康永澤
摘要:本文擬就FANUC 0i-F數(shù)控實訓臺中四方位回轉(zhuǎn)刀架,通過外部三菱PLC的控制,介紹刀架的工作原理,同時也可提高工程技術(shù)人員排除或維護刀架水平,降低故障排除時間。
關鍵詞:PLC;電動刀架;主軸
1 ?問題的提出
數(shù)控車床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種較為簡單的自動換刀裝置,也是數(shù)控車床重要的組成部分,其應用了自動控制、傳感檢測等方面的最新技術(shù),是典型的機電一體化產(chǎn)品。合理選配電動刀架,并正確地實施控制,能夠縮短故障排除時間,有效地提高生產(chǎn)效率。
根據(jù)不同加工對象,自動回轉(zhuǎn)刀架有四方刀架和六角刀架等多種形式。回轉(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具,并按數(shù)控裝置的指令換刀?;剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上具有良好的強度和剛性,以承受粗加工時的切削抗力。目前刀架的控制,都是由CNC內(nèi)置PLC或固化IO控制完成,工程技術(shù)人員理解刀架的控制比較困難,本文擬就FANUC 0i-TF數(shù)控實訓臺中四方位回轉(zhuǎn)刀架,通過外部三菱PLC的控制,介紹刀架的工作原理,同時也可提高工程技術(shù)人員排除或維護刀架水平,降低故障排除時間。
數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架動作的要求是:刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位和夾緊刀架。為完成上述動作要求,要有相應的機構(gòu)來實現(xiàn)。
2 ?刀架的控制
2.1 自動刀架工作原理
①刀架電動機正轉(zhuǎn),刀架抬起。正轉(zhuǎn)時,電動機回轉(zhuǎn)運動通過蝸桿蝸輪機構(gòu),轉(zhuǎn)化為直線運動,刀架體向上移動。即刀架電動機正轉(zhuǎn)時,通過蝸桿和蝸輪機構(gòu)將驅(qū)動傳給絲杠,絲杠軸頭固定裝有刀架轉(zhuǎn)位定位銷盤,刀架體內(nèi)孔加工有內(nèi)螺紋,隨著絲杠轉(zhuǎn)動,刀架體內(nèi)彈簧定位銷入位,刀架體向上移動,刀架向上抬起。當?shù)都荏w升至一定距離后,刀架體上的端面齒和刀架底座上的端面齒脫開。當嚙合齒脫開后,通過銷釘和止推槽的作用,使得絲杠螺母轉(zhuǎn)動進行換刀。隨著刀架的轉(zhuǎn)動,刀架體內(nèi)刀位定位銷退出。
②刀架電動機正轉(zhuǎn)尋位。刀架正轉(zhuǎn)進行尋位換刀,PLC采集霍爾傳感器信號,與選定刀號比對,若傳感器信號與刀號相等,則刀架停止尋位,即正轉(zhuǎn)停止。
③電動機反轉(zhuǎn),刀架鎖緊。到達指定刀位時,刀架電動機停止正轉(zhuǎn),反向鎖緊,完成整個換刀的過程。
2.2 四方電動刀架的控制
四方電動刀架電動機在電氣控制設計時要正、反轉(zhuǎn)互鎖,電器元件連接時勿接錯導線,還要注意電動機三相電源線的相序,實際中可采用相序繼電器進行判斷。刀架電動機在換刀時必須先正轉(zhuǎn)后反轉(zhuǎn),這是由四方電動刀架機械結(jié)構(gòu)所決定的,否則會機械卡死,造成電動機過載,損壞電動機。在PLC程序設計中,若到位檢測信號出現(xiàn)問題,或霍爾元件損壞、刀位信號線斷等,則換刀可能不能結(jié)束,若正轉(zhuǎn)或鎖緊時間過長,PLC應有相應出錯處理程序,提醒操作人員進行檢修。電動刀架控制原理圖見圖1,接線圖見圖2。
