新型液壓刀塔控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬潮，張文潔，夏 宏

(1.遼寧科技大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 鞍山 114051; 2.大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司數(shù)控所，遼寧 大連 116620)

新型液壓刀塔控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬潮1，張文潔1，夏 宏2

(1.遼寧科技大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 鞍山 114051; 2.大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司數(shù)控所，遼寧 大連 116620)

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)中低檔電動(dòng)刀架的不足，介紹了以FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)PMC為控制核心、DTY63型液壓刀塔為控制對(duì)象的控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、靈活性強(qiáng)、能很好的適應(yīng)國(guó)內(nèi)中端市場(chǎng)需求。

數(shù)控；PMC；液壓刀塔；控制系統(tǒng)

0 引言

數(shù)控刀架作為機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，在很大程度上影響著機(jī)床的加工效率、加工精度與可靠性。目前國(guó)內(nèi)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床所配備的依舊是中低檔電動(dòng)刀架，這種刀架雖然具有結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，但是沖擊大，只能單向旋轉(zhuǎn)，換刀時(shí)間長(zhǎng)，而且基本采用PLC提供其控制信號(hào)，通過(guò)專門的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)換刀控制，電路復(fù)雜，成本也較高。本文介紹了以FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)PMC為控制核心，以DTY63型液壓刀塔為控制對(duì)象的自動(dòng)換刀裝置控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。PMC是一種內(nèi)裝型PLC，專門用于數(shù)控機(jī)床邏輯控制，采用該方案電路相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性也高。

1 DTY63型液壓刀塔簡(jiǎn)介

DTY63型液壓刀塔是大連高金數(shù)控集團(tuán)有限公司旗下的產(chǎn)品，有8個(gè)刀位，可雙向回轉(zhuǎn)，刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)依靠凸輪輪廓強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)。通過(guò)凸輪曲線的擬合，可以設(shè)置刀盤旋轉(zhuǎn)始停階段的加速度，減少了換位沖擊。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，制造成本也低。這款刀架以液壓馬達(dá)作為分度動(dòng)力源，通過(guò)1∶4共軛凸輪和1∶2齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀盤的1/8分度。刀盤的每一次初分位置靠信號(hào)盤和接近開(kāi)關(guān)發(fā)訊，精定位依靠齒盤保證，齒盤的脫開(kāi)與嚙合靠液壓系統(tǒng)控制活塞實(shí)現(xiàn)。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—刀盤；2—曲齒離合器；3—主軸；4—離合器連接板；5—凸輪；6—驅(qū)動(dòng)軸；7—電磁換向閥；8—油路塊；9—液壓馬達(dá)；10—連動(dòng)輪；11—齒輪軸；12—滾子；13—滾針；14—軸銷；15.感應(yīng)塊；16—感應(yīng)開(kāi)關(guān)；17—齒輪；18—水管座；19—活塞；20—水管頭圖1 液壓刀塔結(jié)構(gòu)圖

2 液壓原理

刀盤的動(dòng)作依靠液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)：二位四通電磁換向閥上移，液壓油流入液壓缸右腔，活塞左移將刀盤推出；三位四通電磁換向閥上移，液壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)刀盤正轉(zhuǎn)；電磁閥恢復(fù)常態(tài)位，刀盤被鎖緊。其具體液壓控制原理如圖2所示。電磁鐵動(dòng)作順序如表1所示。

圖2 液壓原理圖

刀盤推出刀盤正轉(zhuǎn)刀盤反轉(zhuǎn)刀盤鎖緊1DT-+--2DT--+-3DT+++-

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

如圖3所示，該刀塔的控制信號(hào)線共有6根，分別是刀塔刀位檢測(cè)開(kāi)關(guān)(sensor A，sensor B，Sensor C，sensor D)，刀盤停轉(zhuǎn)檢測(cè)開(kāi)關(guān)(sensor E)和刀盤鎖緊松開(kāi)檢測(cè)開(kāi)關(guān)(sensor F)。刀位檢測(cè)開(kāi)關(guān)做刀位檢測(cè)用，每個(gè)刀位對(duì)應(yīng)的訊號(hào)組合如表2所示。刀盤停轉(zhuǎn)檢測(cè)開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)刀盤是否停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刀盤鎖緊松開(kāi)檢測(cè)開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)刀盤是否被鎖緊。檢測(cè)開(kāi)關(guān)選用接近開(kāi)關(guān)DW-AD-603-M12-120，這種接近開(kāi)關(guān)具有反應(yīng)靈敏精度高、無(wú)機(jī)械磨損、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 接近開(kāi)關(guān)接線圖

1工位2工位3工位4工位5工位6工位7工位8工位sensorA○○○○○

續(xù)表2

sensorB○○○sensorC○○○○sensorD○○○○sensorE○○○○○○○○

輸出信號(hào)有三個(gè)(KM1，KM2，KM3)，用于驅(qū)動(dòng)刀盤正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，松開(kāi)與鎖緊。

