立式電動刀架刀位檢測常見三種方式的比較分析

王鳳平 孫洪強

(湖北三江航天萬山特種車輛有限公司，湖北孝感 432000)

電動刀架是數(shù)控車床的組成部分之一，分為立式和臥式兩大類。立式刀架有四、六工位兩種形式，臥式刀架有八、十、十二等工位形式［1］。數(shù)控車床在加工復雜工件時，為了提高工效，往往需要一次裝夾多種刀具，因此必須配備易于控制的電動刀架。本文僅以經(jīng)濟型數(shù)控車床最常配備的立式四工位電動刀架(簡稱“四方刀架”)為例，總結實踐中經(jīng)常見到的3種刀具位置檢測方式，對比分析其中的工作原理。

1 刀具位置檢測發(fā)信裝置的比較

四方刀架旋轉一周，等分4個刀位:T1、T2、T3、T4。不同位置的刀具旋轉換位到工作位置，控制系統(tǒng)必須能夠正確識別當前刀號，才能夠保證換刀正常進行。我公司在用幾臺FANUC 0-TC系統(tǒng)數(shù)控車床，配備的四方刀架都是通過磁感應原理測量刀位，由傳感器發(fā)出信號，再由FANUC系統(tǒng)PMC接收并處理。同樣是檢測刀位號的功能，可以設計出幾種不同方案。通過實踐觀察，總結常見3種方式如下:

(1)計數(shù)式:隨著刀架旋轉，工作位置每經(jīng)過1把刀具，計數(shù)傳感器發(fā)出一次計數(shù)信號，定位傳感器同時也發(fā)出一個定位信號。

(2)掃描式:每個刀位設傳感器，系統(tǒng)根據(jù)換刀指令向各個刀位傳感器發(fā)出掃描信號，掃描指定的傳感器在刀位到達工作位置時發(fā)出反饋信號。

(3)定位式:每個刀位設傳感器，對應發(fā)出本刀位是否在工作位置的信號。

以上3種工作方式對應的3種發(fā)信裝置如圖1所示，詳細原理后續(xù)展開分析。

2 計數(shù)式刀具位置檢測原理分析

四方刀架計數(shù)式發(fā)信裝置如圖1a所示，包括隨刀架換刀而轉動的旋轉圓盤、固定不動的固定圓盤。其中旋轉圓盤對應T1、T2、T3、T4位置安裝4塊定位磁鋼，固定圓盤則相應有兩個接近開關分別作為計數(shù)傳感器和定位傳感器。

在數(shù)控車床FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC中，參數(shù)D407記憶當前刀號，參數(shù)F153指示換刀目的刀號，經(jīng)過軟件計算，換刀步數(shù)存于參數(shù)D405，詳見表1。

?

計數(shù)式刀位檢測電路、換刀流程及部分梯形圖程序詳見圖2。系統(tǒng)讀取換刀指令，若當前刀號與目的刀號一致則不換刀;若不一致則換刀啟動，刀架開始正轉。刀架工作位置每經(jīng)過1把刀具，端口X20.5就收到1個高電平計數(shù)信號，軟件CTR計數(shù)器按D405參數(shù)遞減計數(shù)。若計數(shù)到且收到端口X20.4高電平定位信號，則刀架反轉鎖緊，換刀結束，參數(shù)D407更新為當前刀號數(shù)值。

梯形圖中，除流程圖已說明的符號外，補充說明如下:F149.1表示“系統(tǒng)復位”信號［2］，R640.4表示“自動/非自動”狀態(tài)信號，X4.3表示“單步手動換刀”信號，X21.6表示“刀架電動機過流檢出”信號。

3 掃描式刀具位置檢測原理分析

四方刀架掃描式發(fā)信裝置如圖1b所示，旋轉圓盤對應T1、T2、T3、T4位置安裝4個霍爾元件傳感器，刀具定位磁鋼固定安裝在刀架工作位置可感應區(qū)間。

掃描式刀位檢測電路、換刀流程及部分梯形圖程序詳見圖3。系統(tǒng)讀取換刀指令，經(jīng)過譯碼比較，輸出四工位掃描信號 Y53.1、Y53.2、Y53.3、Y53.4。刀架正向旋轉，直至收到端口X8.0低電平刀位反饋信號則停止正轉，待反向鎖緊則換刀結束。

梯形圖中，F(xiàn)150.3表示“系統(tǒng)T功能指令”信號，F(xiàn)153表示“T功能 BCD 代碼”［2］。

4 定位式刀具位置檢測原理分析

四方刀架定位式發(fā)信裝置如圖1c所示，旋轉圓盤對應T1、T2、T3、T4位置安裝4個霍爾元件傳感器，刀具定位磁鋼固定安裝在刀架工作位置可感應區(qū)間。

定位式刀位檢測電路、換刀流程及部分梯形圖程序詳見圖4。系統(tǒng)讀取換刀指令，刀具位置碼由端口X20.0、X20.1、X20.2、X20.3 輸入，高電平表示該號刀具不在工位，低電平表示該號刀具在工位。軟件獲知刀具位置之后，再通過譯碼掃描來判斷換刀是否到位，輸出信號控制刀架正反方向旋轉動作。

5 刀具位置檢測原理對維修的指導意義

數(shù)控車床常見的故障中，刀架類故障占有相當大的比例［3］。分析解決刀架故障，應有整體概念和經(jīng)驗。刀架控制必須采集刀具位置信息，通過前述比較分析，我們知道了3種不同的刀位檢測方式，如果不能辨識面對的是哪一種，實踐中就不能繼續(xù)有效分析。我公司維修中，曾發(fā)生過將“計數(shù)式”誤認為“定位式”、或將“掃描式”誤判為“定位式”，以致找不出刀架故障根源的事例。

刀位檢測環(huán)節(jié)的診斷是刀架故障分析中的關鍵一步，技術理論是維修實踐的先導，只有理解具體是哪種檢測方式和原理，才能按照邏輯關系正確判斷，提出相應的解決方案。

6 結語

本文通過研究，對技術資料刪繁就簡、集中測繪對比、重新繪制流程圖等，總結了現(xiàn)實遇到的四方刀架刀具位置檢測3種方式。并主要依據(jù)筆者測繪成果，對3種檢測原理進行了認真分析。實際工作中，由于設備資料繁雜、分散、不統(tǒng)一或不完整，現(xiàn)場維修人員不一定能很快讀懂圖紙，并與實物完全對應準確。希望本文對于指導立式電動刀架故障維修、縮短故障判斷時間等，能夠起到助益作用。

［1］彭永忠.電動刀架的換刀原理及故障診斷［J］.中國科技信息，2010(7).

［2］白斌.數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)應用技巧［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009.

［3］袁林，付福起，李海濱.數(shù)控車床刀架典型故障分析及排除［J］.制造技術與機床，2010(1):128-130.