一輕型龍門(mén)加工中心機(jī)床自動(dòng)換刀過(guò)程要求
1.輕型龍門(mén)加工中心機(jī)床概述
輕型定梁龍門(mén)機(jī)床為工作臺(tái)移動(dòng)、橫梁固定式龍門(mén)機(jī)床，可帶刀庫(kù)，也可不帶刀庫(kù)。機(jī)床由床身、立柱和固定橫梁構(gòu)成高剛度封閉框架。工作臺(tái)在床身導(dǎo)軌上做縱向運(yùn)動(dòng)，該向?yàn)閄坐標(biāo);溜板在橫梁導(dǎo)軌上做橫向運(yùn)動(dòng)，該向?yàn)閅坐標(biāo);滑枕鏜銑頭在溜板導(dǎo)軌上做垂向運(yùn)動(dòng)，該向?yàn)閆坐標(biāo)。機(jī)床采用SIEMENS840DE控制系統(tǒng)，機(jī)床的X、Y、Z三軸都是CNC控制軸，主軸采用西門(mén)子公司交流主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，X、Y、Z三向進(jìn)給采用西門(mén)子公司伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。可以實(shí)現(xiàn)三維直線插補(bǔ)、二維圓弧插補(bǔ)和任意三軸聯(lián)動(dòng)。
2.自動(dòng)換刀控制要求
2.1刀庫(kù)控制
刀庫(kù)可以為盤(pán)式刀庫(kù)，刀庫(kù)容量為20位，主軸與刀庫(kù)換刀采用無(wú)機(jī)械手，就近找刀，原位直接換刀的方式;也可以用鏈?zhǔn)降稁?kù)，刀庫(kù)容量為40把刀，采用機(jī)械手，任意找刀，任意換刀方式。刀庫(kù)盤(pán)由電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪降速驅(qū)動(dòng)，有正、反轉(zhuǎn)和停止控制。為使刀庫(kù)盤(pán)快速停止，在電動(dòng)機(jī)輸出軸上加有一失電摩擦制動(dòng)器。當(dāng)停止信號(hào)發(fā)出時(shí)，即令該制動(dòng)器的電磁鐵失電，從而使刀庫(kù)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。刀庫(kù)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的分度和定位由馬氏機(jī)構(gòu)、零位開(kāi)關(guān)和計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。刀庫(kù)每轉(zhuǎn)到一個(gè)刀位，計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)即動(dòng)作一次。當(dāng)?shù)稁?kù)轉(zhuǎn)到零位時(shí)，零位開(kāi)關(guān)也動(dòng)作。當(dāng)?shù)稁?kù)轉(zhuǎn)到指定刀位時(shí)，計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)或零位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，這時(shí)立即使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，制動(dòng)器失電制動(dòng)，從而刀庫(kù)盤(pán)停止并依靠馬氏機(jī)構(gòu)定位在換刀位置。刀庫(kù)停止后，計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)或零位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，這時(shí)應(yīng)提示報(bào)警。
2.2氣動(dòng)控制
刀庫(kù)防護(hù)門(mén)開(kāi)關(guān)和主軸錐孔吹氣由氣動(dòng)控制，氣源氣體經(jīng)處理后供給汽缸。刀庫(kù)防護(hù)門(mén)開(kāi)關(guān)由一氣缸來(lái)驅(qū)動(dòng)，控制由二位四通雙電控?fù)Q向閥來(lái)完成。該換向閥的特點(diǎn)是：換向閥的兩個(gè)位置，分別由兩個(gè)電磁鐵控制，而且換向閥時(shí)只需要給電磁鐵一個(gè)短暫的電信號(hào)(電信號(hào)待續(xù)時(shí)間為2s)即可完成換向。只有給另一個(gè)電磁鐵一個(gè)短暫電信號(hào)后，換向閥才會(huì)換到另一個(gè)位置。主軸錐孔吹氣用來(lái)清潔主軸錐孔，吹氣接通用一個(gè)二位三通電控截止閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)松刀開(kāi)始時(shí)，給該電磁鐵通電，開(kāi)始錐孔吹氣，直至松刀狀態(tài)結(jié)束時(shí)，電磁鐵失電，吹氣停止。
