CA6140普通车床的数控化改造设计

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Numerical control modification of the engine lathe CA6140Abstract：This article introduces the scheme of modifying the enne lathe CA6140 into economical numericaly controled lathedesigned by GSK980T numeficM control system，W hich Call be used aS a reference of modifying and making beer use of generequipm ent.

Key words：CA6140；engine lathe；Numerical control transformation数控机床作为机电-体化典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量孝多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，数控机床价格较贵，-次性投入使企业心有余而力不足。作为机床大国，我们针对普通机床的数控化改造不失为-种解决良策。本文针对目前国内企业现状，提出了简易型经济数控改造方案供数控人员参考。

1 方CA案614O普通车床数控改造的总体根据 CA6140车床相关资料，利用数控系统对输入的加工程序进行运算处理，发出的进给指令通过 /O接口输出给 x轴和 Z轴步进电机，经齿轮降速后，带动滚轮丝杠转动，由螺母带动刀架直线移动，从而实现纵向和横向的自动进给运动。换刀指令通过刀架控制器控制三相电动机实现刀架 自动转位功能，由脉冲编码器协调完成螺纹车削功能。

1.1 主要配置该方案为经济型改造，根据改造功能要求和精度要求选择半闭环控制方式，采用广州数控GSK980T系统，采用广州数控 980系列伺服放大器和伺服电机。主轴传动不变，实现有限级变速；纵向和横向采用混合型步进电机驱动，由滚轮丝杠转动实现 自动进给。在小托板上配置 4工位电动刀架，可实现自动换刀控制；整机采用床身前后半防护设计，美观大方。

1.2 总体改造方案系统框架以 GSK980T，配以电子手轮、混合式步进驱动单元与滚轮丝杆螺母副对 CA6140车床的x，z轴进行改造，保留原有主轴系统和冷却系统；改造的两轴在机械上采用了滚珠丝杠直连传动系统。拟定数控系统和控制方案如下图所示：2 纵向进给系统滚珠丝杠和电机计算 与选型2.1 纵向进给系统滚珠丝杠1改造要求加工最大长度 1500rm；主轴孔径 50mm；机床定位精度O.03mm最大回转直径 400mm；使用寿命厶h14400h；启动加收稿 日期2013-08-17作者简介马云飞 1983-，男，工程硕士，电子工程师、-级注册计量师，从事计量检定if-作。

速时 30ms传动精度要求±0.02mm；溜板及刀架重力纵向800N，横向600N：最大进给速度 纵向0.6m/min，横向3m/min；丝杠长 纵向3.6m，横向0.5m； 1600r/min丝杠转速 纵向60r/min，横向30r/min2选择脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量：纵向 0.01ram/步，横向0.O05mm/步3计算切削力a.横切端面主切削力 可取纵切的 1/2，为 2680N.此时走刀抗力为， 吃刀抗力为 。

： ： 1：O.25：0.4 2680x0.25670Fr2680x0.41072b.纵车外圆主切削力 0.67J加 0.67 x400 5360N按切削力各分比例Fz： ： 1：O.25：0.4 5360x0.251340N 5360×0.42144N4纵向进给丝杠a.计算进给牵引力FmN纵向进给为综合性导轨 厂 F G 1.15x13400.16x534010002560N式中 K-考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K：l15， -滑动导轨摩擦系数：0.15：0.18G-溜板及刀架重力 x：G1000Nc × ×F5计算最大动负载 C上：-60xn-x T ：，0式中Lo-滚珠丝杠导程，初选 - 6mm- 最大切削力下的进给速度，可取最大进给速度的0.3～0.5，此处U0. T-使用s寿命6m/，m按in1500h；F-运转系数，按-般运转而，1.2：1.5； 寿命，以l0 转为 1单位n ： ： ： 5or/mto 6三： ：.6050x15000： 4 L----7- --------- 1OO lOOc ×1.215606645.66滚珠丝杠螺母副型号的选择可采用 WlL400b外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，例 2.5圈，其额定动负载为 16400 N，精度等级差表选为 3级 大至相当于老标准 E级7刚度验算最大牵引力为 2530N，支承间距 L1500mm丝杠螺母轴承均预紧，预紧为最大轴向负荷的 1/3。

