C61125雙柱立式車床的數控化改造

祁百學，閆沛淵

蘭州航空職業技術學院 甘肅蘭州 730070

1 序言

C61125為雙柱立式車床，左右柱均配有立式刀架和側刀架，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種轉速。升級改造要求右立式刀架改為數控刀架，取消右側刀架；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控刀架進行自動加工，又可以選左立刀架或側刀架進行手動加工。

2 方案確定

根據實際情況，從經濟的角度出發，數控系統選用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轉矩為30N·m，Z軸伺服電動機的靜態扭矩為40N·m且帶抱閘，兩軸均與滾珠絲杠直連，取消相應的電磁離合器。保留工作臺原采用的55kW的三相異步電動機，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上設置兩個按鍵，一個用于選擇數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刀架有效。針對以上改動，決定電氣部分重新設計。

3 方案實施

圖1 電氣主回路

（1）液壓泵、工作臺及橫梁電氣主回路的設計 電氣主回路如圖1所示，機床運行首先起動液壓泵電動機M1，接觸器KM1吸合則液壓泵工作，為機床各部件提供潤滑和所需的液壓油；若液壓泵沒有開起，則機床不能運行。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，工作臺停止采用能耗制動，由KM6、KM7及KM4實現。橫梁升降通過KM8、KM9和橫梁升降電動機M3實現[2]。

（2）左立式刀架及左側刀架電氣主回路設計 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結合電磁離合器YC1、YC2、YC3、YC4和YC5，實現水平或垂直方向的運行。進給電動機M5為雙速電動機，根據選擇電動機可獲得不同的轉速，從而獲得不同的進給速度[3]。左側刀架的電氣主回路與左立刀架相似，不再贅述。

4 數控部分的設計

（1）數控系統總體連接 S I E M E N S 808D A D VA N C E D數控系統與伺服放大器的連接采用Drive Bus總線，相較于原808D數控系統連接更簡便，抗干擾能力更強，傳輸速度更快，調試也更簡單。Drive Bus總線由數控系統的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]。數控系統總體連接如圖2所示。

圖2 數控系統總體連接

（2）PLC的設計 由于設備既有數控控制軸又有普通進給軸，這樣增加了設計難度，在重新配的電氣柜中，把原來普通元件的控制全部換用PLC進行控制，從而大大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、手搖脈沖發生器的軸選和倍率信號分配在數控系統的數字輸入接口X100外，其他輸入輸出信號全部分配在X301、X302兩個50芯的數字輸入輸出接口[5]，具體如圖3所示。

5 機床操作面板的整合

由于保留了原設備的左立式刀架和左側刀架，其操作按鍵若不整合到SIEMENS 808D ADVANCED自帶的機床操作面板（MCP）上，操作起來會極不方便，還容易發生沖突，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控系統的數字輸入X100接口，這樣MCP上的X1、X10、X100這3個按鍵就可轉為他用。

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控控制軸還是普通進給軸的選擇開關，如按鍵的指示燈點亮則表示普通進給軸選擇有效，此時左立式刀架、側刀架、橫梁的升降均有效，數控的X軸、Z軸手動、自動操作均無效；指示燈熄滅則表示數控控制軸選擇有效，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個帶燈的按鍵區分左立式刀架和側刀架的控制，這樣左立式刀架和側刀架只需9個按鍵就可滿足控制需求。

圖3 信號分配

工作臺作為公用部分，除數控自動運行外均可以手動控制，工作臺正轉、反轉、停止按鍵在MCP已定義。經實際PLC程序編制、調試，完全達到設計的目標[6]。

6 結束語

設備改造成功后，實現了1臺機床數控和普通兩用，而所花成本還不到買同類型號數控機床的1/3，實現了少花錢多辦事，舊設備重新利用；改造后的機床可大大提高加工效率，縮短加工時間，降低勞動強度、生產成本；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雜曲面類零件；同時保證了機床的加工質量和穩定性。