智能換刀系統(tǒng)的集成調(diào)試與應(yīng)用

宋明偉 董建榮 韓偉 劉玉菲

摘要：智能換刀系統(tǒng)的研發(fā)，縮減數(shù)控加工中的程序損耗時(shí)間，搭載傳感器及中央控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)智能操控工序的處理，完整多種加工需求，例如，鉆、擴(kuò)、鉸、磨等工序。智能換刀代表著數(shù)控精加工的一種升級(jí)，通過換刀時(shí)間與工序時(shí)間的替代，增加數(shù)控加工系統(tǒng)運(yùn)行效率，為企業(yè)創(chuàng)收更多的經(jīng)濟(jì)收益?；诖?，文章分析智能換刀系統(tǒng)的集成調(diào)試模式，并對(duì)智能換刀系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：智能化;換刀系統(tǒng);集成調(diào)試

引言

數(shù)控加工作為工業(yè)生產(chǎn)的重要保障，多結(jié)構(gòu)組成的刀具可有效提高系統(tǒng)運(yùn)行效率及質(zhì)量，且在智能平臺(tái)的支撐下，降低操控誤差，緩解崗位人員的工作壓力。智能換刀系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，采用一體化的調(diào)試系統(tǒng)，在短時(shí)間內(nèi)完成換刀工序，整個(gè)操控過程無需擔(dān)心誤差問題的產(chǎn)生，高精度、高可靠性的換刀系統(tǒng)，可精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)夾頭機(jī)構(gòu)、刀具機(jī)構(gòu)等，且系統(tǒng)自識(shí)別功能，可將當(dāng)前操控工序下，刀具信息進(jìn)行一體化的分析，判定出系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的 偏差，提高智能換刀系統(tǒng)的應(yīng)用效能。本文則是針對(duì)智能換刀系統(tǒng)的集成調(diào)試與應(yīng)用進(jìn)行探討，僅供參考。

一、智能換刀系統(tǒng)的集成調(diào)試

智能換刀系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，是按照數(shù)控加工程序及其具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化的，保證系統(tǒng)在調(diào)試過程中，同時(shí)滿足自動(dòng)化操控與半手動(dòng)操控訴求，同步按照系統(tǒng)預(yù)調(diào)程序完成既定程序的邏輯性操控，增強(qiáng)換刀系統(tǒng)的運(yùn)行精度。

首先，智能刀庫旋轉(zhuǎn)參數(shù)的調(diào)試。如表一所示為刀盤旋轉(zhuǎn)軌跡的計(jì)算方式。當(dāng)智能操控系統(tǒng)接收完上位系統(tǒng)傳達(dá)的指令，經(jīng)由內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)送PLC信號(hào)，此類信號(hào)將作為一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)程序向下位終端機(jī)構(gòu)下達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)基于子程序控制的換刀處理。如圖一為自動(dòng)換刀原理。

P1作為刀盤旋轉(zhuǎn)中自程序的切入點(diǎn)，其中M30則作為自動(dòng)換刀一個(gè)控制過程，此類變量具有記憶特征，在指令驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)換下，可以完整不同指令操控訴求，且變量控制中的協(xié)同性特點(diǎn)，可以增強(qiáng)自動(dòng)操控過程中對(duì)接值。

在實(shí)際計(jì)算過程中，刀盤路徑旋轉(zhuǎn)則可看成計(jì)算程序內(nèi)的代表路徑，如圖二所示。在換刀程序中M30的執(zhí)行下，刀庫進(jìn)入初始狀態(tài)并計(jì)數(shù)脈沖，此時(shí)Da與Db之間的數(shù)值將產(chǎn)生變量差，當(dāng)Da>Db時(shí)，則M50為1，。而當(dāng)M50=1時(shí)，則應(yīng)在新刀與舊刀之間及進(jìn)行差值換算，Da-Db，最終得出刀盤在換刀過程的運(yùn)行軌跡，此類軌跡的消耗數(shù)值將被D10所記錄。最后，比應(yīng)旋轉(zhuǎn)步數(shù)與舊刀之間的關(guān)系，如果D10≤12，則正轉(zhuǎn)狀態(tài)下的M60應(yīng)為1，才可正確驅(qū)動(dòng)刀盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如果D10>12，則應(yīng)利用K24的數(shù)值減去D10存儲(chǔ)的數(shù)值，并將M61設(shè)定為反轉(zhuǎn)，才可最終得到換刀過程中應(yīng)當(dāng)遵循的數(shù)據(jù)值。

從實(shí)際調(diào)試效果來講，每一項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)的分析及比對(duì)，均將成為系統(tǒng)預(yù)設(shè)值及相關(guān)功能的表述值，即為在實(shí)際驅(qū)動(dòng)過程中的數(shù)值量是目前系統(tǒng)綜合設(shè)定的一個(gè)基準(zhǔn)核定值，在系統(tǒng)下達(dá)相關(guān)指令時(shí)，需要通過既定系統(tǒng)的控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的邏輯性表達(dá)，增強(qiáng)換刀系統(tǒng)的運(yùn)行精度。

