【摘 要】本文確定了CA6140車床改造成數(shù)控旋壓機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)。還對(duì)旋壓機(jī)床的橫向進(jìn)給、縱向進(jìn)給方案進(jìn)行了闡述，對(duì)液壓系統(tǒng)的方案進(jìn)行了分析確定，擬定了液壓系統(tǒng)的原理圖。

【關(guān)鍵詞】車床；改造；數(shù)控旋壓

1. CA6140車床改造為數(shù)控旋壓機(jī)床可行性分析

CA6140車床已入廠5年，一直承擔(dān)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，未能批量生產(chǎn)過產(chǎn)品，機(jī)床本身機(jī)械部分的磨損很小，導(dǎo)軌和齒輪等的磨損也很小。原機(jī)床的綜合精度為0.01mm，根據(jù)設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

數(shù)控機(jī)床的精度=原機(jī)床精度×K（ K-機(jī)床使用年限系數(shù)） （1.1）

CA6140車床實(shí)際使用年限小于6年，K=1，機(jī)床的幾何精度仍為0.0lmm，所以原機(jī)床從磨損程度角度能夠保證對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造在技術(shù)上是可行的。對(duì)于CA6140車床和數(shù)控旋壓機(jī)床，底座、工作臺(tái)、床身等基礎(chǔ)零部件都是必不可少的，它們的材質(zhì)都是鑄件或焊接鋼件，這些零部件占用的原材料多，加工工藝復(fù)雜，加工周期長，耗費(fèi)資金多。依托舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，重復(fù)使用這些基礎(chǔ)零部件，必然會(huì)大大降低制造成本。機(jī)床的役齡長，基礎(chǔ)零部件的自然時(shí)效也長，內(nèi)應(yīng)力的消除使得基礎(chǔ)零部件的穩(wěn)定性更好。

2.車床旋壓改造總體設(shè)計(jì)

臥式旋壓機(jī)的主要組成是由裝卡芯模的主軸箱，安裝旋輪的旋輪架，頂緊毛坯的尾座以及床身組成。它與車床的不同之處在于加大了功率，尤其是加大了旋輪對(duì)芯模的頂力以及旋輪縱向進(jìn)給的拖動(dòng)力。在考慮CA6140車床具體情況的基礎(chǔ)上，利用數(shù)控系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，設(shè)計(jì)出符合數(shù)控系統(tǒng)需要的機(jī)械結(jié)構(gòu)。本次改造成的數(shù)控旋壓機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)的控制方式來驅(qū)動(dòng)機(jī)床進(jìn)給，可以進(jìn)行強(qiáng)旋加工，兩個(gè)旋輪同步工作。旋壓出錐形、筒形、曲母線形及葫蘆形等特殊形狀的零件，是一臺(tái)自動(dòng)化程度較高的旋壓機(jī)床。

改造后的機(jī)床預(yù)達(dá)到橫向重復(fù)定位精度：±0. 01mm，縱向重復(fù)定位精度： ±0. 02mm。

基于上述設(shè)計(jì)思想，數(shù)控旋壓機(jī)機(jī)床系統(tǒng)包括三個(gè)部分：由微機(jī)控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、由機(jī)械部分組成的執(zhí)行系統(tǒng)以及可使兩者相聯(lián)系的伺服系統(tǒng)組成。我們對(duì)機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，同時(shí)要對(duì)數(shù)控系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

機(jī)械系統(tǒng)主要由主軸箱、旋輪座橫縱向移動(dòng)裝置、旋壓輪、尾座、床身等組成。

主軸箱仍保留原主軸箱齒輪換檔變速機(jī)構(gòu)，由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止，通過手動(dòng)改變主軸的轉(zhuǎn)速。旋輪座橫縱向移動(dòng)裝置安裝在旋輪架及側(cè)床身上，使實(shí)現(xiàn)成形進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的旋輪拖板作橫向、縱向、回轉(zhuǎn)3個(gè)坐標(biāo)位移，使整個(gè)旋壓機(jī)床加工范圍擴(kuò)大，旋壓過程在理想位置上工作。旋輪架是用來裝卡旋輪的，可以沿橫向移動(dòng)，同時(shí)也可隨車床拖板作縱向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋壓過程中的循環(huán)工作。并根據(jù)所加工零件的實(shí)際情況，改變旋輪安裝角度（攻角）以適應(yīng)工藝的要求。尾座通過尾頂油缸前后動(dòng)作卡緊或松開工件。旋輪頭用于滾壓毛坯完成對(duì)零件的旋壓加工。并可以通過更換旋輪頭裝置來實(shí)現(xiàn)不同的旋壓加工。

