简析普通车床CA6150数控化改造

杨大明

摘 要：为了实现CA6150普通车床的数控化，我们对机床的控制系统进行了全面的设计及改造，并且改造之后的车床能够达到准确定位及一些数控的其他功能要求，我们现有一台常规的CA6150普遍车床，针对它自身的弊端提出了数控的改造方法及电器系统的设计，这样能够有效的提高其加工的精度，并且还能够扩大机床的使用范围，也有利于提高生产效率。

关键词：普通车床;数控化;改造

一、普通车床数控化改造的设计任务

1.主要根据车间的生产要求，需要改造达到如下几个方面要求：

1.1主轴方面改造要求

在甲方没有要求我们进行刚性攻丝及螺纹加工进行改造的情况下，由于原有的主轴具有两挡变速，因此对其不做改动，要在主轴无极变速及螺纹加工方面进行改进，要拆除原来的主轴的齿轮传动装置，还要对主轴上的电动机进行加装主轴驱动器或者加上通用的变频器，这要根据主轴的机型进行选择适当的变频器，通过以上来实现主轴的无级变速，并且在主轴的后端需要加装编码器以实现螺纹的加工功能。

1.2进给轴方面改造要求

把原进给轴改造为伺服电机驱动的进给轴，这样能够充分的实现自主的加工进给，这样也能够满足所加工的机床本体加工长度的需求。

1.3需要把刀架改成四工位自动数控的刀架，这样才能够实现自动换刀。

1.4其他方面改造。由于原有的进给周的润滑系统是手动的，所以在本次的改造时需要对其进行加装主轴及进给轴的自动的润滑系统，还需要根据自动加工的要求，对加装工件系统充分的冷却。

二、普通车床数控化改造的内容

1.对于伺服驱动元件种类的选择

对于永磁式交流伺服电动机来说，其结构非常简单，并且运行可靠，效率也比较高。我们在结构上采取相应的改进措施以后，使得其外形的尺寸比直流电动机的尺寸及重量均减小一半左右，转子惯量减到直流电动机的六分之一。进行改进以后，使其与异步的电动机相比较，由于我们所采用永磁铁励磁消除了励磁损耗及其相关的杂散损耗，所以效率明显提高，并且无换向器和电刷等，这样使得机械的可靠性能与感应的电动机相同的功率的因数也有较大程度的提高，因此永磁同步电动机的体积比异步电动机的体积小一些，那么在数控伺服驱动的过程中大多情况下是采用同步交流伺服电动机作为伺服系统的驱动的主要装置。

2.对于交流变速方式的选择

交流伺服变速的调速方式很多，最常用的一种就是波脉宽调制的方式，此种是采用PWM方式进行调速的。对于CA6150普通车床数控化改造，需要选用EP100-3A型号的伺服驱动器。此种型号的驱动器采用的是比较先进的控制算法，这样能够充分实现转矩及转速和位置精确的数字控制，并且其数字量和模拟量的接口，能够比较方便的与各种上位的控制机联网，使其具有多项智能化的监视功能及精巧的操作板，能够为客户提供很多的方便条件，也方便调度与故障的诊断。另外，内置的全系列的伺服电机参数，能够达到电机与驱动器的无缝连接，这样就能够形成全套的产品，使其性价比非常高，IPM的智能模块使用，也是根据国内工业环境的可靠性而设计的，这样能够使得产品的可靠性更佳。

3.进给系统的改造

3.1纵向的进给系统

需要拆去原来机床的溜板箱及光杠和丝杠，还有安装座，再配上滚珠丝杠及与其相关的安装的装置，需要选用合适的电动机，来确定减速比及保持转矩一定，这样能够拖动转矩使其传给滚珠丝杠副，从而带动拖板，使其沿纵向往返进行运动。另外，滚珠丝杠可采用预紧安装的方式，从而减小或消除由于丝杠自身的重量而导致的弯曲变形，使得丝杠刚度有较大程度的提高，从而使丝杠不会因为发热而伸长。

3.2横向的进给系统

在我们拆除横向丝杠的时候，需要换上滚珠丝杠这个时候要确定电动机的减速比及转矩和脉冲当量，另外在选择电动机的时候，需要通过1∶2的比例对减速箱与滚珠丝杠相连接。

3.3伺服电动机的安装与接线方法

我们通常所采用的安装方法是立式的方形凸缘，这种方法是要通过通过法兰盘与止口固定在机床丝杠的托架上，另外伺服电动机的输出轴需要在减速箱减速之后，通过轴套与丝杠相连接的方式进行的，电动机的插头和驱动器的端口也需要连接。

三、改造与安装内容

1.电气改造

1.1电器柜制作与安装布线过程

电器柜制作需要在通风流畅，安装方便的原则的基础上进行，并且在电器柜的设计方面，要在电器柜的上部适当位置进行预留供数控系统和操作面板安装的空位进行安装。

1.2床身电气安装过程

我们在中拖板上安装X轴参考点限位和横向正负方向极限限位的时候，需要合并X轴电机线缆和编码器线缆连接线，这需要通过中拖板中间夹层及拖链和地沟连接到电器柜。安装时，原主轴按钮的位置保持不变，按钮线通过原来的按钮线管到床身的后部合并到一起，使得所有电气线进入拖链最终到电器柜。到此步骤，床身和电气柜线路的连接才全部完成，最后需要检查所有的连接线，确保准确无误之后，继电器和电磁阀的续流二极管极性连接也需要准确无误。测试强电相序正确之后，才能够进行调试程序的工作，最主要的是刀架电机，它的方向绝对不能错误，如果错误就会导致电机卡死烧毁的现象，使得之前工作都前功尽弃了，这就是普通车床CA6150数控化改造的整个过程。

2.安装内容：

2.1滚珠丝杠的安装

伺服电动机安装在床鞍的后部，靠近操作者端布置一个支承短轴，通过一个联轴套与滚珠丝杠已知条件连接，利用车床原横向进给丝杠的滑动轴套作径向支承，在原支承处布置一对推力球轴承。远离操作者端，用一个联轴套和一根连接短轴，把滚珠丝杠与减速箱输出轴连接起来，将丝母座固定在中滑板上带动中滑板运动，从而实现刀具的横向进给运动。

2.2自动回转刀架的安装

将原刀架拆下，去掉车床的小滑板，加装一块方铁，安在中滑板上，以调节刀架与机床主轴间的高度。刀架放在方铁上，卸掉电动机的风單，逆时针转动电动机，或用内六角扳手转动轴承盖上的内六角，使刀架转动定位后，装上螺钉，然后将刀架固定。

2.3滚珠丝杠副的防拍

采用毛毡圈对螺母进行密封，毛毡圈的厚度为螺距的2到3倍，而且内孔作成螺纹的形状，使之紧密地包住丝杠，并安装于螺母或套简两端的槽孔内。对于暴露在外的丝杠，采用折叠式塑料防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面。

结语：综上所述，本文通过对CA6150车床数控化改造的设计和改造，充分的了解了机械加工设备的数控化改造的主要流程，对于今后工作的研究打好基础，并且此机床改造之后投入使用的过程中，运行状态良好并且也非常平稳，在操作方面也很简单，并且工作效率也提高了很多，为今后工作打下铺垫。这对以后的设备进行数控化改造及设备的数控化的比率方面还将会有很大的发展进步空間。

参考文献：

[1]李艳青 浅谈数控机床的结构与维修[J].机械工业出版社，2009（10）.

[2]金鑫 简析机电传动的控制[M].沈阳：东北大学出版社，2014（09）.

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