機(jī)床設(shè)備控制系統(tǒng)中共享閥塊研究

牛石從 高崇 佟琨 林青 李樹鵬

摘 要：目前，現(xiàn)有的數(shù)控銑鏜床冷卻氣動系統(tǒng)都采用分體式設(shè)計，即冷卻系統(tǒng)有1套專用的元件和設(shè)計，氣動系統(tǒng)也有1套專用的元件和原理，2套系統(tǒng)不能互通互用?，F(xiàn)有的滑枕冷卻、氣動系統(tǒng)就是各有1套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，每套系統(tǒng)都需要單獨(dú)配備相應(yīng)的執(zhí)行元件，盡管這些元件是標(biāo)準(zhǔn)件，但也造成了設(shè)備布局不緊湊、元件數(shù)量巨大、設(shè)備維護(hù)不方便等問題。這樣也就增加了設(shè)備的制造成本和維修成本。

關(guān)鍵詞：共享閥塊；機(jī)床設(shè)備；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 共享閥塊介紹

機(jī)床設(shè)備控制系統(tǒng)中的冷卻氣動功能自動切換共享閥塊包括設(shè)備控制系統(tǒng)中的液壓程序、開關(guān)、閥件，其特征在于自動切換冷卻氣動功能的控制程序和出、入口閥件集中在一起的閥塊；執(zhí)行所述控制程序自動冷卻氣動功能切換的液壓、電氣連接，閥塊如圖1所示。

如圖1所示，氣動、冷卻的出入口集中在一起，共用支撐箱體。形成閥塊的結(jié)構(gòu)：氣動入口與外冷出口在閥塊左側(cè)；外冷入口和內(nèi)冷入口并列在中間；附件頭1內(nèi)冷出口在右前底部；附件頭2內(nèi)冷出口在右側(cè)前部；附件頭氣動氣密封出口在右端；附件頭氣動錐空清潔出口在右側(cè)后部。外冷入口連接外冷流量開關(guān)、外冷單向閥，并串聯(lián)外冷切換閥、外冷氣動清潔單向閥連通外冷出口，與氣動入口相連的氣動切換閥與外冷氣動清潔單向閥連接后再通過內(nèi)冷氣動清潔單向閥連接內(nèi)冷切換閥、附件頭1內(nèi)冷與附件頭2內(nèi)冷切換閥至附件頭1內(nèi)冷出口、附件頭2內(nèi)冷出口；內(nèi)冷入口連接內(nèi)冷流量開關(guān)、內(nèi)冷單向閥，并通過內(nèi)冷切換閥連接附件頭1內(nèi)冷與附件頭2內(nèi)冷切換閥、通過內(nèi)冷氣動清潔單向閥連接與氣動入口相連的氣動切換閥；與氣動入口相連的附件頭錐孔清潔切換閥連接附件頭氣動氣密封出口、附件頭氣動錐孔清潔出口。

2 氣動通路實現(xiàn)

高壓空氣通過氣動入口進(jìn)入共享模塊，在共享模塊中，當(dāng)氣動切換閥的電磁鐵斷電時，氣動切換閥處于左位斷開狀態(tài)，此時高壓空氣分別通過附件頭氣動氣密封出口、附件頭氣動錐孔清潔出口，實現(xiàn)附件頭氣動氣密封與附件頭氣動錐空清潔功能，附件頭錐孔清潔切換閥用于切換附件頭錐孔清潔路的通斷；當(dāng)氣動切換閥的電磁鐵通電時，氣動切換閥處于右位連通狀態(tài)，此時高壓空氣分別經(jīng)外冷氣動清潔單向閥、內(nèi)冷氣動清潔單向閥通過立銑頭內(nèi)冷出口、直角頭內(nèi)冷出口、外冷出口，實現(xiàn)內(nèi)冷與外冷的氣動清潔功能，外冷切換閥、內(nèi)冷切換閥用于控制內(nèi)冷與外冷氣動清潔功能的通斷，附件頭1與附件頭2內(nèi)冷切換閥用于切換附件頭1與附件頭2的氣動清潔功能。

3 外冷通路實現(xiàn)

冷卻液通過外冷入口進(jìn)入共享模塊，在共享模塊中，冷卻液經(jīng)過外冷流量開關(guān)與外冷單向閥到達(dá)外冷出口，實現(xiàn)機(jī)床外冷功能，通路中外冷切換閥用于控制外冷功能的通斷。