二、智能換刀系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)代數(shù)控加工中心在進(jìn)行智能換刀時(shí)，需要針對(duì)刀具狀態(tài)、系統(tǒng)預(yù)設(shè)程序、功能指令等為主，通過集成化、協(xié)同化的管控，保證數(shù)控加工中換刀的智能性與自動(dòng)性。從實(shí)際應(yīng)用模式來講，智能換刀系統(tǒng)的應(yīng)用，搭載電感式傳感器，將驅(qū)動(dòng)軸、終端部件、集成系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，保證功能實(shí)現(xiàn)期間，可以達(dá)到各個(gè)機(jī)構(gòu)之間的協(xié)同操作，避免出現(xiàn)因信息傳輸不對(duì)稱產(chǎn)生的誤差問題。一方面，通過不同微型傳感器之間的整合，確保既定的空間體系下，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，且此類功能在運(yùn)作過程中，有效杜絕因空間狹小而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余問題。同時(shí)，微型傳感器在運(yùn)作過程中，可靠性、集成性的應(yīng)用優(yōu)勢，可針對(duì)檢測范圍實(shí)現(xiàn)微米級(jí)別的確認(rèn)，有效支撐各項(xiàng)數(shù)控加工的運(yùn)行。此外，智能換刀系統(tǒng)具備的工業(yè)級(jí)操作功能，提高系統(tǒng)運(yùn)作期間的抗干擾性，保證智能換刀系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

另一方面，測量型的數(shù)據(jù)調(diào)控形式，可對(duì)區(qū)域內(nèi)的指令進(jìn)行線性化表達(dá)，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸誤差的問題。利用測量型數(shù)據(jù)調(diào)控對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)型的模式進(jìn)行簡化處理，且在具體感應(yīng)過程中，可規(guī)避外界干擾問題，通過測量型的傳感器，可以創(chuàng)設(shè)出具有模擬變量的數(shù)據(jù)模型，替代原有需要數(shù)據(jù)牽引的運(yùn)行模式。此外，在換刀過程中，也可通過數(shù)據(jù)之間的比對(duì)自動(dòng)調(diào)整刀具狀態(tài)，此時(shí)數(shù)據(jù)信息不再是以一個(gè)獨(dú)立的程序?yàn)榇钶d體，而是通過傳感器以及指令驅(qū)動(dòng)器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效化傳輸，此過程可以縮減空間資源的耗用量，且在微型傳感器的作用下，可對(duì)刀具系統(tǒng)及其狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)性的改進(jìn)，縮減系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)荷載。與此同時(shí)，在智能換刀的過程中，整個(gè)操控模式不再局限于單體變量之上，可以對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的刀具進(jìn)行監(jiān)測與分析，一旦出現(xiàn)刀具松動(dòng)的狀態(tài)，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)生預(yù)警，并將此類信息回傳到主系統(tǒng)之中做出一系列的指令調(diào)整，確保換刀系統(tǒng)運(yùn)行的持續(xù)性與穩(wěn)定性。除此之外，測量型的數(shù)據(jù)調(diào)控模式，可增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，因?yàn)樵跍y量傳感器的應(yīng)用下，不再局限于數(shù)據(jù)誤差以及空間定量傳感之上，還可通過溫度值進(jìn)行力學(xué)參數(shù)的衡量，整個(gè)程序驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)的變動(dòng)同步到主系統(tǒng)中并作為系統(tǒng)運(yùn)行的衡量基準(zhǔn)，輔助后期智能換刀系統(tǒng)運(yùn)行的自調(diào)節(jié)，增強(qiáng)數(shù)控加工中心的運(yùn)行質(zhì)量。

結(jié)語：

綜上所述，智能換刀系統(tǒng)在運(yùn)行期間，由智能系統(tǒng)、刀具機(jī)構(gòu)以及程序指令等，完整自動(dòng)化的換刀驅(qū)動(dòng)，此過程極大增加換刀系統(tǒng)的應(yīng)用效能，保證數(shù)控加工的可靠性與持續(xù)性。為此，在后續(xù)發(fā)展過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)數(shù)控加工系統(tǒng)的研發(fā)，解析出換刀系統(tǒng)的應(yīng)用屬性，結(jié)合智能控制原理，強(qiáng)化實(shí)際應(yīng)用效果。

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作者簡介：宋明偉，出生年月：1981-9-15，男，漢族，籍貫：河北省衡水市人，所在院校：河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，職稱：副教授，學(xué)歷：博士研究生在讀，學(xué)位：碩士，研究方向：智能制造、數(shù)控技術(shù)。

課題來源：2020年邢臺(tái)市市級(jí)科技計(jì)劃自籌經(jīng)費(fèi)課題《基于開放式數(shù)控機(jī)床的智能換刀系統(tǒng)研究》課題編號(hào)：2020ZC055。