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CA6136 普通車床數控化的改造設計

2020-4-14 來（lái）源：江蘇省無錫交通高等（děng）職業技術學校作者：劉衍益

總體設計方案應重點考慮數控係（xì）統選擇和（hé）驅動元（yuán）器件選擇，考慮如（rú）何保證滿足（zú）零件加工精度要求等。同時，要考慮改裝的經濟與（yǔ）適用性，盡可能利用原機床（chuáng）部件（jiàn），遵循小改動（dòng）、大收益的原則，縮短改造周期，因此確定以下設計方（fāng）案。

（1）CA6136 經過數控化設（shè）計改造，應滿足重複定位、線（xiàn）性插補、順逆圓弧插補、內（nèi）外輪廓循環和英公製螺紋車削功能等。多年的工作實（shí）踐證明，GSK980TD 係統是非常可靠的數控（kòng）係統之一，其性能穩定、功能較完善、價格較經濟，選用它比（bǐ）較好地滿足了這次（cì）改造的要求。

（2）CA6136 數控化設計改裝成簡易經濟型數控機床，在滿足零件加工精度的要求下，盡量做到結構簡單，降低改造成（chéng）本。因此，本次設計進（jìn）給驅動元器件選用單相 3kW步進電機。在步（bù）進電機參數選擇中，應特別注意（yì）脈衝當量的確（què）定（dìng），依據改造設計精度要求，Z 軸設定 0.01mm，X 軸設定 0.005mm。

（3）拆除原手動刀架，安裝四工（gōng）位自動回轉（zhuǎn）刀架及刀架控（kòng）製電（diàn）路。

（4）縱向及橫向進（jìn）給驅（qū）動係統是兩套分別獨立的傳動裝置，依次為步進驅動電機、齒輪減（jiǎn）速裝置、剛（gāng）性聯軸（zhóu）器、絲杠（gàng）螺母裝置，其（qí）傳動精度必須符合改造設計精度。

（5）為了使進給驅動係統傳（chuán）動平穩性（xìng）及傳動精（jīng）度符合設計要求（qiú），采用傳（chuán）動精度高及運行過程（chéng）中（zhōng）非常平穩的滾珠絲杠螺母副，且（qiě）設預緊裝置，以消（xiāo）除齒輪間的傳動間隙，提高驅動力的傳動（dòng）穩定性。

（6）為防止機械加工中縱向和橫向超越極限，在（zài）縱向和橫向（xiàng）分別安裝（zhuāng）限位元件。

（7）在數控加工中，加工（gōng）前必須通過回參（cān）考點建立機床坐標係，故在（zài）縱向和橫向分別安裝回參考點檢測元件。

（8）CA6136 機床總（zǒng）體格（gé）局未做大改造，做到小改動、大收益，以節（jiē）約改造成本，盡快交付使用。

1　、機械部分改造設計

1.1　進給係統機械結（jié）構改造設（shè）計

1.1.1　必須（xū）改（gǎi）裝的重要（yào）裝置

在進給驅動係統改造設計過程中，必須改裝的重要（yào）裝置分別是掛輪係統、進給調速係（xì）統、溜板箱係統等。

掛輪係統：整體（tǐ）拆掉，在進給裝置主軸端部安置脈衝（chōng）編碼器，脈衝編碼器的作用是控製主軸每轉一圈使進給係統進給一個螺距，用於加工公英製螺紋所必須（xū）配置的元器件。

溜板箱部（bù）分：把橫向溜板裝置中的絲（sī）杠、螺（luó）母整體拆（chāi）掉，換（huàn）裝成橫向進給傳遞係統。選擇滾珠絲杠螺母裝置、驅（qū）動步進電機、齒輪減速裝置、剛性聯軸器等組成橫向進給傳遞係統。

進給調速部分：整體拆掉，在此處安設縱向驅動步進電機和減速與（yǔ）消震（zhèn）裝置。驅動步（bù）進電機經兩對減速齒輪裝置，將縱向（xiàng）進給力傳遞到滾珠絲杠，後經滾珠絲杠螺母裝置聯接刀架產生（shēng）切削動作（zuò）。

1.1.2　進給係統傳動（dòng）齒輪間（jiān）隙（xì）的（de）消除

為了確保驅動步進電機啟動時的穩（wěn）定性，人們應（yīng）高度重視（shì）步（bù）進（jìn）驅動電機負載慣性矩問題（tí）。每當負載慣性矩逐漸增大至某一特定值，驅動步進電機（jī）將產生擅動，從而（ér）瞬間造成劇烈震動現象。因（yīn）此，選擇驅動步進電機應考慮一定的負載（zǎi）餘量，避免過載造成嚴重損失。在此次設（shè）計過程（chéng）中，選擇減（jiǎn）速齒輪裝置用以消除慣性矩產生瞬間的震動問題。在設計消震方法的同（tóng）時，減速齒輪裝置也應避免兩齒輪間的間隙過大，否則（zé）將造成數控係統發出指令後，切削動作（zuò）不同步現象。

