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數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制系統(tǒng)簡介論文
摘 要:
由于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是我國當(dāng)前數(shù)控車床的主流產(chǎn)品,所以對(duì)其自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的研究是很有必要的。安裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架可以減少加工誤差,縮短輔助時(shí)間還可以一次完成多工序的加工。本文簡單的介紹了一種自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì),希望對(duì)相關(guān)人員有所幫助。
關(guān)鍵詞:
數(shù)控車床 回轉(zhuǎn)刀架 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) PLC
中圖分類號(hào):
TG519.1
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:
A
文章編號(hào):
1007-9416(2011)03-0012-01
數(shù)控機(jī)床是一種機(jī)電一體化產(chǎn)品,其綜合了自動(dòng)控制、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測及精密機(jī)械等方面的技術(shù)。該系統(tǒng)通過處理相應(yīng)的指令程序,可以自東完成信息的輸入、譯碼和運(yùn)算,從而完成控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)和加工的過程。數(shù)控機(jī)床與普通車床相比,具有加工精度高,質(zhì)量穩(wěn)定、適應(yīng)性、效率高、操作勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是我國當(dāng)前數(shù)控車床的主流產(chǎn)品,主要是因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉,設(shè)備費(fèi)用投入較少。我國已有十余家企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到年產(chǎn)千臺(tái)以上。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床比較適合目前國內(nèi)市場的需要,所謂的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就是在普通的機(jī)床上面加裝數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床主要依靠控制系統(tǒng)精度和機(jī)床本身的機(jī)械傳動(dòng)精度這兩方面來保證和提高被加工零件的精度。由于數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,所以,數(shù)控車床與普通臥室車床相比,應(yīng)具有更好的精度,以確保機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床為了能在工件的一次裝夾中完成多工序加工,減少多次安裝所引起的加工誤差,縮短輔助時(shí)間,必須帶有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架一般四工位六工位和八工位這幾種形式。根據(jù)機(jī)械定位方式的不同,自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架可分為三齒盤定位型和端齒盤定位型等。
根據(jù)安裝方式的不同,自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架可分為臥式和立式兩種。
其中端齒盤定位型雖然結(jié)構(gòu)較簡單,但是換刀時(shí)刀架需抬起,換刀速度較慢且密封性較差。三齒盤定位型又叫免抬型相對(duì)而言結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但其換刀時(shí)刀架不抬起,因此換刀時(shí)速度快且密封性好。
自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架為了更好的承受加工時(shí)的切削抗力,在結(jié)構(gòu)上必須要求有良好的剛性和強(qiáng)度。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架還要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)以保證轉(zhuǎn)位具有高的重復(fù)定位精度。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的自動(dòng)換刀由控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)的。
1、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架工作過程
電動(dòng)刀架由機(jī)械換刀機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)訊盤等組成。系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)時(shí),刀架電機(jī)正轉(zhuǎn),通過升降機(jī)構(gòu)和減速機(jī)構(gòu)將刀體上升至一定位置,離合盤帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到所選擇刀位,這時(shí)發(fā)訊盤發(fā)出到位到位的信號(hào),此時(shí)刀架電機(jī)反轉(zhuǎn),完成初定為以后上刀體下降,齒牙盤嚙合,完成精確定位,并通過升降機(jī)構(gòu)鎖緊刀架。
