數(shù)控車(chē)床四工位刀架的工作調(diào)試與典型故障維修

董海云

北京金隅科技學(xué)校，北京 102403

數(shù)控車(chē)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動(dòng)、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是提高制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的重要手段，數(shù)控車(chē)床帶有自動(dòng)換刀裝置，自動(dòng)換刀裝置的功能就是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動(dòng)交換。數(shù)控車(chē)床上使用的回轉(zhuǎn)刀架換刀是一種常見(jiàn)的自動(dòng)換刀裝置。

1 車(chē)床四工位電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理

數(shù)控車(chē)床上使用的回轉(zhuǎn)刀架一般是立式的，具有四工位（裝有四把刀具）或六工位，由數(shù)控機(jī)床發(fā)出的脈沖指令進(jìn)行回轉(zhuǎn)和換刀。對(duì)于使用回轉(zhuǎn)刀架的數(shù)控機(jī)床，在加工過(guò)程中，回轉(zhuǎn)刀架不但可以存儲(chǔ)刀具，而且在切削時(shí)要連同刀具一起承受切削力，在加工過(guò)程中要完成刀具交換轉(zhuǎn)位、定位夾緊等動(dòng)作。

圖1 四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

四工位電動(dòng)刀架一般由電動(dòng)機(jī)、機(jī)械換刀機(jī)構(gòu)、發(fā)訊盤(pán)等組成如圖1所示，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架換刀具體的換刀動(dòng)作如下：數(shù)控系統(tǒng)輸出換刀信號(hào)——PLC控制信號(hào)輸出（控制電路中繼電器-接觸器動(dòng)作）——刀架電機(jī)正向?qū)さ堕_(kāi)始——刀架抬起（螺桿將銷(xiāo)盤(pán)上升到一定高度）——刀架正轉(zhuǎn)（離合銷(xiāo)進(jìn)入離合盤(pán)槽，離合盤(pán)槽帶動(dòng)銷(xiāo)盤(pán)，銷(xiāo)盤(pán)帶動(dòng)上刀體轉(zhuǎn)位）——檢測(cè)元件檢測(cè)到刀位信號(hào)——刀架電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)并鎖緊——刀架電機(jī)斷電——加工順序進(jìn)行。

2 四工位電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的電路調(diào)試

目前數(shù)控車(chē)床刀架基本為電動(dòng)刀架，電動(dòng)刀架具有很多種類(lèi)。以用霍爾元件檢測(cè)到位的刀架最為常見(jiàn)。圖2為刀架的電路控制系統(tǒng)硬件接線(xiàn)圖，刀架采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀架檢測(cè)采用霍爾元件。電氣控制為控制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動(dòng)交流接觸器接通三相交流電源，使刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

圖2 刀架的電路控制系統(tǒng)硬件接線(xiàn)圖

刀架在電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)換刀，反轉(zhuǎn)鎖緊。刀架反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)刀架電機(jī)實(shí)際上是一種堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則可能導(dǎo)致刀架電機(jī)的損壞。刀架上每一個(gè)刀位都配備一個(gè)霍爾元件?；魻栐某B(tài)是截止，當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)到工作位置時(shí)，利用磁體和霍爾元件導(dǎo)通，將刀架位置狀態(tài)發(fā)送到PLC數(shù)字輸入，通過(guò)PLC的數(shù)字輸出，控制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動(dòng)交流接觸器接通三相交流電源，使刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

3 四工位刀架的PLC控制

由數(shù)控裝置和可編程控制器協(xié)調(diào)配和完成對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制，數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的PLC有兩類(lèi)：“內(nèi)裝型”（Bulid-in Type）PLC和“獨(dú)立型”（Stand-alone Type）PLC，現(xiàn)在使用的PLC以?xún)?nèi)裝式居多?？删幊炭刂破髦饕?fù)責(zé)完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作。

