜板箱等部件實(shí)現了其數控化改造，確定了其數控化改造的基本方案，其中傳動(dòng)系統采用了滾珠絲杠副，刀架采用的自動(dòng)轉位刀架，采用伺服電機對其進(jìn)行驅動(dòng)，實(shí)現了機床主軸的快進(jìn)和快移。
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