預(yù)防數(shù)控車床刀架電機與尾座碰撞的控制方案

黃慶專，伊藝瓊，程志杰

(福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建泉州 362000)

關(guān)于機械制造類專業(yè)職業(yè)教育，數(shù)控車床編程與加工實訓(xùn)項目非常普及，學(xué)生在編程與操作上時常忘記尾座存在，出現(xiàn)機床刀架電機與尾座碰撞事故，引起電機損壞、刀架變形、傳動蝸桿變形、定位軸承松動等。通過分析故障現(xiàn)象、碰撞特點、碰撞范圍等，提出增加行程開關(guān)、改進控制電路等防撞方案，使數(shù)控車床滑臺上刀架與尾座在碰撞前停止并報警“超限位”。

1 故障分析

尾座與防塵罩在機床上的位置關(guān)系，刀架-X軸、+Z 軸運動方向，如圖1 所示。

圖1 尾座與刀架電機防塵罩

故障現(xiàn)象一:+Z 方向撞尾座，在X 軸未回零或+X 方向未先移動到尾座范圍外時，移動+Z 方向發(fā)刀架電機(防塵罩)碰撞尾座。

故障現(xiàn)象二:-X 方向撞尾座，當(dāng)?shù)都茉?Z 方向越過尾座范圍內(nèi)時，向-X 方向移動刀架發(fā)生刀架電機(防塵罩)碰撞尾座。

正確的操作避免故障:(1)車床上不使用尾座或是將尾座移到刀架電機移動范圍外;(2)針對故障現(xiàn)象一，向+X 方向移動刀架(或回零)使刀架電機在尾座范圍外，再向+Z 方向移動刀架;(3)針對故障現(xiàn)象二，先向-Z 方向移動刀架，使刀架電機到尾座范圍外，才向-X 方向移動刀架。

顯然尾座是必須附件，作為初學(xué)者或機床操作工工作中疏忽尾座位置，刀架電機與尾座碰撞事故定然會發(fā)生。因此，許多職業(yè)院校實訓(xùn)基地的數(shù)控車床刀架電機(防塵罩)總是被尾座撞壞，見過刀架傳動蝸桿被撞變形而只得更換。

2 避免碰撞方案設(shè)計

因此在數(shù)控車床上增加自動防撞功能較好。參照各個坐標(biāo)軸行程的限位報警方案，當(dāng)?shù)都茈姍C靠近尾座時，采集-X 軸、+Z 軸靠近信號并反饋給NC 側(cè)，由NC 控制電機停下來并發(fā)出報警提示。

設(shè)計方案如下:

(1)考察刀架電機及其防塵罩結(jié)構(gòu);

(2)試驗電機防塵罩在X 軸、Z 軸方向移動時，存在碰撞尾座的范圍;

(3)選用行程開關(guān)并進行試驗性安裝;

(4)參考X 軸、Z 軸限位控制電路，設(shè)計防撞控制電路，并試驗接線;

(5)通過試驗檢驗防碰撞功能，成功后，對安裝與控制電路進行規(guī)范與緊固，否則調(diào)整安裝位置或改電路。

2.1 碰撞物結(jié)構(gòu)及碰撞位置分析

尾座碰撞存在兩個面(不考慮套筒伸出時):Z軸平行面 (-X 碰撞面)，X 軸平行面 (+Z 碰撞面)。尾座結(jié)構(gòu)如圖2 所示。防塵罩結(jié)構(gòu)如圖3 所示，存在碰撞的兩個面都是平面，上表面雖不是碰撞面，但是與兩個碰撞面相連，適合安裝行程開關(guān)［1］。

圖2 尾座上的兩個碰撞面

圖3 防塵罩的兩個碰撞面

從碰撞試驗中發(fā)現(xiàn)，+Z 方向碰撞面范圍較小，受-X 方向限位開關(guān)的限制，防塵罩進入-X 方向較小;而-X 方向碰撞面范圍較大，整個防塵罩的內(nèi)側(cè)面都可以撞到。

