大型立式数控车床成本较高，一般小型企业很难承受，而对现有的立式车床数控化改造，不但能节省较多的成本，还可提高老旧设备的效率和精度，延长设备的使用寿命。

1  序言
        C61125为双柱立式车床，左右柱均配有立式刀架和侧刀架，刀架的传动采用滚珠丝杠。横梁的放松、夹紧及左右滑块、侧刀架的平衡均采用液压平衡。工作台采用手动变速，可获得16种转速。升级改造要求右立式刀架改为数控刀架，取消右侧刀架；工作台变速改为自动控制变速。加工时既可以选用右立式数控刀架进行自动加工，又可以选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，从经济的角度出发，数控系统选用SIEMENS 808D ADVANCED，伺服放大器选用SIEMENS V70型，伺服电动机选用SIEMENS 1F6型，选X 轴伺服电动机的静态扭矩为30N·m，Z 轴伺服电动机的静态扭矩为40N·m且带抱闸，两轴均与滚珠丝杠直连，取消相应的电磁离合器。工作台原采用55kW的三相异步电动机保留，工作台换挡变速取消手动变速，新增４个二位四通阀，以实现自动换挡变速[1]。机床的操作面板全部集中到SIEMENS 808D ADVANCED机床控制面板（MCP）上，在MCP上设置两个按键，一个用于选择数控控制有效还是手动控制有效，另一个用于选择左立式刀架有效还是左侧刀架有效。针对以上的改动，决定电气部分重新设计。

3  方案实施
（1）油泵、工作台及横梁电气主回路的设计　电气主回路如图1所示，机床运行首先起动油泵电动机M1，接触器KM1吸合油泵工作，为机床各部件提供润滑和所需的压力油，油泵没有开起，机床不能运行。工作台电动机M2采用星三角降压起动，接触器KM4吸合M2处于星形运行，KM5吸合M2处于三角形运行，KM2、KM3控制工作台的正反转，工作台停止采用能耗制动，由KM6、KM7及KM4实现。横梁升降通过KM8、KM9和横梁升降电动机M3实现[2]。

图1　电气主回路

（2）左立式刀架及左侧刀架的电气主回路设计　左立式刀架快速进给由接触器KM10及快速电动机M4控制，进给由接触器KM11、KM12、KM13及进给电动机M5结合电磁离合器YC1、YC2、YC3、YC4和YC5实现水平或垂直方向的运行。进给电动机M5为双速电动机，根据选择电动机可获得不同的转速，从而获得不同的进给速度[3]。侧刀架的电气主回路与左立刀架相似，不在赘述。

4  数控部分的设计
（1）数控系统总体连接　SIEMENS 808D ADVANCED数控系统与伺服放大器的连接采用Drive Bus总线，相较于原808D数控系统连接更简便，抗干扰能力更强，传输速度更快，调试也更简单。Drive Bus总线由数控系统的X126接口连接到X 轴伺服放大器的X10接口，再由X 轴伺服放大器的X11接口到Z轴伺服放大器的X10接口，特别要注意Drive Bus总线的终端电阻插头，否则Drive Bus总线不能正常工作[4]。数控系统总体连接如图2所示。

图2　数控系统总体连接

（2）PLC的设计　由于设备既有数控控制轴又有普通进给轴，这样增加了设计难度，在重新配的电气柜中，把原来普通元件的控制全部采用PLC进行控制，从而大大地减少了电气柜配线的工作量，提高了机床可靠性和控制的灵活性。因接线要求简洁和整齐，除急停开关、手摇脉冲发生器的轴选和倍率信号分配在数控系统的数字输入接口X100外，其他输入输出信号全部分配在X301、X302两个50芯的数字输入输出接口[5]，具体如图3所示。

图3　信号分配

5  机床操作面板的整合
        由于保留了原设备的左立式刀架和左侧刀架，其操作按键不整合到SIEMENS 808D ADVANCED自带的机床操作面板（MCP）上，操作起来极不方便还容易发生冲突，因此将操作按钮做了如下整合：操作面板（MCP）上有K7～K12备用键、4个空白键、卡盘夹紧键、内外卡选择键及尾座控制键共13个按键未定义，可作他用。另外，手摇脉冲发生器选用自带倍率和轴选的手脉盒，并将倍率和轴选信号接入数控系统的数字输入X100接口，这样MCP上的X1、X10、X100这３个按键就可转为他用。
        原立式车床操作中的液压启停键、横梁上升和下降键共计4个按键，左侧立式刀架的快速、进给、停止、向上运行、向下运行、向左运行和向右运行共计8个按键，同样侧刀架也需要8个按键，工作台还需增加１个点动键和换挡键，MCP上只有16个未定义按键明显不够，为了解决这一问题，进行了如下分配：首先选１个带指示灯的按键作为选用数控控制轴还是普通进给轴的选择开关，如按键的指示灯点亮表示普通进给轴选择有效，此时左立式刀架、侧刀架、横梁的升降均有效，数控的X 轴、Z 轴手动、自动操作均无效；指示灯熄灭表示数控控制轴选择有效，X 轴、Z 轴手动、自动操作均有效，而普通进给轴操作无效；用同样的办法再选另１个带灯的按键区分左立式刀架和侧刀架的控制，这样左立式刀架和侧刀架只需9个按键就可满足控制需求。
工作台作为公用部分，除数控自动运行外均可以手动控制，工作台正转、反转、停止按键在MCP已定义。经实际PLC程序编制、调试，完全达到设计的目标[6]。

6  结束语
        设备改造成功后，实现了１台机床数控和普通两用，而所花成本还不到买同类型号数控机床的１/３，实现了少花钱多办事，旧设备重新利用；改造后的机床可大大提高了加工效率，缩短了加工时间，降低了劳动强度、生产成本；改造后机床除可以满足普通外圆和端面的加工外，还可以加工出普通立式车床无法加工的复杂曲面类零件；同时保证了机床的加工质量和稳定性。

参考文献：
［1］罗永顺．机床数控化改造技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，2007.
［2］李盛宇．普通车床的数控化改造［J］．机械制造与自动化，2005（３）：121－123．
［3］朱德荣，任德志．　数控改造的应用与发展［J］．机床电器：2004（１）：25－2７，51．
［4］SIEMENS． SINUMERIK 808D ADVANCED的PLC子程序库说明用户手册［Ｚ］．2013．
［5］SIEMENS． SINUMERIK 808D ADVANCED功能手册［Ｚ］．2017．
［6］SIEMENS． SINUMERIK 808D ADVANCED 调试手册［Ｚ］．2017．

        本文发表于《金属加工（冷加工）》2022年第9期第88~90页，作者：兰州航空职业技术学院 祁百学，闫沛渊，原标题：《C61125双柱立式车床的数控化改造》。