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  • 金屬加工技術

    C61125雙柱立式車床的數控化改造

    轉載 :  zaoche168.com   2022年09月21日

            大型立式數控車床成本較高,一般小型企業很難承受,而對現有的立式車床數控化改造,不但能節省較多的成本,還可提高老舊設備的效率和精度,延長設備的使用壽命。

    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扭矩為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。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。針對以上的改動,決定電氣部分重新設計。

    3  方案實施
    (1)油泵、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,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]。


    圖1 電氣主回路

    (2)左立式刀架及左側刀架的電氣主回路設計 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]。側刀架的電氣主回路與左立刀架相似,不在贅述。

    4  數控部分的設計
    (1)數控系統總體連接 SIEMENS 808D ADVANCED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、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。


    圖3 信號分配

    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。
    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了加工效率,縮短了加工時間,降低了勞動強度、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。

    參考文獻:
    [1]羅永順.機床數控化改造技術[M].北京:機械工業出版社,2007.
    [2]李盛宇.普通車床的數控化改造[J].機械制造與自動化,2005(3):121-123.
    [3]朱德榮,任德志. 數控改造的應用與發展[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 調試手冊[Z].2017.

            本文發表于《金屬加工(冷加工)》2022年第9期第88~90頁,作者:蘭州航空職業技術學院 祁百學,閆沛淵,原標題:《C61125雙柱立式車床的數控化改造》。

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