如何将卧式车床改造为车铣复合加

       应用数控技术改造普通机床,是提高制造业加工能力的有效途径。本文介绍应用数控技术,在卧式车床上实现车铣削加工,进行车床数控改造的具体做法,可以使用三轴联动数控系统改造卧式车床,也可以串联使用两套两坐标数控系统,共同实现对一台车床的控制加工。

　　
　　1.卧式车床的数控改造
　　
　　数控改造在CA6140卧式车床上进行(或利用卧式二轴联动的数控车床均可),参见附图。车床横向滚珠丝杠7螺距P=5 mm,车床横向(X向)步进电动机8的运行控制精度为0.005mm;车床纵向滚珠丝杠9螺距P=12 mm,车床纵向(Z向)步进电动机10的运行控制精度为0.005mm;采用两轴联动的经济型数控系统对上述两运动进行控制(此部分也可利用原有的数控车床)。与卧式数控车床不同之处在于:将原来车床刀架(或电动刀架)更换为小型动力铣头6,用来夹持各类柄(棒)状铣刀5,动力铣头的主轴轴线与车床中心线相垂直(也可转动90°与车床中心线平行)。动力铣头由单独的电动机进行控制。更换动力铣头为车床刀架(或电动刀架),即可恢复为数控车床的结构。车床纵向(Z向)、车床横向(X向)运动由一套两轴联动的数控主系统进行控制。

　　在CA6140车床主轴箱的Ⅺ轴左端部位,参见附图。拆除原车床中连接Ⅺ轴、Ⅻ轴的齿轮(z=100),用F W160型万能分度头3与Ⅺ轴左端连接,选用另一台步进电动机(与X向步进电动机技术参数相同,P=5 mm,位移控制精度为0.005mm,区别起见,设其为Y向步进电动机),用来连接F W160型万能分度头的输入蜗杆,因此,可以实现车床主轴Ⅵ(带动工件4)的旋转控制(此时应先使车床主轴处于空挡位置)。F W160型万能分度头和Y向步进电动机安装在铸铁支架2上。移开铸铁支架,装上z=100的齿轮,就可恢复卧式车床原主轴箱与进给运动的传动连接。工件的旋转运动由另一套两轴联动(可以利用其他数控车床)的数控子系统进行控制。数控子系统由数控主系统的发讯指令控制启动运行。两套数控系统最好相同,以方便加工编程和数控加工的同步进行。

       此部分数控改造中,Y向步进电动机与分度头的输入蜗杆直接连接,因为分度头的传动比i=1∶40,所以,Y向步进电动机转动1转,带动分度头主轴转动1/40转,Y向步进电动机转动40转,可带动分度头主轴转动1转。
由车床主轴传动系统(见附图)可知,分度头主轴转动1转,带动车床Ⅺ轴转动1转,经(33/33)×(58/58)传动,驱动控制车床主轴Ⅵ(带动工件)转动1转。
 　　
 　   在数控车床X向的运行控制中,X向步进电动机与横向滚珠丝杠直接连接,当给定P=5mm(横向滚珠丝杠的螺距)的运行长度时,滚珠丝杠转动1转,X向步进电动机也转动1转。由于Y向步进电动机同于X向步进电动机,可以得知:当给定Y向步进电动机的配套丝杠螺距P(P=5mm),可使Y向步进电动机转动1转;当给定Y向运行长度Ly=5×40=200(mm),可使Y向步进电动机转动40转,并控制车床主轴带动丝杠工件转动1转,因此可以实现工件的旋转运行。通过Y向步进电动机,控制F W160型万能分度头带动工件实现旋转运动的优点还在于:由于增加了运动中的传动比i,工件的旋转运动呈缓慢趋势运行,因此使得工件的旋转运行精度大为提高,同时,亦使得Y向步进电动机控制工件旋转的力矩成倍增大(Y向步进电动机的静力矩为1.2N·m,故1.2×40=48(N·m)。由《机修手册》查得,调整离合器弹簧的松紧,可以得到不同的极限压力,当切削力矩超过20N·m时,运动被强行中断,起保险作用。由此可以判断,Y向步进电动机的输出力矩大于车床主轴与工件转动时的所需力矩),非常有利于加工的可靠运行和精度的准确控制。同时,步进电动机在静止状态(即车床主轴不转动)时又增大了此运动方向的锁紧力,使其可靠性得到提高和保证。经数控改造后,此数控车床具有三坐标联动和三坐标任意两两联动的功能与车削、铣削的加工功能。
 　　
 　　2.数控车铣削方式加工原理
 　　
 　　卧式车床经数控改造后,车床主轴有三种运动形式:①车床主轴由Y向步进电动机控制F W160型万能分度头(带动工件)实现旋转运动。②车床主轴不转动(使车床主轴处于空挡位置,数控子系统控制的Y向运行为零时)。③车床主轴由车床原主轴运动控制转动(脱开FW160型万能分度头3与Ⅺ轴左端连接,装上z=100的齿轮,恢复原来结构的连接时)。
 　　
 　　数控主系统控制车床纵向(Z向)运动和车床横向(X向)运动,可以在车床主轴不同的旋转运行形式下,执行数控系统的各种加工功能。数控子系统控制车床主轴向(Y向),可以实现车床主轴不同形式与速度的旋转运行。数控主系统可以单独控制Z向运动、X向运动的运行,也可以与数控子系统串联同时实现控制Y向运动的联动运行。
 　　
 　　数控子系统(控制Y向)由数控主系统(控制X向、Z向)的发讯指令控制启动运行。数控主系统先控制X向、Z向进行工件表面的各种所需轨迹的插补运行,再利用发讯指令启动数控子系统,此时,应先使数控子系统启动运行处于暂停等待状态。由于发讯指令在启动数控子系统运行的过程中也占用时间,可以通过实际测量工件的旋转误差,调整数控主系统的延时等待时间,以便使两套数控系统控制的各向运动,同步同时进入所需运行轨迹的数控加工。

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