2.3主軸拉刀控制
主軸內(nèi)部裝有刀具自動(dòng)拉緊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由碟簧拉緊、液壓松開(kāi)刀具。刀具的拉緊和松開(kāi)由一個(gè)兩位四通電磁閥控制。拉刀機(jī)構(gòu)分為有刀、無(wú)刀、松刀，由三個(gè)無(wú)觸頭感應(yīng)開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)這三個(gè)狀態(tài)。
刀具的拉緊及松開(kāi)可以由指令控制，也可以由操作面板上的按鈕控制。刀具的松開(kāi)和拉緊狀態(tài)應(yīng)在面板上有所顯示。主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和刀具的拉緊和松開(kāi)動(dòng)作為互鎖關(guān)系。
3.馬氏機(jī)構(gòu)
刀庫(kù)動(dòng)作過(guò)程本加工中心的刀庫(kù)由馬氏機(jī)構(gòu)刀庫(kù)盤(pán)、零位開(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)、刀庫(kù)門(mén)開(kāi)關(guān)閥和行程開(kāi)關(guān)、主軸吹氣閥等組成。馬氏機(jī)構(gòu)刀庫(kù)自動(dòng)換刀是主軸移動(dòng)到刀庫(kù)，利用主軸的松拉刀動(dòng)作直接在刀庫(kù)盤(pán)上抓刀、還刀。在接近刀庫(kù)盤(pán)和離開(kāi)刀庫(kù)盤(pán)時(shí)都需要慢速移動(dòng)，以免與刀庫(kù)盤(pán)或者刀具發(fā)生碰撞造成事故，在其他位置就需要用快速移動(dòng)來(lái)節(jié)約時(shí)間。刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)包括三個(gè)過(guò)程即主軸抓刀，主軸還刀和主軸換刀。主軸將運(yùn)動(dòng)到的幾個(gè)點(diǎn)，S1～S14表示滑枕和溜板運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。主軸抓刀、主軸還刀和主軸換刀三個(gè)過(guò)程都可以用圖解分析出來(lái)。
3.1主軸抓刀過(guò)程
主軸抓刀是要求現(xiàn)在無(wú)刀的主軸去抓刀庫(kù)盤(pán)上的刀。動(dòng)作是Y軸橫向移動(dòng)到達(dá)刀庫(kù)頂端，Z軸向下移動(dòng)到達(dá)刀具刀位并抓刀后，Y軸橫向移動(dòng)離開(kāi)刀庫(kù)(括弧號(hào)里內(nèi)容是對(duì)Y和Z軸動(dòng)作的描述)：S1(Z軸到P0，快速)→S2(Y軸到P1，快速)→主軸定向，軟限位生效，刀庫(kù)門(mén)開(kāi)→S8(Y軸到P2，快速)→主軸松刀→S7(Z軸到P3，快速)→S6(Z軸到P4，慢速)→主軸緊刀→S12(Y軸到P5，慢速)→S13(Y軸到P6，快速)→S14(Z軸到P1，快速)→第二軟限位生效，主軸定向取消，刀庫(kù)門(mén)關(guān)。
3.2主軸還刀過(guò)程
主軸還刀是把主軸上的刀還回刀庫(kù)盤(pán)上原刀位。動(dòng)作是Y軸橫向移動(dòng)到達(dá)刀具刀位并松刀后，Z向上離開(kāi)刀具到刀庫(kù)頂端，Y軸橫向離開(kāi)刀庫(kù)：S1(Z軸到P0，快速)→S2(Y軸到P1，快速)→主軸定向，軟限位生效→S3(Z軸到P6，快速)→刀庫(kù)門(mén)開(kāi)→S4(Y軸到P5，快速)→S5(Y軸到P4，慢速)→主軸松刀→S11(Z軸到P3，慢速)→S10(Z軸到P2，快速)→S9(Y軸到P1，快速)→第二軟限位生效，主軸定向取消，主軸緊刀，刀庫(kù)門(mén)關(guān)。
3.3主軸換刀過(guò)程
