普通车床的改造方法及设计方案图.docx

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普通车床的改造方法及设计方案图

用华中Ⅰ数控系统对C6132车床进行数控改造

2008-4-2120:

16:

00来源：

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1机械部分的改造

　　　把C6132普通车床改成数控车床的主要改造部位：

主电动机和水泵电动机能分别通过M03、M04、M05、阴刀、M09等指令来进行控制；把原来的手动进给改成微机控制，实现二轴联动；为实现螺纹车削在主轴后端加一光电编码器。

机械部分的改造，在原机床的基础上，去掉挂轮箱（保留三星齿轮>、进给箱、溜板箱、刀架部分，保留大拖板、中拖板。

　　　光电编码器的安装利用挂轮箱中的三星齿轮，找到与主轴传动比为1:

1的传动齿轮，采用同心套通过一个固定支架与光电编码器相联，结构示意图如图1所示。

　　　纵、横向丝杠的改造去掉机床的进给传动系统，安装上滚珠丝杠、减速器接口、步进电动机。

X轴传动比为5:

3,Z轴的传动比为1:

1。

这类小型机床在中间设置一级传动结构的目的是提高伺服电动机的使用寿命。

对于瞬时性的快速起、停起到一定的缓冲作用。

改造后机床的传动进给示意图如图2所示。

2电控部分的改造

　　　华中Ⅰ型数控系统开放性好，所以改造非常简单。

具体方法为全部拆除原车床的电控线路。

对单速电动机，直接从数控系统的电控柜中出线与主轴电动机的U2、V2、W2和冷却泵电动机的U6、V6、W6连接。

对于双速电动机，除了直接连线以外还应对电控柜和系统软件中的内置PLC系统程序STEP.DAT进行相应的修改。

3微机系统控制部分的设置

　　　对于一般车床的改造只须对以下两部分系统配置进行参数设置就可以了。

一是轴参数，二是内置PLC的编码。

　　　在华中Ⅰ型数控系统软件中输入正确的口令以后就可以对轴参数进行设置了。

不同的用户在改造车床时步进电动机与丝杠之间选择的传动比是不同的，同时丝杠的螺距也不同，所以为了适用不同的传动比，华中Ⅰ型数控系统开发了一个有用的工具，通过设置一对电子齿轮的比值来对实际的传动比进行调整。

下面以我校数控改造的车床为例进行说明。

　　　我们对X轴选用的步进电动机的步距角θ=0.9°。

，步进电动机与丝杠之间的传动比I=3/5，丝杠的螺距P=4mm，因此，电动机每转脉冲数可设置为360/0.9=400，则脉冲当量为Q=（θ/360>PI=3/500。

　　　现设电子齿轮比为大，编程时要在X方向移动10mm的距离，以车床精度为0.01mm计算，则系统要在X轴方向发送10000个脉冲。

也就是说系统在x方向发1000个脉冲以后，X方向应移动10mm的距离，则有下面的计算式成立：

10=1000QIi=1000×（3/500>Ii

则Ii=5/3

　　　Z轴可以根据以上的方法进行类似的计算处理。

另外，如果主电动机采用双速电动机，则系统应设置支持S1、S2高低速转化的硬件。

这里华中Ⅰ型数控系统配有内置PLC，只要在原程序STEP.DAT文件中利用PLC编程语言增设相应的接点即可。

4系统软件的安装

　　　华中数控系统软件可以在DOS或WINDOWS两种环境中运行。

　　　值得注意的是：

如果是在WINDOWS平台下工作，在启动数控系统应用程序CNC.EXE之前，应将WINDOWS中的屏幕保护程序设置为空状态，否则一旦运行屏幕保护程序数控系统将停止运行。

如果是在DOS平台下安装数控系统程序，则应满足以下条件：

PC机应在386以上；彩色显示器；内存的配置应大于4MB；在CONGFIG.SYS文件中应设置Device=c:

\dos\Himem.sys和Device=c:

\dos\EMM386.EXE8000语句。

我校利用华中Ⅰ型数控系统对一台江西第五机床厂生产的C6132型普通车床进行改造以后，经测试各项技术指标均已达到工业标准。

系统运行半年以来一切平稳，没有发生任何故障。

CA6140型普通车床数控化改造

摘要:

以CA6140型普通车床为例,从机械和电气2方面详细阐述了数控化改造的方法。

改

造后的车床投入使用后,运行稳定,加工精度明显提高,取得了极大的经济效益。

关键词:

普通车床。

数控化改造。

SINUMERIK802Sbaseline

中图分类号:

TG659　文献标志码:

B　文章编号:

100320794（2007>1220182203

NumericalControlTransformationofCA6140CommonLathe

LIYuan,RUANJian

（CollegeofMechanical&ElectricalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou310014,China>

Abstract:

TakesCA6140typecommonlatheasanexample,hasexplainedtheNCtransformationmethodfrom

machineryandelectrictworespectsindetail.Aftertransforming,thenewlatherunssteadily,themachining

accuracyisobviouslyimproved,hasmadethegreattechnologicaleconomicbenefits.

