C620车床机械系统的经济型数控化改造探析

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摘 要 简要介绍c620车床的机械系统进行数控化改造的设计方案。改造后的C620车床与同购置新机床相比大大节省了费用，缩短了交货期。

关键词 C620车床；数控化改造

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0146-01

就现在来看，中国机床设备数控制造装备率小于30%。而且很大一部分结构存在问题，如：机构比老化、闲置或淘汰，全部都依赖于购买新的数控机床代替，而购买则需要巨额资金，对于旧机器不合理的利用也是一种资源的浪费，这显然是不符合中国国情。因此，利用数字技术对现有机床进行改造，是一个国家的需要和行业政策和可行的途径。本文对C620车床机械系统进行的经济型数控化改造这一课题来做一简要探讨。

1 机械系统的改造设计方案

1.1 主传动系统的改造方案

主轴的主要作用是负责数控机床精度的准确性，是十分重要的组成部分。在主轴上增加交流异步电动机变频调速，加工精度提高的同时也实现了主轴自动无级变速，从而省去了机械换挡的麻烦。数控车床的改造采用异轴安装，在数控车床主轴上安装一个主轴脉冲编码器，是为了在加工螺纹时，防止同轴装时的加工零件无法穿出车床主轴孔。由于异轴安装会显示出主轴的位置信号，所以，在进行安装时，要特别留意主轴脉冲编码器的引出轴与车床主轴之间要达到无间隙柔性联接传动（其比例为1：1），同步齿形可以很好的做到这一点。车床主轴在使用过程中是具有限制的，以主动轴脉冲发生器的最高限速为准，不能超过其最高转速。

脉冲编码器联接方式的步骤如下：交流主轴电动机通过带轮把运动传给主轴，主轴的运动经过同步带轮1和同步带轮2以及同步带带动脉冲编码器，使其与主轴同速运转，脉冲编码器用螺钉固定在主轴箱体上。

一般在改造卧式车床数控化时，机械改造的工作量大，保留机床上的主传动和变速操纵机构，可以大大的减少其工作量。主轴的正反转和停止功能，可以通过数控系统来控制。单速电机可以使用2～4速的多速电动机来替代；多速电动机的控制可通过主轴电动机利用交流变频器来实现，可满足其要求最终达到无级变速的目的。通过实际操纵，证明变频器在工作的过程中，如原有电动机工作的频率在70 Hz以下，就无需更换，但前提是变频器的功率大于电动机。

上述例子中，在进行有级变速的时候可以用YD系列7.5 kW变级多速三相异步电动机（此款机器由浙江超力电机有限公司而产）来实现2～4档变速；采用无级变速的前提是加装交流变频器，推荐使用烟台惠丰电子有限公司生产的F1000―G0075T3B这个型号的，再配以7.5 kW电动机。

1.2 换装自动回转刀架

能帮助数控提高机床加工精度并可以一次性的完成多道工序，其型号为LD4B―CK6140的四工位立式电动刀架是一款比较好的设备和选择，这款设备生产于常州市宏达机床数控设备有限公司，可以很好的完成手动刀架转换自动回转刀架。而数控系统可以帮助自动换刀时电路配置的需求。

1.3 螺纹编码器的安装方案

螺纹编码器，也可称为主轴脉冲发生器或圆光栅。在进行螺纹加工时，数控车床要安装主轴脉冲发生器来反馈车床主轴的位置，且与车床主轴同步转动。以下举例说明。

改造后的车床，可加工导程最大不超过24 mm的螺纹，Z向的进给脉冲当量是0.01 mm/脉冲，螺纹编码器每一转，都不能少于24 mm/（0.01 mm脉冲-1）=2400脉冲的输出量。因编码器的输出有出入（相位差为900的A、B相信号），可将A、B经逻辑异或后获得2400个脉冲。可将A、B经逻辑异或后获得2400个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到1200线（A、B信号）。还要注意，要使重复车削同一螺旋槽时正常工作，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。

按照以上的要求，以下举例选择的是型号ZLF-1200Z-05VO-15-CT的螺纹编码器，来自于长春光机数显技术有限公司。电源电压+5 V，每转输出1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头直径15 mm。

在螺纹编码安装中，常见的安装方法分同轴和异轴安装。同轴安装，即指在主轴上直接安装上编码器，与主轴同轴，虽然这种方式快速简单，但缺点却是很容易造成主轴通孔的堵塞。异轴安装，即指在主轴箱的后面安装编码器，位置最好在主轴同步旋转的输出轴上，如主轴上没有同步轴，则可以使用同步齿形带和主轴进行联接（转动比为1：1）。此时的编码器轴头必须要无间隙柔性联接安装轴，这是需要注意的一点，并且主轴的最高转速要控制在编码器的最高许用转速内。

1.4 进给系统的改造与设计方案

数控系统发出的脉冲指令由数控机床的进给传动系统接受并放大和转换后驱动机床运动之星件完成预期的运动。刀架横向（X轴）移动由横向进给传动系统带动，它控制工件的径向尺寸；轴向（Z轴）运动由纵向进给装置带动，它控制工件的轴向尺寸。

1.4.1 进给传动链

横向进给（即X向）是由步进电动机及其减速箱传动的（步进电动机装在床鞍后面），进给传动系统包含：步进电动机、纵向丝杠副、同步带、横向丝杠副。

1.4.2 滚珠丝杠螺母副的选用

为保证数控机床高的加工精度，其进给传动系统要求有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。

1.4.3 设计方案的过程

1）将挂轮上的齿轮全部拆除，找出主轴的同步轴再进行螺纹编码器安装。

2）先拆除进给箱总成，再安装纵向进给步进电动机和同步带减速箱总成（须在原来的位置上安装）。

3）先拆除快走刀齿轮条和溜板箱总成，然后安装纵向滚珠丝杠的螺母座托架（须安装在床鞍下面）。

4）先拆除四方刀架和小滑板总成，然后在中滑板上方安装四工位立式电动力架。

5）先拆除中滑板下的滑动丝杠螺母副，再锯断滑轮丝杠靠刻度盘一段（长216 mm）并保留，将刻度盘上的手柄拆掉，同时保留刻度盘附近的两个推力轴承，最后将滚珠丝杠副换上。

6）将横向进给步进电动机通过法兰座安装到中滑板后部的床鞍上，并与滚珠丝杠的轴头相联。

7）将三杠（丝杠、光杠和操纵杆）拆除，更换丝杠的右

轴承。

2 结束语

我们将生产实训中使用的一台C620车床机械系统通过数控化改造后与新购置的机床进行比较，改造费用方面能减少60%到80%，十分节省。尤其在大型、特殊机床尤为突出。大型机床改造的费用，只需新购机床总费用的1/3，且交货时间短。

参考文献

[1]陈伟栋.机械加工设备[M].北京大学出版社，2010.