大型立式數(shù)控車床成本較高，一般小型企業(yè)很難承受，而對現(xiàn)有的立式車床數(shù)控化改造，不但能節(jié)省較多的成本，還可提高老舊設(shè)備的效率和精度，延長設(shè)備的使用壽命。
1 序言
C61125為雙柱立式車床，左右柱均配有立式刀架和側(cè)刀架，刀架的傳動采用滾珠絲杠。橫梁的放松、夾緊及左右滑塊、側(cè)刀架的平衡均采用液壓平衡。工作臺采用手動變速，可獲得16種轉(zhuǎn)速。升級改造要求右立式刀架改為數(shù)控刀架，取消右側(cè)刀架；工作臺變速改為自動控制變速。加工時既可以選用右立式數(shù)控刀架進行自動加工，又可以選左立刀架或側(cè)刀架進行手動加工。
2 方案確定
根據(jù)實際情況，從經(jīng)濟的角度出發(fā)，數(shù)控系統(tǒng)選用SIEMENS 808D ADVANCED，伺服放大器選用SIEMENS V70型，伺服電動機選用SIEMENS 1F6型，選X 軸伺服電動機的靜態(tài)扭矩為30N·m，Z 軸伺服電動機的靜態(tài)扭矩為40N·m且?guī)Пчl，兩軸均與滾珠絲杠直連，取消相應(yīng)的電磁離合器。工作臺原采用55kW的三相異步電動機保留，工作臺換擋變速取消手動變速，新增４個二位四通閥，以實現(xiàn)自動換擋變速[1]。機床的操作面板全部集中到SIEMENS 808D ADVANCED機床控制面板（MCP）上，在MCP上設(shè)置兩個按鍵，一個用于選擇數(shù)控控制有效還是手動控制有效，另一個用于選擇左立式刀架有效還是左側(cè)刀架有效。針對以上的改動，決定電氣部分重新設(shè)計。
3 方案實施
（1）油泵、工作臺及橫梁電氣主回路的設(shè)計 電氣主回路如圖1所示，機床運行首先起動油泵電動機M1，接觸器KM1吸合油泵工作，為機床各部件提供潤滑和所需的壓力油，油泵沒有開起，機床不能運行。工作臺電動機M2采用星三角降壓起動，接觸器KM4吸合M2處于星形運行，KM5吸合M2處于三角形運行，KM2、KM3控制工作臺的正反轉(zhuǎn)，工作臺停止采用能耗制動，由KM6、KM7及KM4實現(xiàn)。橫梁升降通過KM8、KM9和橫梁升降電動機M3實現(xiàn)[2]。
圖1 電氣主回路
（2）左立式刀架及左側(cè)刀架的電氣主回路設(shè)計 左立式刀架快速進給由接觸器KM10及快速電動機M4控制，進給由接觸器KM11、KM12、KM13及進給電動機M5結(jié)合電磁離合器YC1、YC2、YC3、YC4和YC5實現(xiàn)水平或垂直方向的運行。進給電動機M5為雙速電動機，根據(jù)選擇電動機可獲得不同的轉(zhuǎn)速，從而獲得不同的進給速度[3]。側(cè)刀架的電氣主回路與左立刀架相似，不在贅述。
4 數(shù)控部分的設(shè)計
（1）數(shù)控系統(tǒng)總體連接 SIEMENS 808D ADVANCED數(shù)控系統(tǒng)與伺服放大器的連接采用Drive Bus總線，相較于原808D數(shù)控系統(tǒng)連接更簡便，抗干擾能力更強，傳輸速度更快，調(diào)試也更簡單。Drive Bus總線由數(shù)控系統(tǒng)的X126接口連接到X 軸伺服放大器的X10接口，再由X 軸伺服放大器的X11接口到Z軸伺服放大器的X10接口，特別要注意Drive Bus總線的終端電阻插頭，否則Drive Bus總線不能正常工作[4]。數(shù)控系統(tǒng)總體連接如圖2所示。
圖2 數(shù)控系統(tǒng)總體連接
（2）PLC的設(shè)計 由于設(shè)備既有數(shù)控控制軸又有普通進給軸，這樣增加了設(shè)計難度，在重新配的電氣柜中，把原來普通元件的控制全部采用PLC進行控制，從而大大地減少了電氣柜配線的工作量，提高了機床可靠性和控制的靈活性。因接線要求簡潔和整齊，除急停開關(guān)、手搖脈沖發(fā)生器的軸選和倍率信號分配在數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字輸入接口X100外，其他輸入輸出信號全部分配在X301、X302兩個50芯的數(shù)字輸入輸出接口[5]，具體如圖3所示。