刀架的順序控制是由PLC通過(guò)對(duì)刀架的全部I/O信號(hào)(xs10、11和xs20、21)的掃描，進(jìn)行邏輯處理及計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了保證手動(dòng)換刀和通過(guò)T指令進(jìn)行自動(dòng)換刀這兩種換刀方式的正確性，在系統(tǒng)中設(shè)置一些相應(yīng)的PMC參數(shù)來(lái)進(jìn)行保證，手動(dòng)換刀是用按鈕啟動(dòng)的，自動(dòng)換刀是用T指令觸發(fā)的，換刀動(dòng)作、延時(shí)控制時(shí)間及相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置如下：

1）刀架電機(jī)接收到PLC相應(yīng)信號(hào)后正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)有一個(gè)最大時(shí)間（一般為8s），在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)有一個(gè)參數(shù)保證，用P2--換刀超時(shí)時(shí)間來(lái)保證；2）霍爾元件檢測(cè)到所選刀位的有效信號(hào)后，停止刀架電動(dòng)機(jī)，并延時(shí)（100ms），此時(shí)間控制用P4—正轉(zhuǎn)延時(shí)時(shí)間來(lái)控制；3）延時(shí)結(jié)束后刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)鎖死刀架，并延時(shí)（600ms）, 此時(shí)間控制用P3—刀具鎖緊時(shí)間來(lái)控制；4）延時(shí)結(jié)束后停止刀架電動(dòng)機(jī)，換刀完成。

在設(shè)計(jì)PLC時(shí)，還要考慮機(jī)床整體安全互鎖方面的因素，主要有以下幾點(diǎn)：

1）刀架電機(jī)在正轉(zhuǎn)時(shí)不能反轉(zhuǎn)，此在軟件也設(shè)計(jì)就會(huì)與硬件互鎖相呼應(yīng)，起到雙重互鎖的作用；

2）數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)急停、限位、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)報(bào)警或主軸報(bào)警時(shí)都要禁止刀具的換刀動(dòng)作；

3）刀架電動(dòng)機(jī)長(zhǎng) 時(shí)間旋轉(zhuǎn)（如8s），而 檢測(cè)不到刀位信號(hào)，則應(yīng)給停止刀架電機(jī)，防止刀架電機(jī)被損壞并應(yīng)報(bào)警提示；

圖3 刀架換刀控制流程圖

4）刀架電機(jī)過(guò)熱報(bào)警時(shí)，停止換刀過(guò)程，并禁止自動(dòng)加工。

按照以上的換刀的動(dòng)作和互鎖要求，根據(jù)圖2的硬件接線(xiàn)圖中的接線(xiàn)設(shè)計(jì)和圖3的換刀流程圖，進(jìn)行四工位刀架的PLC控制。PLC程序按定時(shí)循環(huán)掃描的方式執(zhí)行，與換刀相關(guān)的程序掃描周期為16ms，用plc1_time表示。程序中利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)定時(shí)（延時(shí)）功能。

需要說(shuō)明的是，在系統(tǒng)的PMC參數(shù)中，可以通過(guò)修改參數(shù)值的方法來(lái)改變各個(gè)時(shí)間的設(shè)定的值，在調(diào)試時(shí)可以進(jìn)行方便的設(shè)置和修改。

4 四工位刀架常見(jiàn)故障及排除方法

現(xiàn)以數(shù)控車(chē)床上常見(jiàn)的四工位刀架為例對(duì)數(shù)控機(jī)床刀架典型的各種故障現(xiàn)象加以分析，確定其排除方法，其它類(lèi)型的刀架，雖結(jié)構(gòu)、尺寸、元器件型號(hào)等各有差異，但故障原因大多雷同，也可參照此法排除。

數(shù)控車(chē)床的刀架是一個(gè)典型的機(jī)電一體化的自動(dòng)化機(jī)械，對(duì)于刀架的故障檢測(cè)和分析，要有綜合整體的概念，既要耐心細(xì)致的分析電氣故障又要分析機(jī)械故障，必要時(shí)，要綜合的進(jìn)行逐個(gè)排除，并要認(rèn)真地進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和概括，為以后的故障的診斷和排除積累經(jīng)驗(yàn)。

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