a.丝杠的拉伸或压缩变形量6根据P 2530N，Do：40m ， SL/L 1.2x10～，可算出：： .! ×1500：1.2×10-5：1.8×1O- mm由于两端均采用的推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，鼓起拉压刚度可以提高 4陪 。其实际变形量 为： 1× 0.45x10-2b.滚珠与螺纹滚道间接触变形查表按系列 1列圈滚珠和螺纹滚道接触变形量如：因为进行了预紧 432岬c.支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用 8107型推力球轴承 ， ：35mm，滚 动体直径 6.35mm ，滚动体数量 z 18， 0.0024 -o-oo24√ 0.0756 c -35×18 、注意，此公式中 单位应为因施加预紧力，故 0.00450.00320.0038 0.0115mm位精度满足设计要求2.2 纵向进给系统电机选择1确定系统的脉冲当量：脉冲当量是指-个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量，根据机床精度要求，CA6140定位精度为±0.015mm，因此选用的脉冲当量为 0.Olmm/脉冲～0.O05mm/脉冲。

2步进角的选择根据步进角初步选择电机型号，并从电机技术参数中查到步距角 及减速比 与脉冲当量 和丝杆导程 厶有关，初 选 电 机 型 号 时应 合 理 选 择 以及 ，并 满 足 ：0如×i×360/ O.36.. 70.

初选电机型号：90BYG502，具体参数如下图 3 数控系统的连接与调试纵向电机 步距角 相数 驱动电压 电流9OBYG5502 0 36 5 5ov 3A静转矩 空载 启 动频 空载运行频率 转动惯量 重量蛊5N.M 2200 ≥30000 40kg cm2 4 Skg3选型验证：a.根据选型首先计算等效转动惯量，可由下式得出：： t，吖 l L 2Js 姜 2 g z刀其中 山为步进电机转子的转动惯量查表为 40kg.cTl2；J。

为齿轮 z 的转动惯量，J：为齿轮 z。的转动惯量；Js为滚珠丝杠的转动惯量，G为工作台重力，L。l。计算步骤因为篇幅略去，计算得：J 252.302 kg.cm2考虑步进电机与传动系统惯量匹配 问题 ， /J 40/252.3020.158，基本满足惯量匹配要求。b.机床在不同的工况，所需的转矩不同，下面分别计算快速启动力矩 l起：快速移动时所需力矩 M ，最大切削负载时所需力矩M其中M起最大：M Mk M M0，其中：GSK980T数控系统为全功能型，软件方面有 CNC功能，配合 GSKCC软件可以利用电脑在 WNDOWS下方便地编写的机床程序，简便的通讯能力，动态的 PLC显示，可以实现图形动态响应，方便调节系统参数。PMC控制，仅有47条指令，由于有功能指令，利用梯形图编制PMC将变得非常方便。

改造后的数控机床除了在机械上进行调整，尽量消除系统的间隙、摩擦等控制系统的死区外，还要对系统参数设置调试。完成后进行伺服初始化，设置行程、速度等参数。为了进-步提高机床稳定性、动态性，还需设置位置增益等 CNC参数。

4 结束语经过工厂实际验证，数控改造后-方面实现了控制的准确性、可靠性，提高了生产的效率；另-方面降低了成本，减少故障，使用数控系统对普通机床的改造达到了较好的改造效果。

妇 ：∑ 2z丽vmax 8b10-2Ⅳ训 1，1·46×16002236 /min 2代入计算可得：Mka：252.302× 兰 ：!! 婴 ： ×l0- Ⅳ 1：41. 1Ⅳ .m3J360×60×1.5×0.0141同样根据公式计算可得 8·4N.Cm，Mo96·6N.cm， 5雇41.48.496.6146N.am，由所选的步进电机为五相十拍，查表 0.951 61则Mb1.46N.cm < ， 5xO.9514.75N.cm所选步进电机符合要求。