數控車床自動回轉刀架控制系統簡介論文

　　摘 要:

　　由于經濟型數控車床是我國當前數控車床的主流產品,所以對其自動回轉刀架的研究是很有必要的。安裝自動回轉刀架可以減少加工誤差,縮短輔助時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回轉刀架的設計,希望對相關人員有所幫助。

　　關鍵詞:

　　數控車床 回轉刀架 正轉 反轉 PLC

　　中圖分類號:

　　TG519.1

　　文獻標識碼:

　　A

　　文章編號:

　　1007-9416(2011)03-0012-01

　　數控機床是一種機電一體化產品,其綜合了自動控制、電子計算機、自動檢測及精密機械等方面的技術。該系統通過處理相應的指令程序,可以自東完成信息的輸入、譯碼和運算,從而完成控制機床運動和加工的過程。數控機床與普通車床相比,具有加工精度高,質量穩定、適應性、效率高、操作勞動強度低等優點。

　　經濟型數控車床是我國當前數控車床的主流產品,主要是因為其價格低廉,設備費用投入較少。我國已有十余家企業生產規模達到年產千臺以上。

　　經濟型數控車床比較適合目前國內市場的需要,所謂的經濟型數控機床就是在普通的機床上面加裝數控系統的自動化機床。經濟型數控機床主要依靠控制系統精度和機床本身的機械傳動精度這兩方面來保證和提高被加工零件的精度。由于數控車床的進給傳動系統必須對進給位移的位置和速度同時實現自動控制,所以,數控車床與普通臥室車床相比,應具有更好的精度,以確保機械傳動系統的傳動精度和工作穩定性。

　　經濟型數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,縮短輔助時間,必須帶有自動回轉刀架。自動回轉刀架一般四工位六工位和八工位這幾種形式。根據機械定位方式的不同,自動回轉刀架可分為三齒盤定位型和端齒盤定位型等。

　　根據安裝方式的不同,自動回轉刀架可分為臥式和立式兩種。

　　其中端齒盤定位型雖然結構較簡單,但是換刀時刀架需抬起,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而言結構較復雜,但其換刀時刀架不抬起,因此換刀時速度快且密封性好。

　　自動回轉刀架為了更好的承受加工時的切削抗力,在結構上必須要求有良好的剛性和強度。自動回轉刀架還要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構以保證轉位具有高的重復定位精度。自動回轉刀架的自動換刀由控制系統和驅動電路來實現的。

　　1、自動回轉刀架工作過程

　　電動刀架由機械換刀機構、電動機、發訊盤等組成。系統發出換刀信號時,刀架電機正轉,通過升降機構和減速機構將刀體上升至一定位置,離合盤帶動上刀體旋轉到所選擇刀位,這時發訊盤發出到位到位的信號,此時刀架電機反轉,完成初定為以后上刀體下降,齒牙盤嚙合,完成精確定位,并通過升降機構鎖緊刀架。

　　2、控制系統設計

　　此次控制設計的是采用PLC來實現的刀架換刀過程。PLC對控制刀架的I/O進行邏輯處理和運算,以實現刀架的順序控制。系統還要設計一些相應的參數對換刀過程進行調整來保證換刀能正確進行。此次設計采用的是西門子S7-200編程軟件進行程序設計。

　　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的正轉和反轉來控制刀架的正轉和反轉。刀架控制的PLC輸入輸出控制回路中每把道具都有一個固定的刀號,通過PNP型霍爾開關并接一電阻進行到位檢測。

　　2.2 PLC控制流程

　　數控刀架換刀有手動換刀和通過T指令進行自動換刀兩種模式。手動換刀是指將機床調到手動狀態,通過刀位選擇按鍵進行目的刀位選擇,有的系統是利用記數的形式來實現,例如通過檢測刀位選擇信號的狀態,如果按下刀位選擇按鍵,計數器的數值發生改變,系統選擇也會發生相應的改變;有的系統是利用波段開關的形式進行實現,比如說也可以采用單鍵換刀,一個短促的按鍵可以換下一個刀位。T指令換刀是直接通過編程刀號作為目的刀位進行換刀。刀架電機順時針旋轉時為選刀過程,逆時針旋轉時為鎖緊過程,選刀監控時間和鎖緊監控時間由PLC定時器決定。

　　2.3 PLC控制程序

　　PLC程序部分包括換刀號或編程刀號的讀入、刀位判斷比較、正轉尋刀監控及反轉鎖緊延時監控等。由于篇幅的限制,在此只介紹自動換刀過程。

　　自動換刀的PLC控制系統,采用字節傳送指令將當前刀位開關信號轉換成當前刀號存放到繼電器中,在T選通信號的作用下將當前刀號和指令刀號進行比較,如果不相等則置位,刀架電機開始正向旋轉;刀架在正向旋轉的過程中不停的對刀位輸入信號進行檢測,刀架中的每把刀具各有一個霍爾位置檢測開關,各個刀具按順序依次經過發磁體位置產生相應的刀位信號。

　　當產生的刀位信號和指令刀號相一致的時候,PLC認為所選刀具已經到位。刀具到位以后,刀架仍繼續正向旋轉一段時間,這一時間由時間繼電器來設定,不能太長,過長會造成手動或自動換刀時目的刀位不正確,過短會造成有些刀架換不到位,特別是手動換刀時會因為找不到下一個刀位而在原位轉換,這個時間的設定在調試時要根據情況具體調定。

　　自動換刀時延時一定時間以后,電機停止正向旋轉,刀架開始反轉,其實就是刀架鎖緊的過程,這個過程會延續一段時間,直到刀架鎖緊到位停止,但反轉時間也不宜過長或過短。過長有可能燒壞電機或造成電機過熱空開跳閘,時間過短有可能造成刀架不能夠鎖緊。刀架鎖緊以后,整個換刀過程結束。

　　當然,在設計中還要考慮一些保護和安全因素,如刀架電動機長時間旋轉,而檢測不到刀位信號,則認為刀架出現故障,立即停止刀架電動機,以防止將其損壞并報警提示;刀架電動機過熱報警時,停止換刀過程,并禁止自動加工等。

　　3、結論

　　回轉刀架在數控車床中占有重要地位。回轉刀架如果轉位不到位或又很大誤差,會使加工的工件報廢。因此在設計時除了結構的合理之外,還綜合考慮了精度等。刀架的回轉精度用步進電機控制,因此選用的步進電機的步距角是受刀架精度影響的。

　　參考文獻

　　[1] 周萬珍,高鴻斌.《PLC分析與設計應用》.電子工業出版社,2004.

　　[2] 余雷聲.《電氣控制與PLC應用》.北京機械工業出版社,2002.

　　[2] 余雷聲.《PLC在數控機床控制系統的應用與開發》.制造業自動化,2009.

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