在此次改造設計（jì）中，選擇雙片齒輪來消除一組齒輪間的間隙。通常（cháng）將主從動（dòng）齒輪中的從動齒輪製造（zào）成相同規格型號的兩片，將其中某（mǒu）一片用花鍵固定在齒輪軸上，相互之間（jiān）安設彈簧，在彈簧力作用下，兩齒廓相互緊貼，從而達到（dào）完全消（xiāo）除齒側間隙的目的。

1.2　主軸部分（fèn）改造設計

CA6136 數控化改裝（zhuāng）後，根據總體（tǐ）設（shè）計方案要求，必須能自動加工公（gōng）英製螺紋，所以必須將主軸部分進行相應改造設計。在主軸後端安設編碼器，使其運行與主（zhǔ）軸的運行（háng）同步，主軸（zhóu）運行時，編碼器將同步工作，編（biān）碼器將（jiāng）運行信號反（fǎn）饋到控製係統中（zhōng），使進給驅動係（xì）統與主軸同步控製，從（cóng）而車削出符合設計要求的公英製螺紋。值得（dé）注意的是，在安裝（zhuāng）聯接過程中（zhōng），必須保證主軸與編碼器心軸的同軸度（dù）控製在 0.02mm 以內（nèi），否則會造成編碼器信號失（shī）真。

2　、電氣控製部分改造設計

2.1　主軸控製係統

主軸電氣控（kòng）製係統選擇台達變頻器（VFD022M43B 三相（xiàng）380V 7.5kW）來驅動三相異步電機，帶動主軸進行旋（xuán）轉運行（háng）。變頻器主電路部分（fèn）連線應注意的問題是，將三相電源線分（fèn）別接至 R、S、T 觸點，萬萬不可將三相電源線錯接至輸出（chū）觸點 U、V、W，否則會造成變頻器的燒毀。接線完成後，應檢查各（gè）觸點連接的牢固性（xìng），以免在（zài）工作（zuò）中因接（jiē）觸不良造成發熱燒毀主軸控製係統。在控製（zhì）接（jiē）線（xiàn）端子“+”“PR”上（shàng）接製動 10Ω 電阻。為了防止（zhǐ）變頻器（qì）受到電磁（cí）波幹擾，安裝濾波器（qì）（FRBSF01），從而使受到無線電幹擾降到最小。

2.2　進給伺（sì）服控製係統

進給（gěi）伺服驅動器選擇時代 M542，其性能穩定，功能滿足（zú）設計要求。安裝過程中必須注意的事項有（yǒu）：驅動器安裝環境必須通（tōng）風良好，無（wú）塵，無（wú）幹擾信號源，信號（hào）線必須做屏蔽處理，否則會造成運行不穩定現象；強電與弱電必須分開，並采取相（xiàng）互隔離措施；橫向與縱向驅動器安裝橫向間距不小於 30cm，否則會造成兩驅動器控製信號相互幹（gàn）擾。

2.3　刀架（jià）控製係統

刀（dāo）架選擇常州亞星（xīng） LD4 刀架，該刀架具有工作可靠度高、剛性好、壽命長、價格低廉等優點。刀架控製接線原理如（rú） 1 所示，QF3 為空氣（qì）開關，KM5 為刀架正轉接觸器，KM6 為刀架反（fǎn）轉接觸器，KA1 為急停中間繼電器，S1 ～ S4 分別為 1 ～ 4 刀位（wèi）檢測（cè）裝置，SB11為手動換（huàn）刀開關，SB12 為自動（dòng）選刀啟動開關，RC9 和 RC10為直流（liú）滅弧裝置。X3.0 ～ X3.3 分別為 1 ～ 4 號（hào）輸入（rù）刀位信號源，X30.6 為輸入手動（dòng）刀（dāo）位信號源，30.7 為輸入手動換刀信號源，Y0.6 為輸出刀架正轉信號源，Y0.7 為輸出（chū）刀架（jià）反（fǎn）轉信號源。在（zài）接（jiē）線過（guò）程中，應注意的事項為，信號線必須與電源線進行屏蔽（bì）隔離處理（lǐ），接線應牢固、無鬆動現象。

圖 1　刀架控製接線原理

3　、結語

本次 CA6136 數控化改造設計，圓滿實現了數控機床電氣和機（jī）械部分的改造。經調（diào）研，將廢舊機床進（jìn）行數控化改造具有很好的經濟性，目前（qián）中國機床數控化改造潛（qián）在市場非常大，發展空間廣（guǎng）闊，特別是專用（yòng）機床數（shù）控化改造項目。在（zài）本次改造設計過程中，筆者親身經曆（lì）改造全過程（chéng），學（xué）到了前所未有的新知識和新技能，同時把所學的知識應用到改造設計中，既鞏固專業理論知識，又有效提升解決問題的能力，這有助於今後更好地開展教學和科研工作。

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