CA6140数控车床改数控螺纹磨床

吴金光 盛健

摘 要：型号为e-CA6140的电子车床是在成熟的CA6140普通车床基础上，采用先进的数控技术，构建的一种结构可靠、操作简便、经济实用的经济型数控车床。e-CA6140适合高效、大批量加工各种轴、盘类零件内外圆柱表面、锥面、螺纹、钻孔、铰孔及曲线回转体，是一种低价位、实用型、高可靠性的数控车床，在这个基础上采用机床主轴变频技术，使主轴转速在磨床要求的转速范围内，更换刀塔为可调角度的磨头装置，增加砂轮修整装置，利用机床的数控装系统调整磨头进给和主轴转速加磨头角度调整，从而获得我们需要的各种螺纹。

关键词：车床；螺纹磨床；改造

一、改造可行性分析及方案

加工精度受机床的行程范围、主轴和尾轴中心线（回转半径）、床身导轨宽度、主轴及磨头电机功率，X与Z轴重复定位精度、机床刚性、机床精度的限制。从e-CA6140的电子数控型车床的结构看，其行程范围、机床刚性、电机功率等可以满足要求。而磨头中心高设计时要与主轴中心线的高度相符，床身导轨（包括中拖）可做贴塑处理提高导轨的使用寿命。 e-CA6140的电子车床主轴径向跳动0.006-0.012/300mm左右，轴向窜动为0.003mm左右，尾座中心高0.04mm左右，螺纹磨床的主轴径向跳动0.005-0.012/300mm，轴向窜动为0.002mm左右，尾座中心高0.03mm左右，机床X、Z轴驱动为三相六拍的步进电机，机床采用开环控制系统。由步进电机带动滚珠丝杠，进而带动磨头（刀架）运动。X/Z轴重复定位精度 mm 0.012/0.016mm，完全可以满足螺纹加工工艺的精度要求。

原刀架改造成磨头部分，拆卸原设备的方刀架，以中托板上的T型导轨为定位面，安装磨头及电机，重新设计制作底板，磨头，修砂轮用的修整器；增加设计电气部分，包括变频器及开关等配件，

二、结构特点

e-CA6140电子车床采用水平床身，导轨采用山形一平面组合导轨形式并中频淬火，淬硬层达3mm，硬度达HRC52。

主轴轴承采用国产精密主轴轴承：主轴箱设计时考虑到最小热变形，采取散热措施及相应的减少主轴热变形的措施，经精心装配，主轴具有温升低，热变形小，精度高的特点，使主轴长期工作时能保持主轴轴线的相对稳定。

横向进给，纵向进给均采用交流伺服电机与滚珠丝杠直联方式：滚珠丝杠支承形式采用一端固定一端支承的形式。

立式四工位数控电动刀架。每工位所用时间为3-3.5秒。重复定位精度高达0.008mm。同时在设计制造中采用高精度大直径齿盘分度定位，具有刚性好，重切削时变形小等优点。

机床卡盘采用手动卡盘，配置手动尾座。

床头箱采用箱外独立油泵润滑，导轨和滚珠丝杠采用电子泵润滑系统，周期定量自动供油，方便，可靠，可实现自动，手动控制润滑。

机床为半封闭防护，排屑方便，流畅。冷却箱与主机分离，冷却泵的流量大，扬程高，工件和刀具都得到充分冷却，保证工件的加工精度，提高刀具的使用寿命。

机床系统为GSK928TE数控系统（广州数控）。

CRT箱安装在防护门上，可纵向移动，便于操作者操作。

三、技术参数

项目 单位 规格

床身上最大回转直径 mm Φ400

最大工件长度（二顶尖间距离） mm 920

最大车削长度（最大加工长度） mm 920

滑板上最大回转直径 mm 210

主轴端部形式及代号 - A1-6

主轴前端锥孔锥度 莫氏 莫氏6号

主轴转速级数 - 24级

主轴转速范围 r/min 11-1600

刀架形式 - 立式四工位电动刀架

刀方尺寸 mm 25×25

床尾主轴直径（尾座套筒直径） mm 75

床尾主轴孔锥度（尾座套筒锥孔锥度） - 莫氏5號

X轴行程 mm 210

Z轴行程 mm 920

X轴快移速度 m/min 4

Z轴快移速度 m/min 8

X/Z轴定位精度 mm 0.03/0.04

X/Z轴重复定位精度 mm 0.012/0.016

X轴最小设定单位 mm 0.001

Z轴最小设定单位 mm 0.001

中心高 mm 距地面1085

主电机功率 kW Y132M-4左 7.5

机床重量 kg -

机床轮廓尺寸（长×宽×高） mm 2640×1714×1630

机床包装尺寸（长×宽×高） mm -

加工精度 - IT7

（车削）工件表面粗糙度 μm Ra1.6 [2]

四、改造实施

1. 对机床几个工作部位的改进：

首先拆下机床的刀架机构，将其固定在另一段使用，这样可以不破坏机床的原有结构，然后设计一套磨头机构（可调升角），配合适机床主轴电机的变频器，使主轴转速可达3-1600转/分。磨头砂轮转速根据用户要求按砂轮速度V确定，根据公式：n1R1=n2R2得出磨头电机皮带转和转速，并确定电机功率。螺纹升角按公式：tgα=h/x计算出并搬转到位。冲液系统采用双冲头，过滤循环水箱。砂轮修整器采用电机和减速机总成，输出转度在100-150转/分左右，并制作修整器基座，安装调整。

五、使用效果和经济效益

我们通过将其改造为数控螺纹磨床用于螺纹加工磨削。经试用效果良好，由于机床主轴刚性好，只要磨头刚性好、磨削力足够大，就可以进行硬材料的强力磨削加工，其粗糙度可达到Ra0.8，螺纹精度可达美标3A级精度。

优点：

1）可实现一机多用，可分别作为内孔磨、外圆磨 、螺纹磨床使用。

2）可一人多机操作，从我们的改造的螺纹磨床实际操作看可实现一人6机操作。

3）从效益、功能对比表中得知，机床成本低，功能多。

缺点：

1）由于机床主轴是车床主轴机构，其精度在0.008mm左右，不能满足高精度磨床要求，故要提高精度需要主轴精度高。

2）机床导轨无防护罩（不容易安装），导轨易脏化，由于磨床都是水或磨削液，因此防锈是难点。

3）砂轮修整器安装位置不便操作。

探索：

该改型磨床还可提高机床主轴精度和磨头精度及转速，提高滚珠丝杆副精度，安装光栅尺改为全闭环结构提高进给精度，改滑动导轨为滚动导轨，减小工作台运动阻力，从而提高机床的整体精度。

参考文献：

[1]“机械零件设计手册“国防工业出版社。

[2]e-CA6140电子车床使用说明书，沈阳机床厂

[3]台达变频器选型手册，中大电通股份有限公司