以FANUC0i-MB為例，機(jī)床側(cè)與PMC之間的開(kāi)關(guān)、檢測(cè)傳感器、繼電器驅(qū)動(dòng)等信號(hào)都是通過(guò)NC插座連接起來(lái)的，插座CB104定義的輸入輸出地址分別是X0.0～X2.7(24點(diǎn))，Y0.0～Y1.7(16點(diǎn))，本刀架控制系統(tǒng)的I/O分配如表3所示，接線圖如圖4所示。接近開(kāi)關(guān)棕色線接24伏直流穩(wěn)壓電源，藍(lán)色線接地，黑色信號(hào)線接入PMC端。輸出信號(hào)通過(guò)繼電器分別控制兩個(gè)電磁換向閥。刀盤正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)電路添加互鎖開(kāi)關(guān)以作線路保護(hù)。

表3 I/O分配表

圖4 硬件接線圖

換刀過(guò)程為：系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)，Y0.2線圈得電，KM3線圈通電，二位四通電磁換向閥工作，液壓油經(jīng)電磁換向閥流入液壓缸右側(cè)，活塞將刀盤推出，sensor F感應(yīng)發(fā)出信號(hào)，經(jīng)PMC內(nèi)部邏輯運(yùn)算判別刀盤正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)后，1DT或2DT得電，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)分度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀盤開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)刀位時(shí)，刀位檢測(cè)開(kāi)關(guān)發(fā)訊，電磁換向閥恢復(fù)常態(tài)位，活塞推回刀盤，齒盤嚙合，刀架定位鎖緊，完成整個(gè)換刀動(dòng)作。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)控刀架可以在自動(dòng)模式下利用T指令換刀，也可以在手動(dòng)模式下進(jìn)行面板換刀或屏幕換刀。這里以自動(dòng)模式T指令換刀為例，簡(jiǎn)述軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。軟件程序設(shè)計(jì)前，先記憶每一刀位的組合訊號(hào)，供選刀判斷?？刂葡到y(tǒng)的軟件流程圖如圖5所示。軟件執(zhí)行過(guò)程是：系統(tǒng)接到換刀信號(hào)(TF=1)后，利用PMC內(nèi)部功能指令判斷當(dāng)前刀號(hào)與所選刀號(hào)是否一致，如果一致，則放棄換刀過(guò)程，換刀結(jié)束。否則，線圈Y0.2得電，刀盤被推出，PMC內(nèi)部計(jì)算刀盤的旋向，刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀位檢測(cè)開(kāi)關(guān)會(huì)檢測(cè)到每一刀位不同的組合信號(hào)，當(dāng)與待選刀具的組合訊號(hào)吻合時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出指令，Y0.0或Y0.1失電，同時(shí)Y0.2失電，sensorE與sensorF檢測(cè)當(dāng)前刀盤狀態(tài)，如果是停轉(zhuǎn)，且被鎖緊，則代表?yè)Q刀過(guò)程結(jié)束，可以繼續(xù)以后的操作。

圖5 軟件流程圖

刀盤的旋向擬采用比較法來(lái)判別，即令當(dāng)前刀號(hào)為T0，待選刀號(hào)為T1，總刀數(shù)的一半為T2，利用減法功能指令使兩刀號(hào)做差，所得結(jié)果取絕對(duì)值并與T2進(jìn)行比較，如果小于T2，代表刀盤需要正轉(zhuǎn)，否則刀盤反轉(zhuǎn)。

5 結(jié)論

這種控制方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換刀時(shí)間短、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以在當(dāng)前的基礎(chǔ)上方便的擴(kuò)展出其他功能。同時(shí)由于FANUC數(shù)控系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)中端數(shù)控機(jī)床的主流數(shù)控系統(tǒng)，這種方法可以更好的適應(yīng)國(guó)內(nèi)中端市場(chǎng)的發(fā)展。

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Design and Implementation of New Type Hydraulic Turret Control System

MA Chao1，ZHANG Wen-jie1，XIA Hong2

(1.Liaoning University of Science and Technology，School of Mechanical Engineering and Automation，Anshan 114051，China; 2.Dalian Machine Tool Group Corp, NC Institute,Dalian 116620, China)

Aiming at the shortage of current middle and low lever electric turret, this paper introduces the software and hardware design and implementation method of the control system, in which Fanuc 0i numerical control system PMC is taken as the control core to control DTY63 hydraulic turret. The system has the advantages of simple structure, high efficiency and flexibility, which can be adapted to internal mid-range market.

numerical control;PMC; hydraulic turret; control system

馬潮(1989-)，男，碩士研究生，研究方向：機(jī)械制造與數(shù)控技術(shù)。

TH137

B

1671-5276(2014)02-0049-02

2013-02-05