本文只對(duì)機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和受力分析，并根據(jù)工藝的要求設(shè)計(jì)出一套液壓系統(tǒng)，以便對(duì)實(shí)際改造作出很好的理論指導(dǎo)和依據(jù)。其總體改造思路示意圖如圖2.1所示。

數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是高精度、高效率、高速度、低摩擦。從機(jī)床布局，基礎(chǔ)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸承的選擇與配置，要十分注意提高它們的剛度；零部件的制造精度和精度保持性都比普通機(jī)床高很多，基本上要按精密或高精度機(jī)床考慮。所以還要對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，以獲得預(yù)期的改造目的。除了保持原CA6140車床的基礎(chǔ)零部件如底座、工作臺(tái)、床身不作重新設(shè)計(jì)外，對(duì)機(jī)床大拖板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在上面放置了一對(duì)稱的旋輪架裝置。在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度、運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無間隙、功率大、便于操作和維修。

考慮到CA6140車床結(jié)構(gòu)對(duì)改造過程的影響，在保證改造后機(jī)床性能的基礎(chǔ)上，盡量減少原機(jī)床的改動(dòng)量、降低改造難度、減少改造成本。決定采用以下步驟，保證改造過程的順利進(jìn)行。

（1）導(dǎo)軌

為了使改造后的機(jī)床有較高的開動(dòng)率和精度保持性，采用在機(jī)床滑板導(dǎo)軌上貼聚四氟乙烯軟帶的辦法，減少摩擦阻力，提高防爬、耐磨、消震吸音的能力。

（2）主軸變速箱

保留原主軸箱齒輪換檔變速機(jī)構(gòu)，由數(shù)控系統(tǒng)控制主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止。通過手動(dòng)改變主軸的轉(zhuǎn)速。

（3）床鞍

拆除原車床床鞍上的刀架、中拖板部分，在拆除后的床鞍上放置兩個(gè)對(duì)稱布置的旋輪架。用于支承旋輪并推動(dòng)旋輪作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和其他輔助運(yùn)動(dòng)。

（4）刀架

對(duì)車床的刀架進(jìn)行改造，車床床身前后對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)刀架，用一滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)兩個(gè)刀架橫向相向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。另用一縱向裝置的滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)刀架的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

（5）溜板箱

保留溜板箱中絲杠與溜板箱的連接結(jié)構(gòu)，拆除原溜板箱上的其余零件。改造后機(jī)床的啟動(dòng)、停機(jī)均由數(shù)控系統(tǒng)完成，但保留原機(jī)床的手動(dòng)剎車裝置。

（6）尾座

保留原有尾座中的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一液壓缸與尾座相連接，實(shí)現(xiàn)工件的液壓頂緊。

（7）液壓站

根據(jù)旋壓加工的工藝要求，設(shè)計(jì)一液壓站，滿足旋壓過程中控制液壓缸實(shí)現(xiàn)對(duì)所加工工件的夾緊。

3.旋壓機(jī)床橫、縱向進(jìn)給傳動(dòng)方案的確定

旋壓機(jī)橫、縱向傳動(dòng)是實(shí)現(xiàn)初始旋壓成形時(shí)進(jìn)輪以及旋壓結(jié)束時(shí)的退輪，有多種方案可實(shí)現(xiàn)這一過程，經(jīng)過對(duì)軸向柱塞馬達(dá)傳動(dòng)，電機(jī)絲桿傳動(dòng)，推力油缸驅(qū)動(dòng)三種方案進(jìn)行比較，決定采用伺服驅(qū)動(dòng)加滾珠絲杠為驅(qū)動(dòng)單元。與傳統(tǒng)的液壓伺服驅(qū)動(dòng)相比有許多優(yōu)點(diǎn)：更高的控制精度、慣性小、更快的工作速度、更好的動(dòng)態(tài)性能、準(zhǔn)確的加速度控制、更好的熱穩(wěn)定性、避免了摩擦、精確的同步精度彈性退讓、無漂浮、從而能提高旋壓加工生產(chǎn)的效率，旋壓產(chǎn)品精度較高、設(shè)備故障率低、降低了維修成本、電能利用率高。