2.2 控制元件安裝位置

理論上，行程開關(guān)直接安裝在兩個碰撞面上更好:尾座兩個面或防塵罩兩個面，或在尾座和防塵罩混合安裝。實際上，安裝在尾座上，不方便接線的隨動，不用尾座時接線要拆除，而且尾座-X 方向碰撞面范圍大，具體安裝布置不好確定。因此行程開關(guān)安裝在防塵罩上，布線可以與移動軸限位、刀架電機的接線一起移動。再者，考慮到刀架電機結(jié)構(gòu)(圖4)及占用的防塵罩內(nèi)空間，罩內(nèi)剩余空間很小，確定行程開關(guān)安裝在防塵罩的上表面最為理想，把行程開關(guān)受動部位朝向兩個碰撞面。通過試驗最終確定如圖5所示的安裝位置，在防塵罩上方與+Z 向或-X 向成45°方向安裝行程開關(guān)，采用兩個串聯(lián)的行程開關(guān)。工作臺移動時，無論是+Z 方向或-X 方向均是行程開關(guān)先于防塵罩與尾座相撞。

圖4 電機結(jié)構(gòu)與剩余空間

圖5 行程開關(guān)安裝位置

2.3 控制接線設(shè)計與試驗

設(shè)計是針對型號CAK3665sj 數(shù)控車床(配備華中HNC-21T 數(shù)控系統(tǒng))進行的。新增兩個行程開關(guān)，+Z 方向防撞SQ7 和-X 方向防撞SQ8。機床使用X軸、Z 軸限位開關(guān)匯總?cè)绫? 所示［2］。

表1 CAK3665sj 數(shù)控車床使用X 軸、Z 軸限位開關(guān)

(1)控制電路分析與改進

原超程與回零控制電路圖及超程解除電路圖如圖6 所示［2］。

圖6 原回零、坐標(biāo)限位及解除電路圖

在+Z 向限位SQ5 常開觸點回路上并聯(lián)+Z 向防撞SQ7 常開觸點，-X 向限位SQ4 常開觸點回路上并聯(lián)-X 向防撞SQ8 常開觸點;SQ7 與SQ8 的常閉觸點一同串聯(lián)在SQ3、SQ4、SQ5、SQ6 常閉回路上［3］，如圖7 所示，從而實現(xiàn)+Z 向防撞SQ7 或-X 向防撞SQ8 常開觸點閉合產(chǎn)生超程報警，+Z 向防撞SQ7 或-X 向防撞SQ8 常閉觸點斷開向NC 反饋信號，控制刀架停止移動，避免碰撞尾座。

圖7 刀架電機防塵罩防撞尾座改進電路圖

(2)試驗檢驗

根據(jù)改進的電路圖，完成-X 向與+Z 向附加防撞超程限位開關(guān)的電路接線，接線在X 軸、Z 軸限位回零行程開關(guān)接線端子上完成，如圖8 所示。通過實際碰撞演示(圖9)發(fā)現(xiàn):工作臺移動時，+Z 方向或-X 方向行程開關(guān)先于防塵罩與尾座相撞，行程開關(guān)起保護作用，可靠發(fā)出+Z 向超程報警或-X 向超程報警，使工作臺移動得到控制，避免防塵罩(甚至刀架電機)與尾座碰撞而損壞。

圖8 +Z 方向防撞接線實物圖

圖9 +Z 方向碰撞報警試驗

3 小結(jié)

對車床方刀架電機與尾座碰撞事故進行研究，確定碰撞事故發(fā)生的范圍，參考機床本身超程報警控制，設(shè)計一種預(yù)防刀架電機及其防塵罩與尾座碰撞的工作臺移動控制方式，-X 與+Z 方向防撞控制均采用行程開關(guān)與尾座碰撞發(fā)出信號，行程開關(guān)安裝在-X向與+Z 向之間45°角位置。最終通過實踐檢驗該設(shè)計的可靠性。

［1］沈陽機床股份有限公司數(shù)控刀架分公司.SLD90 立式數(shù)控電動刀架使用說明書(機械與電氣)［M］，2013.

［2］沈陽機床股份有限公司沈一車床廠.CAK36S 系列數(shù)控車床電路圖冊(系統(tǒng)型號:HNC-21T)［M］，2013.

［3］陳亭志，孫海亮.數(shù)控機床的電氣維護與檢查［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.