圖3 信號分配
5 機床操作面板的整合
由于保留了原設(shè)備的左立式刀架和左側(cè)刀架，其操作按鍵不整合到SIEMENS 808D ADVANCED自帶的機床操作面板（MCP）上，操作起來極不方便還容易發(fā)生沖突，因此將操作按鈕做了如下整合：操作面板（MCP）上有K7～K12備用鍵、4個空白鍵、卡盤夾緊鍵、內(nèi)外卡選擇鍵及尾座控制鍵共13個按鍵未定義，可作他用。另外，手搖脈沖發(fā)生器選用自帶倍率和軸選的手脈盒，并將倍率和軸選信號接入數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字輸入X100接口，這樣MCP上的X1、X10、X100這３個按鍵就可轉(zhuǎn)為他用。
原立式車床操作中的液壓啟停鍵、橫梁上升和下降鍵共計4個按鍵，左側(cè)立式刀架的快速、進給、停止、向上運行、向下運行、向左運行和向右運行共計8個按鍵，同樣側(cè)刀架也需要8個按鍵，工作臺還需增加１個點動鍵和換擋鍵，MCP上只有16個未定義按鍵明顯不夠，為了解決這一問題，進行了如下分配：首先選１個帶指示燈的按鍵作為選用數(shù)控控制軸還是普通進給軸的選擇開關(guān)，如按鍵的指示燈點亮表示普通進給軸選擇有效，此時左立式刀架、側(cè)刀架、橫梁的升降均有效，數(shù)控的X 軸、Z 軸手動、自動操作均無效；指示燈熄滅表示數(shù)控控制軸選擇有效，X 軸、Z 軸手動、自動操作均有效，而普通進給軸操作無效；用同樣的辦法再選另１個帶燈的按鍵區(qū)分左立式刀架和側(cè)刀架的控制，這樣左立式刀架和側(cè)刀架只需9個按鍵就可滿足控制需求。
工作臺作為公用部分，除數(shù)控自動運行外均可以手動控制，工作臺正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止按鍵在MCP已定義。經(jīng)實際PLC程序編制、調(diào)試，完全達到設(shè)計的目標[6]。
6 結(jié)束語
設(shè)備改造成功后，實現(xiàn)了１臺機床數(shù)控和普通兩用，而所花成本還不到買同類型號數(shù)控機床的１/３，實現(xiàn)了少花錢多辦事，舊設(shè)備重新利用；改造后的機床可大大提高了加工效率，縮短了加工時間，降低了勞動強度、生產(chǎn)成本；改造后機床除可以滿足普通外圓和端面的加工外，還可以加工出普通立式車床無法加工的復(fù)雜曲面類零件；同時保證了機床的加工質(zhì)量和穩(wěn)定性。
參考文獻：
［1］羅永順．機床數(shù)控化改造技術(shù)［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版社，2007.
［2］李盛宇．普通車床的數(shù)控化改造［J］．機械制造與自動化，2005（３）：121－123．
［3］朱德榮，任德志． 數(shù)控改造的應(yīng)用與發(fā)展［J］．機床電器：2004（１）：25－2７，51．
［4］SIEMENS． SINUMERIK 808D ADVANCED的PLC子程序庫說明用戶手冊［Ｚ］．2013．
［5］SIEMENS． SINUMERIK 808D ADVANCED功能手冊［Ｚ］．2017．
［6］SIEMENS． SINUMERIK 808D ADVANCED 調(diào)試手冊［Ｚ］．2017．
本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2022年第9期第88~90頁，作者：蘭州航空職業(yè)技術(shù)學院 祁百學，閆沛淵，原標題：《C61125雙柱立式車床的數(shù)控化改造》。
（轉(zhuǎn)載）