機(jī)床橫向傳動(dòng)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)旋輪的橫向進(jìn)給。高性能伺服電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)與滾珠絲杠相聯(lián)，從而帶動(dòng)旋輪座移動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)簡單，傳動(dòng)鏈大大縮短，傳動(dòng)件數(shù)減少，極大地提高了機(jī)床的定位精度。我們要采用這種方法。滾珠絲杠一端通過ZARN系列軸承固定在框架側(cè)板上，另一端通過絲杠螺母固定在旋輪座上推動(dòng)旋輪作橫向運(yùn)動(dòng)。由于設(shè)計(jì)的數(shù)控旋壓機(jī)床的縱向傳動(dòng)系統(tǒng)目標(biāo)精度并不是太高，用滑動(dòng)梯形絲杠螺母機(jī)構(gòu)完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求?；瑒?dòng)梯形絲杠螺母機(jī)構(gòu)如果與螺距校正裝置和消除間隙機(jī)構(gòu)配合應(yīng)用，則可用于精密位移，位移精度可達(dá)0.001mm?？紤]到原CA6140車床的梯形絲杠，我們把它從原機(jī)床的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)中分離出來，通過減速機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)連接，帶動(dòng)原CA6140車床大拖板的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)旋輪的縱向進(jìn)給。

4.液壓系統(tǒng)的方案分析與確定

輔助系統(tǒng)包括旋壓機(jī)的尾頂裝置、冷卻裝置及潤滑裝置。CA6140車床尾座的夾緊采用手動(dòng)螺母—壓板夾緊。改造后的旋壓機(jī)床承重達(dá)較大，為安全起見，要求對(duì)工件施以可靠的軸向頂緊力，頂緊工件的同時(shí)，工件會(huì)以同樣大小的反作用力施加給尾座，所以，尾座的軸向定位必須可靠。拆除原CA6140車床尾頂裝置的頂緊部分，保留尾座體和內(nèi)部的螺母套部分，在此部位安裝一尾頂油缸，液壓桿與原來的尾頂螺母套相連接，通過液壓缸的動(dòng)作提供所需的尾頂力。

由于液壓傳動(dòng)具有工作平穩(wěn)、快速性好；易于操縱控制并實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；易于自動(dòng)化和機(jī)電液一體化；易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造和使用維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，故方案的尾頂部分采用的是利用液控單向閥的保壓回路，使系統(tǒng)在液壓缸不動(dòng)或因工件變形產(chǎn)生微小位移的情況下保此穩(wěn)定不變的壓力。如圖3.1，其工作原理為：當(dāng)電磁鐵2YA得電時(shí)，換向閥7右位工作，液壓缸10下行并加壓，當(dāng)壓力上升到電接點(diǎn)壓力表9上限觸點(diǎn)調(diào)定壓力時(shí)，壓力表發(fā)出電信號(hào)，使2YA失電，換向閥7處于中位，液壓泵4卸荷，液壓缸由液控單向閥8保壓；當(dāng)壓力下降至電接點(diǎn)壓力表下限觸點(diǎn)調(diào)定壓力時(shí)，壓力表發(fā)出電信號(hào)，使2YA得電換向閥右位工作，液壓泵重新向液壓缸供油，使壓力回升。這種回路保壓時(shí)間長，壓力穩(wěn)定性高。

5.結(jié)束語

本文分析了CA6140車床改造為數(shù)控旋壓機(jī)床的原理和步驟，詳細(xì)研究了改造過程中的關(guān)鍵技術(shù)。在改造過程中，綜合考慮了控制精度和經(jīng)濟(jì)適用的要求。

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作者簡介：

馬書娟 女 1979年6月出生 沈陽誼誠電氣設(shè)備制造有限公司 助理工程師。