Keywords:

commonlathe。

NCtransformation。

SINUMERIK802Sbaseline

1　总体改造方案

数控化改造设计时,在满足车床总体布局的前

提下要尽可能利用原来的零部件,因此确定总体改

造方案如下:

（1>拆除原车床的纵向和横向丝杠光

杠、溜板箱及挂轮箱中的齿轮,用滚珠丝杠替换原有

普通滑动丝杠,将选取的纵向滚珠丝杠副通过托架

安装在原溜板箱与床鞍连接的部位上,纵横向滚珠

丝杠两端尽可能利用原固定和支承方式。

为便于安

装滚珠丝杠副,丝杠采用分体式,用套筒联轴器实现

刚性联接。

（2>横向驱动电机及齿轮减速器安装在床

鞍的后部（相对操作者>,纵向驱动电机及齿轮减速

装置安装在机床的右端,靠近尾座的位置。

（3>要实

现自动换刀,需拆除原手动刀架,在小拖板上安装数

控转位刀架。

（4>为了使改造后的车床能够加工螺

纹,需要加装主轴脉冲编码器,以实现对主轴转速的

同步检测,编码器安装在挂轮箱内。

（5>为使加工过

程中不超程,纵横向要安装行程限位开关。

（6>为实

现回参考点的动作,必须在纵横向安装接近开关。

（7>纵、横向齿轮箱和丝杠全部加防护罩,以防脏物、

油污和切屑等进入,机床整体也要加装防护罩,以防

止加工过程中的切屑飞溅伤人。

（8>考虑到改造的成

本,尽可能采用可靠性高的经济型数控系统。

图1

为总体改造示意图。

图1　总体改造示意图

1.横向滚珠丝杠副　2.横向电机　3.横向减速器　4.尾座　5.纵向

减速器　6.纵向电机　7.支架　8.纵向滚珠丝杠副　9.数控转位刀

架　10.主轴脉冲编码器

2　数控系统选用

选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要

在应用PLC进行设计过程中,运用了2个辅助继电

器,用来简化程序的设计。

在编制程序的过程中,充

分考虑了系统的安全性,运用了有互锁功能的设计,

如分别串联上了Y002、Y004常闭触点,用来完成对

KM2、KM3的保护控制,从而提高了整个机床控制系

统运行的可靠性。

在程序设计中,将不同控制方式

的程序分别编写,根据工作方式选择开关决定执行

哪行程序,这样使程序结构清晰,编程方便。

4　结语

利用三菱FX0N-40MR型PLC对万能升降台

铣床铣床控制电路进行改造,大大提高了系统的可

靠性,减少了故障率,提高了设备的自动化水平,从

而提高了产品的质量。

参考文献:

[1]余雷声.电气控制与PLC应用[M].北京:

机械工业出版社,2002.

[2]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京:

化学工业出版社,

2002.

作者介绍:

裘旭东（1972->,浙江诸暨人,杭州职业技术学院机

电工程系讲师,毕业于浙江工业大学机制专业,工学学士,主要研究

方向:

CADPCAM、机械制造工艺及设备,电子信箱:

jd918@hzvtc.edu.

cn,gala918@qq.com.

收稿日期:

2007208208

—152—

第28卷第12期

2007年　12月

　　　　　　　　　　　　　　　　煤　矿　机　械

CoalMineMachinery

　　　　　　　　　　　　　　　　Vol128No112

Dec.2007

达到的各种精度、各种性能等选择性价比合适的系

统,避免系统功能过剩,同时考虑到原车床的精度和

改造成本、周期和难易程度等各方面因素,决定采用

步进电机作为驱动元件、开环控制的经济型数控系

统。

SINUMERIK802Sbaseline是西门子公司专门为

中国数控机床市场开发的经济型CNC控制系统。

其结构紧凑,具有高度集成于一体的数控单元、机床

操作面板和输入输出单元,机床调试配置数据少,容

易改造成功。

最终决定采用西门子经济型数控系统

SINUMERIK802Sbaseline。

3　机械部分改造

（1>纵向进给系统改造

纵向进给传动系统的改造如图2所示。

纵向步

进电机1通过一对减速齿轮2把动力传递给纵向滚

珠丝杠3,再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台4做往

复移动。

原车床的进给箱保留,滚珠丝杠左端仍然

采用原固定支承结构,支撑轴6通过套筒联轴器5

与滚珠丝杠相连,这种联轴器用2个互相垂直的锥

销将支撑轴与丝杠联接起来,结构简单,径向尺寸

小,可防止被连接轴的位移和偏斜带来的装配困难

和附加应力。

如图3所示,滚珠丝杠右端仍利用原

有的滑动轴承支承座4,通过一对深沟球轴承1实

现径向支承,丝杠左端通过一对圆螺母（图中未画

出>实现滚珠丝杠的预拉伸和锁紧。

因此纵向滚珠

丝杠的支承形式为一端固定,一端浮动,三点支承。

滚珠丝杠采用双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母

间的间隙,调整方便。

步进电机通过消隙齿轮2减

速,减速器输出轴用套筒联轴器6与丝杠3（见图2>

联接,固定销3防止减速器转动。

图2　纵向进给系统图

1.纵向步进电机　2.减速齿轮　3.纵向滚珠丝杠　4.工作台　5.套

筒联轴器　6.支撑轴

图3　纵向步进电机装配图

1.深沟球轴承　2.消隙齿轮　3.固定销　4.滑动轴承支承座　5.圆

螺母　6.套筒联轴器

滚珠丝杠3（见图2>仍安装在原滑动丝杠的空

间位置,其螺母副通过支架1（见图4>安装在床鞍的

底部,如图4所示。

支架做成可移动的形式方便装

配,丝杠位置调整好后,由螺钉拧紧。

图4　纵向滚珠丝杠装配图

1.支架　2.丝杠托架　3.纵向滚珠丝杠　4.丝杠防护罩　5.大拖板

6.过渡板

（2>横向进给系统改造

横向滚珠丝杠也采用一端固定,一端浮动,三点

支承的形式,也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠

和螺母间的间隙,如图5所示。

横向步进电机1及

减速器2安装在床鞍的后部。

靠近操作者一端,布

置一根支撑短轴11,通过套筒联轴器10与滚珠丝杠

7连接起来。

右端仍利用原支承横向进给丝杠的滑

动轴承支座作为径向支承,并对原支承处作适当改

造,布置一对推力球轴承12,以承受双向轴向力。

左端则将原车床的悬空结构改为支承结构,用一个

联轴套4和一根连接短轴6把滚珠丝杠7与减速器

输出轴3连接起来,并通过一对圆螺母5实现对整

个丝杠的预拉伸和锁紧,以提高其轴向刚度。

螺母

通过螺母座9直接固定在中拖板8上。

图5　横向进给系统图

1.横向步进电机　2.减速器　3.减速器输出轴　4.联轴套　5.圆螺

母　6.连接短轴　7.横向滚珠丝杠　8.中拖板　9.螺母座　10.套

筒联轴器　11.支撑短轴　12.推力球轴承

（3>主轴脉冲编码器的安装

为了使改造后的车床能自动加工螺纹,必须配

置主轴脉冲编码器作为车床主轴位置信号的反馈元

件,其目的是用来检测主轴转角的位置,通过主轴→

脉冲编码器→数控系统→步进电机的信息转换系

统,实现主轴转一转,刀架纵向移动一个导程的车螺

纹运动。

主轴脉冲编码器的安装,通常采用2种方

式:

①同轴安装。

②异轴安装。

同轴安装的结构简

—153—

　第28卷第12期　　　　　CA6140型普通车床数控化改造———李　园,等　　　　　Vol128No112　

单,缺点是安装后不能加工穿出车床主轴孔的零件,

限制了零件的加工长度,因此,宜采用异轴安装。

主

轴通过主轴箱中58P58和33P33两级齿轮（实现传动

比1:

1>把动力传递给挂轮轴X,主轴编码器1通过

支架2固定,并通过联轴器3与闷头4相连,闷头4

通过过盈配合与主轴箱内轴X连接,如图6所示。

图6　主轴编码器装配图

1.ZXB-1型主轴编码器　2.固定支架　3.MC型联轴器　4.闷头

5.轴X

4　电气部分改造

电气控制线路主电路如图7所示,QF1～QF4为

空气开关,FU为熔断器,对电路实现短路保护。

M1

为7.5kW主电机,选择三菱FR-A540-7.5K-CH

变频器实现变频调速,交流接触器KM1控制变频器

的通电和断电。

当变频器无故障时,B端触头闭合,

KM1吸合,变频器通电。

当变频器有故障时,B端触

头断开,KM1线圈失电,其常开触头断开,变频器自

动断电,同时A端触头闭合,报警灯HL显示报警。

FR1为热继电器,对主轴电机实现过载保护,RC1为

三相灭弧器,构成三相负载的阻容吸收回路,能够抑

制接触器吸合释放时的干扰噪声。

L是为改善功率

因素而使用的交流电抗器。

R、S、T为变频器的电源

输入端,U、V、W为输出控制电机端,STF和STR分

别接主轴正反转控制继电器触头KA1和KA2,2和5

分别接主轴模拟量输出信号（0～+10V>AO4和

AGND4,以控制变频器的输出电压频率。

执行过程

为:

