CA6150车床机械结构的数控化改造设计方式探索和研究

李焰

摘 要：CA6150普通卧式车床的数控化改造能够极大的提升车床的诸多性能，例如提高CA6150车床的准确定位能力、直线插补能力、圆弧插补能力、暂停作业能力等。针对这一需求，工作人员需要优化设计CA6150普通卧式车床机械结构数控化改造方案，才能够从根本上保证CA6150普通卧式车床各项基本性能充分满足日常作业需求，提高车间工作效率与质量。本文就从CA6150普通卧式车床数控改造的必要性切入，简单介绍车床机械结构数控化改造设计的基本内容，希望能够对广大同行起到借鉴与参考的作用。

关键词：CA6150 普通卧式车床 机械结构 数控化改造设计

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0093-02

CA6150普通卧式车床机械结构数控化改造设计主要任务是将进给箱、丝杠、光杠、手工控制刀架转位进给部件拆除并更换上滚珠丝杠螺母副以及数控系统控制刀架自动转位部件，另外还需要安装相应的行程开关与滚珠丝杠螺母副润滑系统，保证CA6150普通卧式机床机械结构能够充分符合数控化的需求。

1 CA6150普通卧式车床机械结构数控化改造设计方案具体内容

1.1 车床机械机构的设计与改造

CA6150车床原本导轨为三角导轨，经过改造后成为贴塑导轨，贴塑导轨与三角导轨的静、动摩擦系数基本无异，而且其自身具有良好的润滑性能，能够显著的降低导轨与溜板之间的摩擦阻力，使得CA6150普通卧式车床能够平稳的于贴塑导轨上运行，这样也在很大程度上降低了导轨的损耗。另外，拆除了进给箱、溜板箱，然后将纵向步进电机安装于原进给箱的区域并设置了一个减速箱，接着在原本溜板箱处安装一个横向步进机并设置了一个减速箱。原本的光杠与丝杠拆除并使用滚珠丝杠螺母副取代，将滚珠丝杠螺母副安装至新的齿轮箱上后可以使整个CA6150普通卧式车床进给运动以及主传动运动不再仅仅受到主轴电机控制，可以分由步进电机控制进行分别控制。为了实现这一目标，需要在CA6150普通卧式车床原主轴处设置一个脉冲发生器将CA6150普通卧式车床运动系统完全整合。

1.2 滚珠丝杠螺母副的特点与工作原理

1.2.1 滚珠丝杠螺母副的主要特点

传统的光杠与丝杠主要是进行回转运动，由滚珠丝杠螺母副代替后，回转运动就会转变为直线运动，然后在直线运动后又转变为回转运动，在反复循环中传动。滚珠丝杠螺母副在诸多工业设备制造以及部分精密仪器与设备的制造中均有着极为广泛的应用。滚珠丝杠螺母副主要由螺杆、螺母、滚珠构成，循环方式分为内循环与外循环。滚珠丝杠螺母副传动效率高达90%，可以节省大量的电能，传动过程中摩擦阻力极小，具有较高的灵敏度，传动时较为平稳，而且由于摩擦阻力较小，使得CA6150普通卧式车床整体使用寿命较长。另外，滚珠丝杠螺母副有着极高的定位精度，而且还可以进行重复高精度定位。

1.2.2 滚珠丝杠螺母副的工作原理

在工作的时候，滚珠丝杠与螺母之间的回珠管中的滚珠在循环往复的滑动时，会将其中的滑动摩擦转变为滚动摩擦进而发生丝杠传动，作为CA6150普通卧式车床的运转动力之一。