主軸換刀是要求把主軸上的刀還回刀庫(kù)盤(pán)上原刀位，并且再抓另外一把刀庫(kù)盤(pán)上的刀。動(dòng)作是Y軸橫向移動(dòng)到達(dá)刀具刀位并松刀后，Z向上離開(kāi)刀具到刀庫(kù)頂端，刀庫(kù)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)找刀，Z軸向下移動(dòng)到達(dá)刀具刀位并抓刀后，Y軸橫向移動(dòng)離開(kāi)刀庫(kù)：S1(Z軸到P0，快速)→S2(Y軸到P1，快速)→主軸定向，軟限位生效→S3(Z軸到P6，快速)→刀庫(kù)門(mén)開(kāi)→S4(Y軸到P5，快速)→S5(Y軸到P4，慢速)→主軸松刀→S11(Z軸到P3，慢速)→S10(Z軸到P2，快速)→刀庫(kù)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，刀庫(kù)找刀→S7(Z軸到P3，快速)→S6(Z軸到P4，慢速)→主軸緊刀→S12(Y軸到P5，慢速)→S13(Y軸到P6，快速)→S14(Z軸到P1，快速)→第二軟限位生效，主軸定向取消，刀庫(kù)門(mén)關(guān)。
二馬氏機(jī)構(gòu)刀庫(kù)自動(dòng)控制程序說(shuō)明
根據(jù)自動(dòng)換刀控制要求和動(dòng)作過(guò)程編制PLC進(jìn)行調(diào)試，使ATC正常工作。
1.加工中心I/O點(diǎn)安排
1.1輸入點(diǎn)安排I33.2：主軸緊刀到位開(kāi)關(guān)(上位)，I33.3：主軸緊刀到位開(kāi)關(guān)(中位)，I33.4：主軸松刀到位開(kāi)關(guān)(下位)，I36.3：主軸松刀按鈕開(kāi)關(guān)按下，I36.4：主軸緊刀按鈕開(kāi)關(guān)按下，I62.0：刀庫(kù)ATC生效，I62.1：刀庫(kù)ATC失效，I62.2：刀庫(kù)點(diǎn)動(dòng)，I62.3：刀庫(kù)回零，I62.4：刀庫(kù)盤(pán)正轉(zhuǎn)，I62.5：刀庫(kù)盤(pán)反轉(zhuǎn)，I62.7：刀庫(kù)計(jì)數(shù)，I63.0：刀庫(kù)零位，I63.1：刀庫(kù)門(mén)開(kāi)，I63.2：刀庫(kù)門(mén)關(guān)，I63.3：刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控，I63.4：刀庫(kù)鎖。
1.2輸出點(diǎn)安排Q49.0：主軸松刀閥，Q49.3：主軸松刀，Q56.0：刀庫(kù)ATC生效燈，Q56.1：刀庫(kù)點(diǎn)動(dòng)，Q56.2：刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，Q56.3：刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，Q56.4：刀庫(kù)制動(dòng)器，Q56.5：刀庫(kù)門(mén)開(kāi)閥，Q56.6：刀庫(kù)門(mén)閉閥，Q56.7：主軸吹氣閥。
2.程序功能塊安排說(shuō)明
FC51：主軸松拉刀，F(xiàn)C66：馬氏機(jī)構(gòu)刀庫(kù)T碼處理，F(xiàn)C67：馬氏機(jī)構(gòu)刀庫(kù)M碼處理，F(xiàn)C68：馬氏機(jī)構(gòu)刀庫(kù)綜合處理。
3.PLC程序調(diào)試說(shuō)明
刀庫(kù)調(diào)試時(shí)需要對(duì)各個(gè)電氣元器件進(jìn)行單步調(diào)試，每一件電氣元器件都能正常工作;然后根據(jù)刀庫(kù)的抓刀，換刀，還刀等動(dòng)作進(jìn)行全部動(dòng)作的手動(dòng)強(qiáng)制執(zhí)行，檢驗(yàn)程序的執(zhí)行情況;才能使用T和M指令在自動(dòng)方式下進(jìn)行程序的連續(xù)自動(dòng)執(zhí)行，使刀庫(kù)能正常運(yùn)行。
三結(jié)束語(yǔ)
我們的ATC通過(guò)在企業(yè)的多個(gè)產(chǎn)品上實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，運(yùn)行情況良好，達(dá)到了控制要求。由于ATC原理及經(jīng)驗(yàn)大同小異，對(duì)不同類(lèi)型數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床也有一定的參考作用。
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