大型立式數(shù)控車床成本高，小企業(yè)難以承受。而對現(xiàn)有立式車床進(jìn)行數(shù)控改造，不僅可以節(jié)約更多的成本，還可以提高舊設(shè)備的效率和精度，延長設(shè)備的使用壽命。

1前言

C61125是一臺雙柱立式車床，左右立柱配有立式刀架和側(cè)刀架，刀架由滾珠絲杠驅(qū)動。橫梁放松夾緊，左右滑塊和側(cè)刀架的平衡為液壓平衡。工作臺采用手動變速，可獲得16種轉(zhuǎn)速。升級要求右立式刀架改為數(shù)控刀架，取消右刀架；工作臺被改變?yōu)樽詣涌刂?。加工時(shí)，可以選擇右側(cè)立式數(shù)控刀架進(jìn)行自動加工，也可以選擇左立刀架或側(cè)刀架進(jìn)行手動加工。

2方案確定

根據(jù)實(shí)際情況，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，數(shù)控系統(tǒng)選用西門子808D ADVANCED，伺服放大器選用西門子V70，伺服電機(jī)選用西門子1F6，X軸伺服電機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩30N·m，Z軸伺服電機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩40N·m，帶剎車。兩軸都直接用滾珠絲杠連接，所以取消了相應(yīng)的電磁離合器。工作臺原用一臺55kW三相異步電機(jī)保持，但取消了手動變速，新增了4個(gè)兩位四通閥，實(shí)現(xiàn)自動變速。機(jī)床的所有操作面板都集中在西門子808D高級機(jī)床控制面板(MCP)上，MCP上設(shè)置了兩個(gè)按鈕，一個(gè)用于選擇數(shù)控有效還是手動有效，一個(gè)用于選擇左垂直刀架有效還是左刀架有效。鑒于以上變化，決定重新設(shè)計(jì)電氣部分。

3計(jì)劃實(shí)施

(1)油泵、工作臺、橫梁電氣主電路設(shè)計(jì)。電氣主電路如圖1所示。機(jī)床運(yùn)行時(shí)，油泵電機(jī)M1首先啟動，接觸器KM1接通油泵，為機(jī)床各部分提供潤滑和所需的壓力油。如果油泵沒有打開，機(jī)床就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。工作臺電機(jī)M2由星三角降壓啟動，接觸器KM4嚙合M2星形運(yùn)行，接觸器KM5嚙合M2三角形運(yùn)行，KM2和KM3控制工作臺正反轉(zhuǎn)，工作臺停止使用能耗制動，由KM6、KM7和KM4實(shí)現(xiàn)。吊梁由KM8、KM9和吊梁電機(jī)M3 實(shí)現(xiàn)。

(2)左立式刀架和左刀架的電氣主電路設(shè)計(jì)。左垂直刀架的快速進(jìn)給由接觸器KM10和快速電機(jī)M4控制，水平或垂直進(jìn)給由接觸器KM11、KM12、KM13和進(jìn)給電機(jī)M5結(jié)合電磁離合器YC1、YC2、YC3、YC4、YC5控制。進(jìn)給電機(jī)M5為雙速電機(jī)，根據(jù)選用的電機(jī)可以獲得不同的速度，從而獲得不同的進(jìn)給速度。側(cè)刀架的電氣主電路與左立刀架的電氣主電路相似，在此不再贅述。

數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第四部分

(1)數(shù)控系統(tǒng)的整體連接西門子808D先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)與伺服放大器采用驅(qū)動總線連接，比原808D數(shù)控系統(tǒng)更容易連接，抗干擾能力更強(qiáng)，傳輸速度更快，調(diào)試更簡單。驅(qū)動總線通過CNC系統(tǒng)的X126接口連接到X軸伺服放大器的X10接口，再通過X軸伺服放大器的X11接口連接到Z軸伺服放大器的X10接口。特別注意驅(qū)動總線的終端電阻插頭，否則驅(qū)動總線將不能正常工作。數(shù)控系統(tǒng)的總體連接。

(2)可編程控制器的設(shè)計(jì)。由于設(shè)備既有數(shù)控軸又有普通進(jìn)給軸，增加了設(shè)計(jì)難度。在重新配備的電氣柜中，原有的常用部件全部由PLC控制，大大減少了電氣柜布線的工作量，提高了機(jī)床的可靠性和控制靈活性。由于布線要求簡單整潔，除急停開關(guān)和手動脈沖發(fā)生器的軸向選擇和放大信號外，其他所有輸入輸出信號均分布在X301和X302兩個(gè)50芯數(shù)字輸入輸出接口。

5機(jī)床操作面板的集成

由于保留了原設(shè)備的左立式刀架和左刀架，操作按鈕沒有集成到西門子808D ADVANCED的機(jī)床操作面板(MCP)中，操作起來極為不便，容易產(chǎn)生沖突。所以操作按鍵集成如下:操作面板(MCP)上有13個(gè)未定義的按鍵，包括K7 ~ K12待機(jī)鍵，4個(gè)空白鍵，卡盤夾緊鍵，內(nèi)外卡選擇鍵，尾座控制鍵，可用于其他用途。此外，手脈沖發(fā)生器選擇帶放大和選軸的手脈沖盒，將放大和選軸信號連接到數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字輸入X100接口，使MCP上的三個(gè)按鈕X1、X10和X100可以用于其他用途。

在原立式車床操作中，液壓啟停鍵、橫梁上下鍵共4個(gè)鍵，左立式刀架有8個(gè)鍵用于快速、進(jìn)給、停止、上下、左右操作。同樣，側(cè)刀架也需要8個(gè)鍵，工作臺需要一個(gè)點(diǎn)動鍵和shift鍵。MCP上只有16個(gè)未定義的鍵，明顯不夠用。針對這個(gè)問題，分配如下:首先選擇一個(gè)帶指示燈的按鍵作為選擇開關(guān)，選擇數(shù)控控制軸或者普通進(jìn)給軸。如果該鍵的指示燈亮起，則普通進(jìn)給軸選擇有效。此時(shí)，左垂直刀架、側(cè)刀架和橫梁的升降均有效，但數(shù)控X軸和Z軸的手動和自動操作無效。指示燈滅，表示數(shù)控控制軸選擇有效，X軸、Z軸手動、自動操作有效，普通進(jìn)給軸操作無效；同理，選擇另一個(gè)帶燈的按鈕來區(qū)分左垂直刀架和側(cè)刀架的控制，這樣左垂直刀架和側(cè)刀架只需要9個(gè)按鈕就能滿足控制要求。

工作臺作為一個(gè)普通部件，除了數(shù)控自動操作外，還可以手動控制。在MCP中已經(jīng)定義了工作臺的前進(jìn)、后退和停止按鈕。經(jīng)過實(shí)際的PLC編程和調(diào)試，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

6結(jié)束語

設(shè)備改造成功后，一臺機(jī)床既可數(shù)控又可通用，成本不到同類型數(shù)控機(jī)床的1/3，使舊設(shè)備用更少的錢重復(fù)使用。改造后的機(jī)床可以大大提高加工效率，縮短加工時(shí)間，降低勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。改造后的機(jī)床不僅能滿足普通外圓和端面加工的要求，還能加工普通立式車床不能加工的復(fù)雜曲面零件。同時(shí)，保證了機(jī)床的加工質(zhì)量和穩(wěn)定性。