3 主軸的控制
在實訓臺改造過程中,我們充分利用現(xiàn)有設備,綜合考慮學生實際,采用變頻器實現(xiàn)對主軸的調(diào)速控制。變頻器連接示意圖見圖3。
主軸電動機采用西門子MM420變頻器進行調(diào)速控制,MM420系列有著高性能的V/f控制性能,可提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性,同時具有很強的過載能力,以滿足多種應用場合。使用變頻器前,須先熟悉變頻器的操作面板,再根據(jù)實際應用場景,對變頻器的各種功能參數(shù)進行設置。
電機正反轉(zhuǎn)的控制方式可以有二種,一種是面板控制,一種是開關量端子控制,兩種控制方式不同,參數(shù)設置也不同。參數(shù)設置時應先恢復出廠值,再設電機參數(shù)。
面板控制法主要參數(shù)設置:設p1000設為2,開關量端子不接線,由變頻器面板控制電機的正反轉(zhuǎn)。
開關量端子控制主要參數(shù)設置:變頻器5、6、7、8為開關量端子。設p1000設為2,開關量端子5接正轉(zhuǎn)控制信號、端子6接反轉(zhuǎn)信號時,再設p0701為1,端子5上高電平電機正轉(zhuǎn),低電平停機。設p0702為2,端子6上高電平電機反轉(zhuǎn),低電平停機。后期根據(jù)學生的掌握情況,利用PLC拓展為多段速控制。
變頻器MM420主要參數(shù)設置如表1所示。
注意事項:①接線后一定要參考手冊,認真復查,以防接線錯誤而燒壞變頻器,尤其是主電源線路;②在接線時,擰緊變頻器內(nèi)部力不要過大,以防損壞端子;③送電和停電過程中一定要注意安全,特別是停電過程中,一定要讓變頻器充分放電,LED全部熄滅才能打開蓋板,等待5min以上;④在輸入變頻器參數(shù)時,一定要確認,以免發(fā)生錯誤;⑤由于變頻器可以切換電機正反轉(zhuǎn),所以必須注意使用的安全。在正/反轉(zhuǎn)切換時,根據(jù)電機功率和工作環(huán)境調(diào)整加減速時間。
更改P1040和P1058、P1059的值,可改變電動機正常運行速度和正、反向點動運行速度。另外,為了檢測主軸電動機的轉(zhuǎn)速,可采用編碼器,其接線為圖4所示。
PLC通過高速計數(shù)器采集來自旋轉(zhuǎn)編碼器的信號,由程序計算主軸電動機的轉(zhuǎn)速,從而實現(xiàn)對主軸電動機轉(zhuǎn)速的精確控制。
4 ?PLC控制程序
①刀架正反轉(zhuǎn)控制梯形圖如圖5。②當前刀號判定如圖6。③手動選刀控制如圖7。④主軸速度檢測。主軸速度檢測采用ZSW610-01C-1200BZ/05L型旋轉(zhuǎn)編碼器。利用PLC的X0、X1端子,采集旋轉(zhuǎn)編碼器A、B兩相高速脈沖數(shù),通過浮點計算,可以較為精確地計算出FANUC 0I-TF數(shù)控車床裝調(diào)系統(tǒng)主軸速度。⑤觸摸屏控制。本系統(tǒng)改造裝置,選用昆侖通泰MCGSTPC1061Ti觸摸屏,方便學生操作,更加緊密聯(lián)系實踐應用,其畫面示意圖見圖8。
5 ?結(jié)束語
通過對實訓裝置的改造,將其內(nèi)置PLC控制系統(tǒng)剝離,學生在實訓中能靈活控制刀架的運動,改造后的裝置,功能多樣化,可以有效鍛煉學生電氣選型接線、PLC編程思維等綜合能力,對于機電一體化及相關專業(yè)的學生,通過訓練,技術(shù)技能得到顯著提升。
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