当PLC发出主轴正反转信号时,KA1或KA2的

常开触头闭合,KM1线圈得电,KM1的常开触头闭

合,变频器开始工作,当PLC发出主轴制动信号时,

KA6的常闭触头断开,KM1线圈失电,KM1的常开

触头断开,变频器停止工作,主电机停转。

M2是刀

架电机,KM2吸合时,刀架电机正转,KM3吸合时,

刀架电机反转,刀架电机正反转的控制信号来自数

控系统PLC输出口Q0.4和Q0.5。

M3为冷却泵电

机,其控制信号来自数控系统PLC输出口Q0.2。

图7　主电路图

交流控制电路如图8所示,RC4、RC5和RC6为

单相灭弧器,M4和M5为两电柜风扇,线路电压为

AC110V。

图8　交流控制电路图

参考文献:

[1]余英良.机床数控改造设计与实例[M].北京:

机械工业出版社,

1998.

[2]王荣芳.变频器在生产教案两用数控车床研制开发中的应用[J].

变频器世界,2005（4>:

94-97.

作者简介:

李园（1979->,湖北松滋人,宁波技工学校讲师、工

程师,浙江工业大学机电学院工程硕士研究生,主要从事数控、机电

和机械等专业教案工作,电子信箱:

njjwc@163.com.

收稿日期:

2007207231

立井无轨辅助运输技术的研究与应用

胶轮车运输是当今矿山井下最先进的无轨辅助运输方式,目前已经在兖州矿业（集团>公司济宁三号煤矿应用,并取得了圆满成功,从根本

上克服了传统辅助运输方式用人多、设备多、事故多、费用高、效率低、效益差等弊病。

该矿无轨胶轮车运输的应用情况如下:

①材料运输　采取集装化运输方式,按照井下所需各种材料的形状和特点,整捆捆、整箱、整袋包

装,以便集中装卸。

小于3t或一次用量较少的材料,采用3t轻型胶轮车,地面装载后开进副井单罐下井,不经转换直接运抵。

大宗材料利用

有轨平板车装车下井,经转换站换装到中型胶轮车运至作业地点。

②设备运输　外形尺寸较小、重量不超过3t的设备或备件,利用轻型车辆

运输最为方便,尤其工作面更换设备或配件,可一次性运至。

中型多用途车配有多种车辆,可根据设备重量、外形尺寸及装卸要求选择合适车

辆运输。

重型支架搬运车具备自卸功能,整体运输综采放顶煤液压支架,对于重量大、长度大的移动变电站设备和采煤机,利用2台支架搬运

车共同搬运,同样安全快捷。

③矸石运输　胶轮车排矸运输能力不足,不能直接与综掘设备配套使用,通常用于掘进工程量不大或为安装综掘

设备作准备的掘进工程矸石运输。

胶轮车采用后翻自卸式,车厢容积3～5m3。

根据现场条件,采用溜槽式耙装机扒装和简易耙装机扒装、40t

刮板输送机架高2种装车方式。

卸载与换装采取在井底车场副井进车侧设置沟槽式矸石换装站,安装40t刮板输送机,胶轮车将矸石卸至地

槽贮矸仓,利用刮板输送机装矿车后上井排弃。

在掘进面就近利用其他掘进面输送机设置简易卸载与装卸设施,经煤流系统升井,洗选后排弃。

李剑峰　供稿

CA6140普通车床数控改造方案

本次改造的普通车床型号为CA6140，长度750毫M。

数控改造主要包括传动系统的机械改造和数控装置的设计。

由于对经济型数控机床的加工精度要求不高，为简化结构、降低成本，拟采用步进电机开环控制系统。

通过控制纵、横进给系统，保证改造后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能。

为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。

1.机械部分的改造：

<1）主传动系统，保留原有的主传动系统和变速机构，这样既保留了机床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自动改变切削速度，可采用交流变频调速，这样改造成本较高，本次改造主传动系统不做任何改动。

<2）进给传动系统改造

纵、横向传动全部用滚珠丝杠<传动效率高，达到90%）。

<拆除原有的挂轮系统、进给箱、溜板箱、光杆），在溜板下加装滚珠丝杠螺母托架，在滚珠丝杠的头、尾部加装接套、接杆及支承。

<3）刀架部分不做改动，一次裝夹一把刀，不能自动换刀。

2.数控部分的改造：

为降低改造成本，决定采用开环控制方式对X轴和Z轴进给系统进行改造。

经济型数控结构简单、价格低，调试、维护方便，一般用于精度不高的经济型机床。

本次改造的机床主要用于粗加工。