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新聞動態

數控加工中心自動換刀工藝的研究
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一輕型龍門加工中心機床自動換刀過程要求
  1.輕型龍門加工中心機床概述
  輕型定梁龍門機床為工作臺移動、橫梁固定式龍門機床,可帶刀庫,也可不帶刀庫。機床由床身、立柱和固定橫梁構成高剛度封閉框架。工作臺在床身導軌上做縱向運動,該向為X坐標;溜板在橫梁導軌上做橫向運動,該向為Y坐標;滑枕鏜銑頭在溜板導軌上做垂向運動,該向為Z坐標。機床采用SIEMENS840DE控制系統,機床的X、Y、Z三軸都是CNC控制軸,主軸采用西門子公司交流主軸電動機驅動,X、Y、Z三向進給采用西門子公司伺服電動機驅動。可以實現三維直線插補、二維圓弧插補和任意三軸聯動。
  2.自動換刀控制要求
  2.1刀庫控制
  刀庫可以為盤式刀庫,刀庫容量為20位,主軸與刀庫換刀采用無機械手,就近找刀,原位直接換刀的方式;也可以用鏈式刀庫,刀庫容量為40把刀,采用機械手,任意找刀,任意換刀方式。刀庫盤由電動機通過齒輪降速驅動,有正、反轉和停止控制。為使刀庫盤快速停止,在電動機輸出軸上加有一失電摩擦制動器。當停止信號發出時,即令該制動器的電磁鐵失電,從而使刀庫停止轉動。刀庫盤轉動的分度和定位由馬氏機構、零位開關和計數開關實現。刀庫每轉到一個刀位,計數開關即動作一次。當刀庫轉到零位時,零位開關也動作。當刀庫轉到指定刀位時,計數開關或零位開關動作,這時立即使電動機停轉,制動器失電制動,從而刀庫盤停止并依靠馬氏機構精確定位在換刀位置。刀庫停止后,計數開關或零位開關斷開,這時應提示報警。
  2.2氣動控制
  刀庫防護門開關和主軸錐孔吹氣由氣動控制,氣源氣體經處理后供給汽缸。刀庫防護門開關由一氣缸來驅動,控制由二位四通雙電控換向閥來完成。該換向閥的特點是:換向閥的兩個位置,分別由兩個電磁鐵控制,而且換向閥時只需要給電磁鐵一個短暫的電信號(電信號待續時間為2s)即可完成換向。只有給另一個電磁鐵一個短暫電信號后,換向閥才會換到另一個位置。主軸錐孔吹氣用來清潔主軸錐孔,吹氣接通用一個二位三通電控截止閥來實現。當松刀開始時,給該電磁鐵通電,開始錐孔吹氣,直至松刀狀態結束時,電磁鐵失電,吹氣停止。
  2.3主軸拉刀控制
  主軸內部裝有刀具自動拉緊機構,該機構由碟簧拉緊、液壓松開刀具。刀具的拉緊和松開由一個兩位四通電磁閥控制。拉刀機構分為有刀、無刀、松刀,由三個無觸頭感應開關監測這三個狀態。
  刀具的拉緊及松開可以由指令控制,也可以由操作面板上的按鈕控制。刀具的松開和拉緊狀態應在面板上有所顯示。主軸的轉動和刀具的拉緊和松開動作為互鎖關系。
  3.馬氏機構
  刀庫動作過程本加工中心的刀庫由馬氏機構刀庫盤、零位開關、計數開關、刀庫門開關閥和行程開關、主軸吹氣閥等組成。馬氏機構刀庫自動換刀是主軸移動到刀庫,利用主軸的松拉刀動作直接在刀庫盤上抓刀、還刀。在接近刀庫盤和離開刀庫盤時都需要慢速移動,以免與刀庫盤或者刀具發生碰撞造成事故,在其他位置就需要用快速移動來節約時間。刀庫的運動包括三個過程即主軸抓刀,主軸還刀和主軸換刀。主軸將運動到的幾個點,S1~S14表示滑枕和溜板運動的過程。主軸抓刀、主軸還刀和主軸換刀三個過程都可以用圖解分析出來。
  3.1主軸抓刀過程
