ca6140是北京第一機(jī)床廠20世紀(jì)80年代生產(chǎn)的機(jī)床，ca6140是中小型機(jī)床。ca6140可使用各種圓柱銑刀、圓片銑刀、角度銑刀、成形銑刀和端面銑刀，加工各種平面、加工中心斜面、溝槽、齒輪等。該機(jī)床的x、Y、z軸都是由法蘭盤式電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪箱齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。經(jīng)過(guò)十多年的使用，該機(jī)床的導(dǎo)軌已嚴(yán)重磨損，導(dǎo)軌的直線度等級(jí)低，達(dá)不到使用要求。進(jìn)給軸的軸承和齒輪的磨損都已比較嚴(yán)重，經(jīng)評(píng)估，該機(jī)床的精度不能達(dá)到加工精度要求，但主軸箱、液壓系統(tǒng)等其他部件性能良好，只是易損件磨損嚴(yán)重。因此，可以通過(guò)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造，完成對(duì)該機(jī)床整體性能的提高。
    主軸箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工中心是普通機(jī)床的重要部件。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造中，在考慮經(jīng)濟(jì)因素的前提下，要求盡量保持原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)。ca6140符合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造的條件。
    X63普通銑床數(shù)控化改造，主要是使其工作從原來(lái)的半自動(dòng)到全自動(dòng)，對(duì)加工工件的程序更連續(xù)。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、連續(xù)輪廓控制、刀具半徑補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、ca6140固定循環(huán)及一些特殊功能。
    直改造總體方案的確定
    由于普通機(jī)床的數(shù)控化改造中經(jīng)濟(jì)成本是一個(gè)重要因素，因此改造過(guò)程中一般采用無(wú)測(cè)量反饋裝置的開(kāi)環(huán)控制方式。該方式的驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。數(shù)控機(jī)床的控制過(guò)程是由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。加工中心系統(tǒng)位移精度主要取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度。該方式不具有反饋裝置，對(duì)實(shí)際位移量不進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)反饋與原指令值進(jìn)行比較，不進(jìn)行誤差校正，系統(tǒng)的位移精度低，但具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試維修方便、ca6140成本低、易改裝等特點(diǎn)。除了重要的控制系統(tǒng)外，還有以下幾點(diǎn)在改造過(guò)程中也是要注意的。
    1．機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造
    普通機(jī)床改造最重要的部分就是對(duì)其縱向、橫向以及垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造，以便使其具有更加合理的結(jié)構(gòu)和更全面的控制系統(tǒng)。原機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)都是由法蘭盤式普通電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，這種電動(dòng)機(jī)是不能實(shí)現(xiàn)脈沖控制的。若想實(shí)現(xiàn)進(jìn)給的無(wú)級(jí)調(diào)速，必須使用伺服電動(dòng)機(jī)，包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)。因此要將各方向的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)換成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。加工中心同時(shí)，原來(lái)的絲杠傳動(dòng)摩擦阻力太大，傳動(dòng)誤差大，因此在要求較高的場(chǎng)合應(yīng)將其更換為滾珠絲杠。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率高，無(wú)爬行，預(yù)緊后可消除反向間隙，精度高，因而在改造中得到廣泛的使用。
    改造后x63橫向、縱向的傳動(dòng)方式：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一消隙齒輪一滾珠絲杠螺母一工作臺(tái)。垂直方向的傳動(dòng)方式：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一錐齒輪一滾珠絲杠螺母一工作臺(tái)，ca6140還應(yīng)考慮軸的自鎖。
    2．伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型
    數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)必須保證由數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換成速度相配的相應(yīng)角位移或直線位移，加工中心帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)使執(zhí)行裝置根據(jù)進(jìn)給脈沖指令，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使執(zhí)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。所以在改造過(guò)程中要根據(jù)所選的電動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)選擇合適的伺服驅(qū)動(dòng)裝置。
    直流伺服電動(dòng)機(jī)的精度高，調(diào)速性好，但由于其價(jià)格昂貴，在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中一般采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動(dòng)變?yōu)榱�，能方便地�?shí)現(xiàn)調(diào)速以及定位，改變各相繞組的接通次序即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。在ca6140數(shù)控化改造中，ca6140橫向、縱向、垂直方向都選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
    3．電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型
    數(shù)控機(jī)床相比普通機(jī)床最大的改進(jìn)是數(shù)字控制。實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制后，機(jī)床的電氣系統(tǒng)發(fā)生了根本的變化�，F(xiàn)代的電氣設(shè)備采用以PC機(jī)控制技術(shù)為主的現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)用軟件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，加工中心可以省去大量的控制電器及線路連接。改造中，為機(jī)床配置數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。在數(shù)控裝置中有內(nèi)置PlC，它使用數(shù)控裝置的硬件，用軟件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，使操作時(shí)更加簡(jiǎn)單、方便。機(jī)床中的主軸、冷卻、橫向、縱向、垂直方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等需系統(tǒng)自動(dòng)控制，為此需重新設(shè)計(jì)強(qiáng)電控制電路。
    在數(shù)控化改造中，電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造主要有兩方面的工作：
    1)將數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置接人電氣系統(tǒng)。
    2)改造電氣線路，加工中心更換原有電器元件。ca6140電器元件可保留使用原機(jī)床中的變壓器、自動(dòng)斷路器等。拆除原電控箱，原位安裝改造后的電控箱，各接線口嚴(yán)格按照說(shuō)明書接好。
    4．?dāng)?shù)控系統(tǒng)選型
    目前市場(chǎng)上數(shù)控系統(tǒng)的類型比較多，選擇前首先應(yīng)對(duì)擬改造的數(shù)控機(jī)床自身功能有一個(gè)充分的了解，可依據(jù)價(jià)格合理、技術(shù)先進(jìn)、服務(wù)方便的原則選擇數(shù)控系統(tǒng)。