双柱立式车床的数控化改造提高生产精度

大型立式数控车床成本高，小企业难以承受。而对现有立式车床进行数控改造，不仅可以节约更多的成本，还可以提高旧设备的效率和精度，延长设备的使用寿命。

1前言

C61125是一台双柱立式车床，左右立柱配有立式刀架和侧刀架，刀架由滚珠丝杠驱动。横梁放松夹紧，左右滑块和侧刀架的平衡为液压平衡。工作台采用手动变速，可获得16种转速。升级要求右立式刀架改为数控刀架，取消右刀架；工作台被改变为自动控制。加工时，可以选择右侧立式数控刀架进行自动加工，也可以选择左立刀架或侧刀架进行手动加工。

2方案确定

根据实际情况，从经济角度考虑，数控系统选用西门子808D ADVANCED，伺服放大器选用西门子V70，伺服电机选用西门子1F6，X轴伺服电机静态转矩30N·m，Z轴伺服电机静态转矩40N·m，带刹车。两轴都直接用滚珠丝杠连接，所以取消了相应的电磁离合器。工作台原用一台55kW三相异步电机保持，但取消了手动变速，新增了4个两位四通阀，实现自动变速。机床的所有操作面板都集中在西门子808D高级机床控制面板(MCP)上，MCP上设置了两个按钮，一个用于选择数控有效还是手动有效，一个用于选择左垂直刀架有效还是左刀架有效。鉴于以上变化，决定重新设计电气部分。

3计划实施

(1)油泵、工作台、横梁电气主电路设计。电气主电路如图1所示。机床运行时，油泵电机M1首先启动，接触器KM1接通油泵，为机床各部分提供润滑和所需的压力油。如果油泵没有打开，机床就不能运转。工作台电机M2由星三角降压启动，接触器KM4啮合M2星形运行，接触器KM5啮合M2三角形运行，KM2和KM3控制工作台正反转，工作台停止使用能耗制动，由KM6、KM7和KM4实现。吊梁由KM8、KM9和吊梁电机M3 实现。

(2)左立式刀架和左刀架的电气主电路设计。左垂直刀架的快速进给由接触器KM10和快速电机M4控制，水平或垂直进给由接触器KM11、KM12、KM13和进给电机M5结合电磁离合器YC1、YC2、YC3、YC4、YC5控制。进给电机M5为双速电机，根据选用的电机可以获得不同的速度，从而获得不同的进给速度。侧刀架的电气主电路与左立刀架的电气主电路相似，在此不再赘述。

数控系统的设计第四部分

(1)数控系统的整体连接西门子808D先进数控系统与伺服放大器采用驱动总线连接，比原808D数控系统更容易连接，抗干扰能力更强，传输速度更快，调试更简单。驱动总线通过CNC系统的X126接口连接到X轴伺服放大器的X10接口，再通过X轴伺服放大器的X11接口连接到Z轴伺服放大器的X10接口。特别注意驱动总线的终端电阻插头，否则驱动总线将不能正常工作。数控系统的总体连接。

(2)可编程控制器的设计。由于设备既有数控轴又有普通进给轴，增加了设计难度。在重新配备的电气柜中，原有的常用部件全部由PLC控制，大大减少了电气柜布线的工作量，提高了机床的可靠性和控制灵活性。由于布线要求简单整洁，除急停开关和手动脉冲发生器的轴向选择和放大信号外，其他所有输入输出信号均分布在X301和X302两个50芯数字输入输出接口。

5机床操作面板的集成

由于保留了原设备的左立式刀架和左刀架，操作按钮没有集成到西门子808D ADVANCED的机床操作面板(MCP)中，操作起来极为不便，容易产生冲突。所以操作按键集成如下:操作面板(MCP)上有13个未定义的按键，包括K7 ~ K12待机键，4个空白键，卡盘夹紧键，内外卡选择键，尾座控制键，可用于其他用途。此外，手脉冲发生器选择带放大和选轴的手脉冲盒，将放大和选轴信号连接到数控系统的数字输入X100接口，使MCP上的三个按钮X1、X10和X100可以用于其他用途。

在原立式车床操作中，液压启停键、横梁上下键共4个键，左立式刀架有8个键用于快速、进给、停止、上下、左右操作。同样，侧刀架也需要8个键，工作台需要一个点动键和shift键。MCP上只有16个未定义的键，明显不够用。针对这个问题，分配如下:首先选择一个带指示灯的按键作为选择开关，选择数控控制轴或者普通进给轴。如果该键的指示灯亮起，则普通进给轴选择有效。此时，左垂直刀架、侧刀架和横梁的升降均有效，但数控X轴和Z轴的手动和自动操作无效。指示灯灭，表示数控控制轴选择有效，X轴、Z轴手动、自动操作有效，普通进给轴操作无效；同理，选择另一个带灯的按钮来区分左垂直刀架和侧刀架的控制，这样左垂直刀架和侧刀架只需要9个按钮就能满足控制要求。

工作台作为一个普通部件，除了数控自动操作外，还可以手动控制。在MCP中已经定义了工作台的前进、后退和停止按钮。经过实际的PLC编程和调试，完全达到了设计目标。

6结束语

设备改造成功后，一台机床既可数控又可通用，成本不到同类型数控机床的1/3，使旧设备用更少的钱重复使用。改造后的机床可以大大提高加工效率，缩短加工时间，降低劳动强度和生产成本。改造后的机床不仅能满足普通外圆和端面加工的要求，还能加工普通立式车床不能加工的复杂曲面零件。同时，保证了机床的加工质量和稳定性。