  主軸抓刀是要求現在無刀的主軸去抓刀庫盤上的刀。動作是Y軸橫向移動到達刀庫頂端,Z軸向下移動到達刀具刀位并抓刀后,Y軸橫向移動離開刀庫(括弧號里內容是對Y和Z軸動作的描述):S1(Z軸到P0,快速)→S2(Y軸到P1,快速)→主軸定向,第一軟限位生效,刀庫門開→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,刀庫門關。
  3.2主軸還刀過程
  主軸還刀是把主軸上的刀還回刀庫盤上原刀位。動作是Y軸橫向移動到達刀具刀位并松刀后,Z向上離開刀具到刀庫頂端,Y軸橫向離開刀庫:S1(Z軸到P0,快速)→S2(Y軸到P1,快速)→主軸定向,第一軟限位生效→S3(Z軸到P6,快速)→刀庫門開→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,刀庫門關。
  3.3主軸換刀過程
  主軸換刀是要求把主軸上的刀還回刀庫盤上原刀位,并且再抓另外一把刀庫盤上的刀。動作是Y軸橫向移動到達刀具刀位并松刀后,Z向上離開刀具到刀庫頂端,刀庫盤轉動找刀,Z軸向下移動到達刀具刀位并抓刀后,Y軸橫向移動離開刀庫:S1(Z軸到P0,快速)→S2(Y軸到P1,快速)→主軸定向,第一軟限位生效→S3(Z軸到P6,快速)→刀庫門開→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)→刀庫盤旋轉,刀庫找刀→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,刀庫門關。
  二馬氏機構刀庫自動控制程序說明
  根據自動換刀控制要求和動作過程編制PLC進行調試,使ATC正常工作。
  1.加工中心I/O點安排
  1.1輸入點安排I33.2:主軸緊刀到位開關(上位),I33.3:主軸緊刀到位開關(中位),I33.4:主軸松刀到位開關(下位),I36.3:主軸松刀按鈕開關按下,I36.4:主軸緊刀按鈕開關按下,I62.0:刀庫ATC生效,I62.1:刀庫ATC失效,I62.2:刀庫點動,I62.3:刀庫回零,I62.4:刀庫盤正轉,I62.5:刀庫盤反轉,I62.7:刀庫計數,I63.0:刀庫零位,I63.1:刀庫門開,I63.2:刀庫門關,I63.3:刀庫電動機監控,I63.4:刀庫鎖。
  1.2輸出點安排Q49.0:主軸松刀閥,Q49.3:主軸松刀,Q56.0:刀庫ATC生效燈,Q56.1:刀庫點動,Q56.2:刀庫電動機正轉,Q56.3:刀庫電動機反轉,Q56.4:刀庫制動器,Q56.5:刀庫門開閥,Q56.6:刀庫門閉閥,Q56.7:主軸吹氣閥。
  2.程序功能塊安排說明
  FC51:主軸松拉刀,FC66:馬氏機構刀庫T碼處理,FC67:馬氏機構刀庫M碼處理,FC68:馬氏機構刀庫綜合處理。
  3.PLC程序調試說明
  刀庫調試時需要對各個電氣元器件進行單步調試,保證每一件電氣元器件都能正常工作;然后根據刀庫的抓刀,換刀,還刀等動作進行全部動作的手動強制執行,檢驗程序的執行情況;最后才能使用T和M指令在自動方式下進行程序的連續自動執行,使刀庫能正常運行。
  三結束語
  我們的ATC通過在企業的多個產品上實際運行測試,運行情況良好,達到了控制要求。由于ATC原理及經驗大同小異,對不同類型數控系統機床也有一定的參考作用。

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