CA6140普通车床的数控技术改造技术研究

摘要：以CA6140普通车床的改造为例，分析传统车床数控化改造方法。以车床工作原理为基础结合多种数控技术理论的基础上，对CA6140普通车床数控化改造的方法和步骤进行研究，诣在探索一种合理的普通车床数控化改造方案。

关键词：数控化改造；机床；机械生产加工；

1 CA6140机床概述

CA6140车床是在C620车床基础上进行改进而形成的一种卧式车床，其中C代表车床 A代表改进型号 6代表卧式 1代表基本型 40代表最大旋转直径，是一种机械设备生产车床之一。

很多机械生产企业已经完成了对普通车床的数控化改造，根据研究和改造经验，综合来说CA6140车床能够进行数控化改造需要满足两个基础条件：1）车床基础有足够的刚性，数控车床是基于高精度、数字化控制和管理的车床，而工件移动和道具移动基本需要满足0.001-0.01mm的高定位精度，这就需要改造前的车床基础有较高的静刚度和动刚度。2）经济性考虑，企业实现数控化生产的途径有两种，购进数控机床和机床数控化改造，在对普通机床进行数控化改造时需要考虑到两者的成本问题，通过舍弃部分部件、替换部分部件的方式进行改造如果成本明显低于直接购进数控机床，则具有改造价值。

通过分析和研究，CA6140型机床刚性、经济性以及功能性方面均满足数控化改造的基本条件，因此值得进行机床数控化改造。

2改造方案

普通机床数控化改造后，系统能够实现对主轴的有效控制，控制转速、使其反转等；控制台能够完成对刀架、工件的横、纵、垂直方向的高定位精度移动和控制；此外数控机床能够通过键盘输入控制语句，显示加工状态，自动化冷却和润滑等，因此大体上可以分为数控部分和机械部分两部分的改造。

2.1数控部分

使用MCS-51系列单片机组构成控制系统，使用功率进步电机经齿轮减速后驱动X、Y、Z三轴。

2.2机械部分

保留主要传动系统，增加编码器实现主轴控制，进给传动系统采用滚珠丝杠螺母替代原来部件。

3数控部分改造

机床数控化改造后，机床中主轴、冷却、润滑功能管控均由系统自动控制，因此需要在接口处设置转换电路，控制台设置强电控制电路。可保留的原有电气元件有变压器、自动断路器、接触器等，使用改制后的电控箱替代原有的电控箱。

4机械部分改造

CA6140型机床的数控化改造，需要在其原有功能基础之上进行改造，而中小型轴类、盘类和螺纹零件加工是CA6140型机床的主要功能，因此数控化改造后机床能够具有自动和手动生产加工的功能和应用方式，为了达成这一目的，机床的机械部分需要进行以下改造。

4.1传动系统改造

在数控化改造过程中，CA6140型机床的主传动系统可以进行部分功能保留，主要保留机床原有的主轴手动变速功能，通过数控化改造，将机床主运动和进给运动分离，使机床主电机仅服务于主轴旋转，主电机为主轴旋转提供主要动力支持。通过加入电磁离合器，来接收数控信号，实现元制动装置制动与停车的控制。

螺纹和丝杠的加工需要保证主轴的每一次转动，刀具都能够准确一定一个导程，因此需要在主轴增设脉冲发生器来进行控制信号反馈。脉冲发生器可以采用同轴的方式进行安装，与轴之间使用橡胶管进行柔性连接，这么做有两个好处，一方面能够有效传递角位移动信号，另一方面可以降低主轴振动对发生器的干扰，使脉冲发生器能够传递准确的脉冲信号，提高机床的控制精度。

4.2进给系统

对原CA6140普通机床进行数控化改造，完成其进给系统数控化时需要先拆除原来的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等部件，进而进行机床进给系统的数控化改造，整体思路如下。

纵向进给系统使用步进电机作为动力单元，在一级齿轮对动力进行减速、转矩增大后，由滚珠丝杠进行传动。滚珠丝杠安装在原机床丝杠拆除后空余位置，使用螺母副通过托架安装于床鞍底部，滚珠两端安装装接套、接杆并实现支撑，于机床床尾完成滚珠丝杠和步进电机的连接。步进电机经一级齿轮减速后于机床尾与改装后的滚珠丝杠进行连接，连接采用套筒联轴器实现。

横向进给系统数控化改造幅度较小，基本保留原机床手动控制机构，在原支撑部位安装滚珠丝杠螺母副，于横向溜板后方进行步进电机和减速器安裝。

4.3刀架改造

根据机床的实际生产过程中的切削需要和系统的T功能控制性能进行小范围改造。主要改造内容有：拆除原机床的刀架和小托板并使用LD4-6132型自动刀架进行替代。

LD4-6132型自动刀架是一种四方位的自动刀架，并且自带小容量交流电机，自动控制正转选刀；同时内置霍尔元件4只，用于检测刀位位置，并通过电机反转实现刀具定位功能，因此能够应用于数控化生产下，全自动的四方位自动切削需要。

5改造完成后系统工作流程

如图1所示：

6改造总结

通过上述几方面对CA6140型机床进行数控化改造后，进行实验和研究，其在X、Y、Z方向上能够实现高行程、高速、有效自动控制以及手控；脉冲发生器脉冲能够准确传递信号，实现精确的传导制动控制，脉冲当量0.0025mm/p；使用LD4-6132型自动刀具替代原有刀具后，生产中可进行4方位的转换选择，重复定位精度在0.005mm以下同时夹力可达4000N。

参考文献：

[1]李建国.普通机床数控改造关键技术的设计研究[J].科技创新导报.2015 （10） ：69-70

作者简介：

夏长富，出生年月：1976年8月5日，民族：汉，学历：大学本科，职称：副教授，研究方向：机械加工、电工电子和物理学。endprint