1.3 减速箱体的设计与改造

1.3.1 纵向进给齿轮的设计

传动比公式为：

i=θbL0/360σp

式中：i为传动比；θb为步距角；L0为滚珠丝杠螺母副的导程；σp为每0.01mm的脉冲量。

另外为了简化传统系统整体结构，控制传动系统的误差范围，保证传统系统整体精确度，一般采用渐开线圆柱斜齿轮单级传动系统，公式为：

i=Z2/Z1

其中，分度圆直径：

d1=mZ1 d2=mZ2

齿顶圆直径：

da1=d1+2m da2=d2+2m

齿根圆直径：

df1=d1-2.5m df2=d2-2.5m

1.3.2横向进给齿轮的设计

传动比公式为：

i=θbL0/360σp

横向进给传动公式：

i=Z2/Z1

i=Z2/Z1

其中，分度圆直径：

d1=mZ1 d2=mZ2

齿顶圆直径：

da1=d1+2m da2=d2+2m

齿根圆直径：

df1=d1-2.5m df2=d2-2.5m

1.4 主轴电机的基本性能需求

为了保证主轴电机的良好运转，需要保证主轴电机额定输出功率足够高的同时有着较大的可调速范围，而且可以通过与系统的同步控制、准停控制等多种功能实现其主轴驱动需求。

一般来说，主轴电机的主要性能要求有四个方面：第一个方面是需要主轴电机具有较大的功率，能够承受一定的过载作业压力；第二个方面是需要主轴电机能够在可调速的范围内保持稳定的运转速度，避免出现速度不均匀的情况，影响主轴电机的作业效率；第三个方面是在主轴电机进行断续负载的时候，能够维持稳定的转速并且转速波动的幅度较小；第四个方面是主轴电机具有良好的散热性能，而且在工作的时候不会出现大幅度振动与高分贝噪声，寿命周期较长。

2 CA6150普通卧式车床主轴部分设计改造

CA6150普通卧式车床主轴部分作为车床关键部件，其整体结构性能优劣直接影响到车床作业的进度与质量，因此数控化改造设计人员需要充分重视车床主轴部分的改造方案设计，提高车床主轴部分改造质量，提高车床整体工作效率。

一般在选择CA6150普通卧式车床轴承部件的时候，需要综合考虑各个零部件的工作精度、刚度、温度变化以及支撑结构等具体因素，然后确定轴承部件的型号、安装方式等，目前CA6150普通卧式车床机械结构数控化主轴部分改造多采用的是滚动轴承。首先，需要将滚动轴承预紧，进而达到提高主轴部件整体旋转精度、刚度以及抗震性能，然后在加工的时候需要停止其转动交换刀具，停转时必须确保主轴位置不变，以便后期加工作业的开展，最后需要在主轴上安装准停装置，常用的准停装置主要是磁性传感准停装置。

3 CA6150普通卧式车床数控装置系统设计

数控系统主要由硬件系统与软件系统构成，硬件系统作为数控系统的基础，也是承载数控系统软件系统的载体，其主要零部件有中央处理器、总线、存储器、I/O结构电路、外围设备等。数控系统的主要功能是对系统的传动运动进行控制，例如滚珠丝杠螺母副滚珠传动控制、自动回转刀架刀具更换控制、外围设备控制以及加工控制等。

数控装置系统设计主要环节是单片机控制系统设计，目前国内诸多厂商生产的单片机均可以很好的满足CA6150车床机械结构数控化改造设计的需求，而且具有极高的经济性。另外，辅助电路的设计也是不可或缺的重要环节，只有确保辅助电路电流传输的持续性与稳定性，才能够保证数控装置系统RAM模块中存储的重要数据不会丢失，保证了车床作业的连续性。

4 结语

CA6150普通卧式车床是我国加工产业中广泛应用的车床之一，对我国加工业的发展起到了不可忽视的重要促进作用。随着近年来数控化技术的不断提高，提高CA6150车床机械结构数控化改造设计质量对于促进我国加工业发展有着重要意义。本文就从CA6150普通卧式车床数控改造的必要性切入，简单介绍车床机械结构数控化改造设计的基本内容，希望能够对广大同行起到借鉴与参考的作用。

参考文献

[1] 王金刚，刘文波.CA6150车床机械结构的数控化改造设计[J].装备制造技术，2012，5：31-33.

[2] 王国明.CA6140型车床的数控化改造[D].山东轻工业学院，2012.

[3] 王先正.CA6140普通车床的数控系统设计[D].华南理工大学，2012.

[4] 王晓晖.基于凸轮加工技术的数控车床编程方法的设计与实现[D].吉林大学，2013.

[5] 田晓文.回轮式车床数控化改造及其数控系统的研究与设计[D].山东理工大学，2012.endprint