C61125雙柱立式車床的數(shù)控化改造

祁百學(xué)，閆沛淵

蘭州航空職業(yè)技術(shù)學(xué)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(cè)刀架，刀架的傳動(dòng)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(tái)采用手動(dòng)變速，可獲得16種轉(zhuǎn)速。升級(jí)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(tái)變速改為自動(dòng)控制變速。加工時(shí)既可以選用右立式數(shù)控刀架進(jìn)行自動(dòng)加工，又可以選左立刀架或側(cè)刀架進(jìn)行手動(dòng)加工。

2 方案確定

根據(jù)實(shí)際情況，從經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)選用SIEMENS 1F6型，選X軸伺服電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為30N·m，Z軸伺服電動(dòng)機(jī)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。保留工作臺(tái)原采用的55kW的三相異步電動(dòng)機(jī)，工作臺(tái)換擋變速取消手動(dòng)變速，新增4個(gè)二位四通閥，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋變速[1]。機(jī)床的操作面板全部集中到SIEMENS 808D ADVANCED機(jī)床控制面板（MCP）上，在MCP上設(shè)置兩個(gè)按鍵，一個(gè)用于選擇數(shù)控控制有效還是手動(dòng)控制有效，另一個(gè)用于選擇左立式刀架有效還是左側(cè)刀架有效。針對(duì)以上改動(dòng)，決定電氣部分重新設(shè)計(jì)。

3 方案實(shí)施

圖1 電氣主回路

（1）液壓泵、工作臺(tái)及橫梁電氣主回路的設(shè)計(jì) 電氣主回路如圖1所示，機(jī)床運(yùn)行首先起動(dòng)液壓泵電動(dòng)機(jī)M1，接觸器KM1吸合則液壓泵工作，為機(jī)床各部件提供潤(rùn)滑和所需的液壓油；若液壓泵沒有開起，則機(jī)床不能運(yùn)行。工作臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2采用星三角降壓起動(dòng)，接觸器KM4吸合M2處于星形運(yùn)行，KM5吸合M2處于三角形運(yùn)行，KM2、KM3控制工作臺(tái)的正反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)停止采用能耗制動(dòng)，由KM6、KM7及KM4實(shí)現(xiàn)。橫梁升降通過KM8、KM9和橫梁升降電動(dòng)機(jī)M3實(shí)現(xiàn)[2]。

（2）左立式刀架及左側(cè)刀架電氣主回路設(shè)計(jì) 左立式刀架快速進(jìn)給由接觸器KM10及快速電動(dòng)機(jī)M4控制，進(jìn)給由接觸器KM11、KM12、KM13及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M5結(jié)合電磁離合器YC1、YC2、YC3、YC4和YC5，實(shí)現(xiàn)水平或垂直方向的運(yùn)行。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M5為雙速電動(dòng)機(jī)，根據(jù)選擇電動(dòng)機(jī)可獲得不同的轉(zhuǎn)速，從而獲得不同的進(jìn)給速度[3]。左側(cè)刀架的電氣主回路與左立刀架相似，不再贅述。

4 數(shù)控部分的設(shè)計(jì)

（1）數(shù)控系統(tǒng)總體連接 S I E M E N S 808D A D VA N C E D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(jiǎn)便，抗干擾能力更強(qiáng)，傳輸速度更快，調(diào)試也更簡(jiǎn)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(jì) 由于設(shè)備既有數(shù)控控制軸又有普通進(jìn)給軸，這樣增加了設(shè)計(jì)難度，在重新配的電氣柜中，把原來(lái)普通元件的控制全部換用PLC進(jìn)行控制，從而大大減少了電氣柜配線的工作量，提高了機(jī)床可靠性和控制的靈活性。因接線要求簡(jiǎn)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(hào)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(hào)全部分配在X301、X302兩個(gè)50芯的數(shù)字輸入輸出接口[5]，具體如圖3所示。

5 機(jī)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，其操作按鍵若不整合到SIEMENS 808D ADVANCED自帶的機(jī)床操作面板（MCP）上，操作起來(lái)會(huì)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(gè)空白鍵、卡盤夾緊鍵、內(nèi)外卡選擇鍵及尾座控制鍵共13個(gè)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(hào)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(gè)按鍵就可轉(zhuǎn)為他用。

原立式車床操作中的液壓?jiǎn)⑼ｆI、橫梁上升和下降鍵共計(jì)4個(gè)按鍵，左側(cè)立式刀架的快速、進(jìn)給、停止、向上運(yùn)行、向下運(yùn)行、向左運(yùn)行和向右運(yùn)行共計(jì)8個(gè)按鍵，同樣側(cè)刀架也需要8個(gè)按鍵，工作臺(tái)還需增加1個(gè)點(diǎn)動(dòng)鍵和換擋鍵，MCP上只有16個(gè)未定義按鍵明顯不夠。為了解決這一問題，進(jìn)行了如下分配：首先選1個(gè)帶指示燈的按鍵作為選用數(shù)控控制軸還是普通進(jìn)給軸的選擇開關(guān)，如按鍵的指示燈點(diǎn)亮則表示普通進(jìn)給軸選擇有效，此時(shí)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(dòng)、自動(dòng)操作均無(wú)效；指示燈熄滅則表示數(shù)控控制軸選擇有效，X軸、Z軸手動(dòng)、自動(dòng)操作均有效，而普通進(jìn)給軸操作無(wú)效；用同樣的辦法再選另1個(gè)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(gè)按鍵就可滿足控制需求。

圖3 信號(hào)分配

工作臺(tái)作為公用部分，除數(shù)控自動(dòng)運(yùn)行外均可以手動(dòng)控制，工作臺(tái)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止按鍵在MCP已定義。經(jīng)實(shí)際PLC程序編制、調(diào)試，完全達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)[6]。

6 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)備改造成功后，實(shí)現(xiàn)了1臺(tái)機(jī)床數(shù)控和普通兩用，而所花成本還不到買同類型號(hào)數(shù)控機(jī)床的1/3，實(shí)現(xiàn)了少花錢多辦事，舊設(shè)備重新利用；改造后的機(jī)床可大大提高加工效率，縮短加工時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度、生產(chǎn)成本；改造后機(jī)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(wú)法加工的復(fù)雜曲面類零件；同時(shí)保證了機(jī)床的加工質(zhì)量和穩(wěn)定性。