4 內(nèi)冷通路實現(xiàn)

冷卻液通過內(nèi)冷入口進(jìn)入共享模塊，在共享模塊中，冷卻液經(jīng)過內(nèi)冷流量開關(guān)與內(nèi)冷單向閥到達(dá)立銑頭內(nèi)冷出口、直角頭內(nèi)冷出口，實現(xiàn)機(jī)床內(nèi)冷功能，通路中內(nèi)冷切換閥用于控制內(nèi)冷功能的通斷，立銑頭與直角頭內(nèi)冷切換閥用于切換立銑頭與直角頭的內(nèi)冷功能。

5 自動冷卻氣動功能切換共享的控制程序

自動切換冷卻氣動功能的控制程序：首先要在Step7-300語言環(huán)境下編輯定義可存儲和傳遞數(shù)值的PLC變量，根據(jù)應(yīng)用定義好存儲變量的數(shù)據(jù)塊，應(yīng)用定義好的某一地址變量，編輯冷卻氣動功能自動切換控制的PLC程序；判斷作業(yè)指令是否需要內(nèi)冷，如果需要則啟動內(nèi)冷泵及內(nèi)冷切換閥，并通過附件頭1與附件頭2內(nèi)冷切換閥，來為附件頭1或附件頭2提供內(nèi)冷，如果內(nèi)冷完成則關(guān)閉內(nèi)冷單向閥并啟動內(nèi)冷氣動清潔單向閥對內(nèi)冷進(jìn)行管路清潔，然后停止內(nèi)冷泵工作；氣動切換閥啟動PLC程序判斷，如果需要附件頭錐孔清潔功能，則附件頭錐孔清潔切換閥啟動，實現(xiàn)機(jī)床附件頭的錐孔清潔功能；如果需要外冷功能，則啟動外冷泵及外冷切換閥，當(dāng)外冷完成關(guān)閉外冷單向閥，再啟動外冷氣動清潔單向閥進(jìn)行外冷管路的清潔，然后停止外冷泵；氣動切換閥再次啟動編輯PLC程序，完成整個控制流程。

6 實際應(yīng)用

機(jī)床冷卻方式根據(jù)切削零件材質(zhì)而定，目前，各種新型材料及復(fù)合材料被廣泛使用，要求數(shù)控機(jī)床需同時具備多種冷卻方式，才能滿足加工要求；同時，越來越多的機(jī)床用戶選擇配置多附件頭來增大機(jī)床加工范圍，因此對數(shù)控機(jī)床的液壓、氣動系統(tǒng)功能提出了更高的要求。由于主軸頭液壓、氣動及電氣管路和各控制元器件數(shù)量種類繁多，占用空間大，造成很多機(jī)床滑枕出現(xiàn)“大腦袋”的問題，不但影響外觀，而且安裝維護(hù)困難。

共享閥塊技術(shù)成功地解決了該技術(shù)難題，已應(yīng)用于我公司生產(chǎn)的T-2560w高速動梁龍門加工中心，實現(xiàn)了內(nèi)外冷切換、冷卻與氣動切換及各附件頭氣動密封等功能。該集成技術(shù)比原液壓、氣動分體式技術(shù)減少元器件12件，節(jié)約成本約1萬元，不但減小了占用空間，對機(jī)床滑枕進(jìn)行了“瘦身”，而且減少了元器件數(shù)量，節(jié)約了元器件成本及維修成本。通過對機(jī)床2 000 h模擬實際工況試驗，該系統(tǒng)運(yùn)行正常，整機(jī)液壓、氣動系統(tǒng)故障率減低，提高了機(jī)床設(shè)備可靠性，整機(jī)MTBF達(dá)到1 500 h以上。

7 結(jié)論

（1）在保證冷卻、氣動功能的前提下只使用一套控制系統(tǒng)，應(yīng)用一套共享閥塊完成冷卻氣動的自動切換功能，可以減少40 %以上的元件數(shù)量，節(jié)約了元件成本和維護(hù)成本。

（2）在機(jī)床運(yùn)行過程中，該發(fā)明是通過共享控制系統(tǒng)來控制冷卻液和氣體的閥件切換，這樣可以顯著的提高機(jī)床的運(yùn)行效率，可以提高至少10 %的工作效率。

（3）由于減少了元件數(shù)量，減少故障率，所以機(jī)床的可靠性也相應(yīng)提高。

參考文獻(xiàn)

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