CAK6140数控车床车铣复合改造
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摘要： 文章介绍了cak6140数控车床车铣复合改造，以常见的水平床身的CAK6140数控车床结构为基型，通过选伺服主轴电机，增加动力铣头，实现X轴、Y轴、Z轴、C轴四轴控制和四轴联动加工，特别适合较长的轴类零件侧面的键槽和孔的加工。
关键词： 数控车铣复合 四轴联动 机床
车铣复合加工是当前机床产品发展方向之一。随着经济的不断发展，各种产品的技术和质量的提高速度越来越快，产品的生产周期越来越短，因此在机械加工的过程中要求加工精度越来越高，加工周期越来越短，有些零件希望通过一次装夹后能够完成全部的机械加工，这就提出了复合加工的要求。车铣复合加工机床通过一次装夹零件完成多种加工工序，这样不但大大缩短了多次装夹的时间，而且提高了加工精度（多次装夹会带来基准面多次变化带来的误差），因而受到很多厂家的青睐。数控车铣复合机床通常是在数控车床上实现平面铣削、钻孔攻丝、铣槽等铣削加工工序，具有车削、铣削和镗削等复合功能，能够实现一次装夹、全部完工的加工理念［１］。
目前我国国内生产的数控车铣复合机床按机床床身的结构形式分为两大类，一类是斜床身结构，另一类是水平床身结构，本研究所水平床身的CAK6140数控车床结构为改造对象，机床选用沈阳高精数控的NC-310数控系统，带伺服主轴电机，中托板的前端配电动或液压刀架，后端装有可升降的铣头，通过X轴、Y轴，Z轴、C轴四轴控制和四轴联动加工，实现了长轴带槽零件一次装夹的车铣复合加工。
1.结构改造
原有的CAK6140数控车床，主轴电机为11kw的普通电机，而调速是通过主轴变速箱手动通过档位调速的。在改造过程中我们选取的是北京超同步的伺服电机,因为我们所涉及的加工产品主要是轴上的槽或者是孔,这些槽和孔有些需要相互之间有相位要求,因此在主轴电机的选用上我们选取了伺服电机，因为伺服具有准停的功能。若加工的孔或槽在同一母线上，则主轴电机上只要加个刹车即可。
原有的四工位的刀架需要改，要尽量用足中拖板丝杠的行程，而所选用的动力铣头要尽量靠近中拖板的后端，使得铣头和刀架之间的距离最大化。如果加工的工件所需的车刀不是很多，而且可以很好地以排刀的方式排开，就可以不使用四工位刀架。
2.机床数控加工过程控制
机床采用沈阳高精数控的NC-310数控系统，伺服控制了X轴、Y轴、Z轴、C轴四个运动轴，同时控制车床主轴、铣头主轴的运动和电机(或液压)刀架的换刀等动作。通过系统设定和机床参数设置，由NC-310数控系统对CAK6140数控车铣复合机床进行集中控制，特别是各个伺服电机及伺服驱动的控制指令和输入、输出信号都是由系统通过现场总线传输的，保证了系统控制的反应速度和精度，使得机床具有优良的动态品质和控制精度［2］。
改造后的CAK6140数控车铣复合机床在机床数控系统正常工作时，有车削和铣削两种加工方式。我们在NC-310数控系统中的PLC控制程序中设置了M33(车削)和M34(铣削)指令，机床一开机默认为车削工作方式，系统对内取消对Y轴电机的监控和铣头电机的控制指令输出，对外输出信号切断Y轴电机的强电，这时只有X轴、Z轴、C轴参与联动工作。当机床需要铣削加工时，在MDI方式或在加工程序中输入M34(铣削)指令，这时系统对内恢复对Y轴电机的监控和铣头电机的控制指令输出，对外输出信号接通Y轴电机的强电，此时机床可实现铣削功能，同时Y轴参与机床联动加工，通过四轴联动可以加工出复杂工件，特别是对于较长的轴类零件(长度2000mm以上的轴类)，通过一次装夹可完成零件的车铣复合加工，极大地提高了加工效率，改善了零件的加工精度。
工作时，零件装夹在机床主轴上，按加工工艺编程进行，电动刀架上可安装4把车刀，铣头主轴上可安装一把铣刀或钻头．加工时通常是先进行车削加工，此时滑板上的电动刀架靠近工件进行车削加工，车削完成后，滑板后退，车削刀架远离工件，铣削主轴靠近工作，Y轴按加工需要动作，铣头电机旋转，进行铣削加工，如需更换铣刀或钻头，要停机手动换刀再继续加工，从而完成轴类、盘类及套类零件的车、铣、钻等数控粗、精加工。
3.加工实例
图1是涂布行业经常使用的气胀轴，轴的中间有很多凸键槽口，原来的加工方式是使用的先经过车加工，再使用带分度头的铣床进行加工，效率较低。现在采用这改造后的车铣复合的机床，一次装夹就完成了粗、精车外圆，粗、精铣槽部的工序，提高了效率和精度，且大幅度地降低了生产成本。
4.结语
改造后的CAK6140数控车铣复合机床较好地实现了零件的车铣复合加工，特别适合于长轴类零件的加工。通过零件的一次装夹，即可车削、铣削、钻孔等多种不同工艺的加工，免去了工序间工作的搬运和储存，节约了作业面积，缩短了制造周期，提高了加工精度，这种改造方式在客户中广受好评。但这种方式也有一个很明显的不足之处，由于受到原有车床的限制，中拖板的行程有限，使得在加工过程中对于工件的直径有很大的要求，过大直径的工件在这机床上不能加工。这在今后的实践和研究中有待解决。
参考文献：
［1］杨永年.基于C6132A的数控车铣复合中心主运动系统改造［J］.机械工程与自动化，2010（01）.
［2］董欣胜.CHD-25 9轴5联动车铣复合加工中心简介［J］.设备管理与维修，2007（01）.