车床数控改造螺纹功能的实现

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1、车床数控改造螺纹功能的实现陈艳红孙敏（开封大学机电工程学院，河南开封475004）摘要：本文以CA6140型普通车床为例，阐述了车床数控化改造螺纹功能实现的方法、主传动系统改造部位，螺纹加工的控制原理及经济型数控车床螺纹加工误差产生的原因。关键词：数控化改造；螺纹；主轴编码器ImprovementofScrew-cuttingFunctioninNCTransformationofLatheCHENYan-hongSUNMin(KaifengUniversityMechanicalandElectronEngineeringDepartmen

2、t,HNKaifeng475004)Abstract：TakesNCtransformationofCA6140typecommonlatheasanexample,thispaperhasexplainedthedevelopingmethodofscrew-cuttingfunctionandchangingpartsofmaintransmissionsysteminNCTransformationofTraditionalLathe.Controllingprinciplesandfaultsofscrew-cuttinginEcon

3、omicNCLathearealsodiscussed.Keywords：NCtransformation；screw-thread；axisencoder0引言在机械制造业中，带螺纹的零件应用得十分广泛。用车削的方法加工螺纹，是目前常用的加工方法。在普通卧式车床上，无论车削哪一种螺纹，车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系：即主轴每转一转，刀具应均匀地移动一个导程的距离。它们的运动关系是这样保证的：主轴带着工件一起转动，主轴的运动经挂轮传到进给箱；由进给箱变速后(主要是为了获得各种螺距)再传给丝杠；由丝杠和溜板箱上的开合螺母配合带动刀架作

4、直线移动，这样工件的转动和刀具的移动都是通过主轴的带动来实现的，从而保证了工件和刀具之间严格的运动关系。普通车床改造成经济型数控车床后，由于主运动和进给运动采用不同的电机驱动，彼此间无机械传动联系，要加工螺纹或丝杠，必须配置主轴脉冲发生器（也叫主轴编码器）作为车床主轴位置信号的反馈元件，与车床主轴同步转动，发出主轴转角位置变化信号，输送到计算机。1主轴编码器的安装普通卧式车床进行经济型数控改造时，系统采用轮廓控制方式。控制系统硬件由微机部分、键盘及显示器、I/O接口、光电隔离电路及步进电动机功率放大电路等组成。改造后的车床传动系统如图1所示：

5、纵向、横向进给系统均采用步进电动机→减速齿轮→滚珠丝杠螺母→溜板的传动方式，刀架一般更换为四工位自动回转刀架。图1　改造后的车床传动系统为了使改造后的车床能自动加工螺纹，必须配置主轴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→主轴编码器→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，通常采用同轴安装或异轴安装两种方式。同轴安装的结构简单，缺点是安装后不能加工穿出车床主轴孔的零件，3限制了零件的加工长度，因此，宜采用异轴安装。异轴安装改造时通常主轴末

6、端或挂轮架处加装主轴编码器。如CA6140型车床主传动系统改造时，主轴通过主轴箱中58/58和33/33二级齿轮(实现传动比1:1)把动力传递给原有CA6140车床的挂轮轴Ⅹ，拆除挂轮留出空间，安装主轴编码器，主轴编码器6通过支架5固定，如图2所示。改造后主轴编码器转速与主轴转速一致，主轴转一周，光电码盘转一转，通过反馈给系统控制纵向进给轴与主轴同步性，从而加工出理想螺距的螺纹。图2主轴编码器安装图1.轴2.齿轮3.端盖4.齿轮5.支架6.光电编码器2经济型数控车床加工螺纹的原理微机如何控制不同螺距的螺纹加工是经济型数控车床改造的技术难点，在

7、加工螺纹时，要满足以下几点要求：①螺纹加工一般要经过几次切削才能完成，为防止乱扣，每次循环加工的初始进刀位置相同；②切制多头螺纹时，能正确分度；③主轴每转一圈，车刀能精确纵向移动一个螺距，否则就会产生螺距误差；根据编码方式的不同，主轴编码器可分为增量式和绝对式，目前国内常用的为增量式。主轴编码器发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经光电隔离电路以及I/O接口送给微机。根据光电码盘上刻线条数可分为1024线、2048线等，我们常用的为1024线即可满足要求。即主轴一转，能发出1024个脉冲，将这个脉冲送到步进电机，使步进电机转动，刀

8、架跟着移动，加工出螺纹。在机床微机数控装置中，是把主轴编码器发出的脉冲加到计数器的通道0计数输入端，在加工螺纹时，把CTC通道0置成计数工作状态，对应于一定的螺距，