C5225立式车床刀架系统的数控化改造
（金华职业技术学院，浙江金华 321017）摘要：针对普通立式车床的不足之处，在保留右刀架机械结构和操作功能不变的基础上对C5225立式车床的左刀架进给系统进行了数控化改造。左刀架采用滚珠丝杠、伺服电机和一级齿轮减速，并利用SINUMERIK 802D数控系统的半闭环控制实现左刀架的X轴和Z轴联动控制，机床改造后,大大扩大了机床的加工范围，同时提高了生产效率和加工精度。
关键词：立式车床；数控改造；刀架；滚珠丝杠
0．引言
C5225普通立式车床主要用于普通端面和外圆的切削加工，随着产品的变化和发展，普通立车的功能已不能满足新市场、新产品的要求。主要表现在：
1、无法完成或很难完成具有复杂曲面零件的加工。
2、产品的适应性差，生产效率低。 对不同零件的加工，需要先根据零件的实际要求设计工装设备，然后再进行实际加工。因而生产成本高，供货周期长，已跟不上市场的要求。
随着数控技术在生产中的应用越来越广泛，数控立式车床的生产优势也越来越明显。由于数控立式车床的购置费用较高，一次性投入大，而利用原有普通立式车床进行数控化改造费用低、质量高，因此对普通立式车床进行数控化改造是机加工用户的一种理想选择。
2．C5225立式车床概述
C5225立式车床由立柱、横梁、滑座、滑枕、刀架、圆形工作台等组成如图1所示。机床最大加工工件直径2500mm，最大加工工件高度1600mm，最大加工工件重量10吨，工作台直径2250mm，工作台转速16级，工作台转速范围2～63r/min，工作台的最大扭矩M=61740N.m，交流主电机功率为55kW，刀架水平行程1400mm, 刀架垂直行程1000mm。该机床系属万能性双立柱立式车床，可以车削圆柱、圆锥和平面，镗圆柱与圆锥孔，供铸铁、钢及有色金属零件的粗精加工之用。
图1 C5225立车结构简图
3．C5225立式车床刀架系统改造的总体方案
金华金轮机电实业有限公司一台由齐齐哈尔机床厂87年制造的C5225立式车床，其刀架进给轴X轴（滑座进给）和Z轴（滑枕进给）只能互相切换，不能联动，无法加工具有复杂曲面的零件。根据企业生产的需要对C5225立式车床刀架进给系统进行数控改造，总体方案如下：
1、保留右刀架机械结构和手动加工操作功能不变，将右刀架留作常规加工或备用。
2、在保留左滑座体、左刀架体和左滑枕的基础上对左刀架作简易数控化改造，改造时拆除原机床的进给箱及T形丝杠，将伺服电机减速齿轮箱安装在原机床的尾端，采用一级齿轮减速。将原来的T形丝杠替换为滚珠丝杠，滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，如图2所示。
图2 C5225立车进给系统改造简图
3、采用西门子SINUMERIK 802D数控系统。X轴和Z轴伺服驱动系统采用SIIMODRIVE 611UE双轴驱动模块和1FK7交流伺服电机，X轴和Z轴伺服电机均带有内装式脉冲编码器，采用半闭环控制。
4．伺服电机和滚珠丝杠副的选用
已知C5225立式车床滑座重量W1=3000N，刀架重量W2=15000N，滑动导轨动磨擦系数µ=0.1 静磨擦系数µ0=0.2，X轴和Z轴快速进给速度Vmax=7.5m/min，要求机床定位精度30µm/300mm，50µm/全行程，重复定位精度20µm，工作寿命20000小时（两班制工作10年），其它状况见下表：
切削方式 纵向切削力
PXi（N） 垂向切削力
PZi（N） 进给速度
Vi（m/min ） 工作百分比
（%）
强力切削 6600 11000 0.02 10
一般切削 3300 5500 0.01 30
精切削 1800 3000 0.002 50
快速进给 0 0 7.5 10
根据计算，X轴选择由南京工艺装备制造厂生产的规格代号为FFZD6310—4—P3/2359×1910
的滚珠丝杠副及由德国西门子公司生产的电机型号为1FK7101-5AF71-1AG0的交流伺服电机。Z轴选择FFZD6310-4-P3/2300×1340滚珠丝杠副及1FK7103-5AF70-1AH0交流伺服电机。改造后的横向(X轴)进给系统如图3所示，纵向(Z轴)进给系统图略。
图3 横向(X轴)进给系统
5．C5225立式车床数控系统的组成和连接
SINUMERIK 802D系统是SIEMENS公司中属于中低档系统但基本上已是标准型的数控系统。该系统性能强大，价格实惠，最适合于数控车床、铣床、磨床和带小型刀库的数控加工中心的配套及改造。该系统可控制4个数字进给轴和1个数字或模拟主轴，通过生产现场总线PROFIBUS可非常简洁地将驱动器、输入输出模块连接起来。本次改造采用SIEMENS SINUMERIK 802D数控系统。左刀架X和Z轴进给伺服驱动系统采用SIIMODRIVE 611UE驱动系统和1FK7伺服电机，选用脉冲编码器作为位置检测元件，达到数字伺服驱动系统的半闭环控制。图4是C5225立车数控系统的组成和连接图。图5是C5225立车数控系统伺服驱动连接图。
图4 C5225立车数控系统组成和连接图
图5 C5225立车数控系统伺服驱动连接图
6．结论
数控改造后C5225立式车床左刀架的重复定位精度，Z轴＜0.01mm，X轴＜0.01mm；定位精度Z轴＜0.02mm, X轴＜0.02mm；精车外圆精度，圆度0.005mm；圆柱度0.03mm；端面平行度＜0.02mm/300mm，机床的技术性能参数得到了提升。机床改造后，可加工内外球面和各种流线型回转面等，定位精度和加工精度要好于机床改造前，确保了设备高精度、高性能、高效率地满足各种加工的需要。
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Numerical control alteration on tool carriage of C5225 Vertical Lathe
ZHUANG Xiao-long
(Jinhun College of Professional and Technology，Zhejiang Jinhua 321017)
Abstract：According to the shortage of C5225 vertical lathe,numerical control alteration on feed system of C5225 Vertical Lathe was done in the base of keeping the mechanism structure and handling function.In the left tool carriage, the ball leadscrew、the servo motor and single gear reducer were displaced,and the coordinated movement about X and Z axis could be implemented by semi-closed loop control of SINUERRIK 802D numerical system. After the alteration, the machining bound of the tool could be enlarged, the productivity as well as the precision could be improved highly.
Key word：vertical lathe；numerical control transformation；tool carriage；ball screw
作者简介：庄晓龙，男，1972 年5月出生，浙江省金华市，金华职业技术学院，讲师，主要从事机械制造及自动化方向的研究工作。