2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
此次控制設(shè)計(jì)的是采用PLC來實(shí)現(xiàn)的刀架換刀過程。PLC對(duì)控制刀架的I/O進(jìn)行邏輯處理和運(yùn)算,以實(shí)現(xiàn)刀架的順序控制。系統(tǒng)還要設(shè)計(jì)一些相應(yīng)的參數(shù)對(duì)換刀過程進(jìn)行調(diào)整來保證換刀能正確進(jìn)行。此次設(shè)計(jì)采用的是西門子S7-200編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。
2.1 控制電路硬件
刀架電氣控制部分的主電路主要是通過控制刀架電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來控制刀架的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。刀架控制的PLC輸入輸出控制回路中每把道具都有一個(gè)固定的刀號(hào),通過PNP型霍爾開關(guān)并接一電阻進(jìn)行到位檢測。
2.2 PLC控制流程
數(shù)控刀架換刀有手動(dòng)換刀和通過T指令進(jìn)行自動(dòng)換刀兩種模式。手動(dòng)換刀是指將機(jī)床調(diào)到手動(dòng)狀態(tài),通過刀位選擇按鍵進(jìn)行目的刀位選擇,有的系統(tǒng)是利用記數(shù)的形式來實(shí)現(xiàn),例如通過檢測刀位選擇信號(hào)的狀態(tài),如果按下刀位選擇按鍵,計(jì)數(shù)器的數(shù)值發(fā)生改變,系統(tǒng)選擇也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變;有的系統(tǒng)是利用波段開關(guān)的形式進(jìn)行實(shí)現(xiàn),比如說也可以采用單鍵換刀,一個(gè)短促的按鍵可以換下一個(gè)刀位。T指令換刀是直接通過編程刀號(hào)作為目的刀位進(jìn)行換刀。刀架電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為選刀過程,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為鎖緊過程,選刀監(jiān)控時(shí)間和鎖緊監(jiān)控時(shí)間由PLC定時(shí)器決定。
2.3 PLC控制程序
PLC程序部分包括換刀號(hào)或編程刀號(hào)的讀入、刀位判斷比較、正轉(zhuǎn)尋刀監(jiān)控及反轉(zhuǎn)鎖緊延時(shí)監(jiān)控等。由于篇幅的限制,在此只介紹自動(dòng)換刀過程。
自動(dòng)換刀的PLC控制系統(tǒng),采用字節(jié)傳送指令將當(dāng)前刀位開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成當(dāng)前刀號(hào)存放到繼電器中,在T選通信號(hào)的作用下將當(dāng)前刀號(hào)和指令刀號(hào)進(jìn)行比較,如果不相等則置位,刀架電機(jī)開始正向旋轉(zhuǎn);刀架在正向旋轉(zhuǎn)的過程中不停的對(duì)刀位輸入信號(hào)進(jìn)行檢測,刀架中的每把刀具各有一個(gè)霍爾位置檢測開關(guān),各個(gè)刀具按順序依次經(jīng)過發(fā)磁體位置產(chǎn)生相應(yīng)的刀位信號(hào)。
當(dāng)產(chǎn)生的刀位信號(hào)和指令刀號(hào)相一致的時(shí)候,PLC認(rèn)為所選刀具已經(jīng)到位。刀具到位以后,刀架仍繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間,這一時(shí)間由時(shí)間繼電器來設(shè)定,不能太長,過長會(huì)造成手動(dòng)或自動(dòng)換刀時(shí)目的刀位不正確,過短會(huì)造成有些刀架換不到位,特別是手動(dòng)換刀時(shí)會(huì)因?yàn)檎也坏较乱粋�(gè)刀位而在原位轉(zhuǎn)換,這個(gè)時(shí)間的設(shè)定在調(diào)試時(shí)要根據(jù)情況具體調(diào)定。
自動(dòng)換刀時(shí)延時(shí)一定時(shí)間以后,電機(jī)停止正向旋轉(zhuǎn),刀架開始反轉(zhuǎn),其實(shí)就是刀架鎖緊的過程,這個(gè)過程會(huì)延續(xù)一段時(shí)間,直到刀架鎖緊到位停止,但反轉(zhuǎn)時(shí)間也不宜過長或過短。過長有可能燒壞電機(jī)或造成電機(jī)過熱空開跳閘,時(shí)間過短有可能造成刀架不能夠鎖緊。刀架鎖緊以后,整個(gè)換刀過程結(jié)束。
當(dāng)然,在設(shè)計(jì)中還要考慮一些保護(hù)和安全因素,如刀架電動(dòng)機(jī)長時(shí)間旋轉(zhuǎn),而檢測不到刀位信號(hào),則認(rèn)為刀架出現(xiàn)故障,立即停止刀架電動(dòng)機(jī),以防止將其損壞并報(bào)警提示;刀架電動(dòng)機(jī)過熱報(bào)警時(shí),停止換刀過程,并禁止自動(dòng)加工等。
3、結(jié)論
回轉(zhuǎn)刀架在數(shù)控車床中占有重要地位�；剞D(zhuǎn)刀架如果轉(zhuǎn)位不到位或又很大誤差,會(huì)使加工的工件報(bào)廢。因此在設(shè)計(jì)時(shí)除了結(jié)構(gòu)的合理之外,還綜合考慮了精度等。刀架的回轉(zhuǎn)精度用步進(jìn)電機(jī)控制,因此選用的步進(jìn)電機(jī)的步距角是受刀架精度影響的。
參考文獻(xiàn)
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