0 引言
數(shù)控機床正向高速、高精度方面發(fā)展,高速高精切削加工已成為金屬切削加工技術的發(fā)展趨勢。作為數(shù)控車床的核心部件一刀架,可保證工件通過一次裝夾自動完成車削外圓、內孔、端面、圓弧、螺紋、溝槽等加工工序,適用于機床、家電、汽車、齒輪、冶金等行業(yè)。目前經(jīng)濟型數(shù)控車床中多數(shù)使用液壓刀架,調試和維護相對簡單。而在高檔數(shù)控機床中使用高性能伺服刀架,極大提高了數(shù)控車床高速性能和復雜零件的加工能力,但調試和控制相對復雜,本文著重對伺服刀架伺服系統(tǒng)的電氣設計和調試關鍵技術進行分析,并對調試中出現(xiàn)的問題進行全面的歸納和總結。
1 應用于數(shù)控車床中的刀架形式
根據(jù)刀架動力源不同,可分為液壓刀架(Hydraulic turret)、伺服刀架(Servo turret),即液壓刀架由液壓馬達驅動,可雙向旋轉,就近選刀。結構簡單,抗偏載能力強。伺服刀架用伺服電機驅動,定位精度高,動作準確可靠,可雙向旋轉,速度快,平穩(wěn)。結構更為復雜;刀架可稱之為復合型刀架,此刀架主要是增加了刀具動力功能,在各工位均可裝動力刀具,且僅在工作位置旋轉,形式多且使用方便?砂褎恿Φ毒吲渲脼檐嚧驳牡诙鬏S,再結合c軸功能,能完成復雜型面的加工。
本文將以本公司最新研發(fā)的斜床身式輪轂車LG24,數(shù)控系統(tǒng)采用FANUC 0i-TD系統(tǒng),配置高檔數(shù)控伺服刀架SM-H-32 series 00(意大利DUPLOMATIC公司制造)為例進行詳細的說明。刀架控制單元為DD4-10.400/20,動力電源400V+15%-10%,直流控制電源24V。刀架為12工位,換刀時間(刀-刀)0.58s,定位精度4”,重復定位精度1.6#。伺服刀架伺服系統(tǒng)結構如圖l所示:1電機、2熱保護開關、3計數(shù)編碼、4刀架回零開關、5刀架鎖緊開關、7控制單元、8刀架鎖緊放松電磁閥。
2 伺服刀架應用中關鍵技術分析
2.1伺服刀架伺服系統(tǒng)構成及電氣設計
伺服刀架伺服系統(tǒng)由刀架本體、伺服電機、刀架控制單元、液壓系統(tǒng)、CNC等組成,刀架控制單元通過接口CN7與刀架本體相連接,獲取刀架本體上鎖緊信號、回零信號、電機熱保護監(jiān)測信號和增量脈沖信號。刀架伺服系統(tǒng)電氣設計中,將刀架控制單元發(fā)出的刀架鎖緊(EVLOCK)和放松信號(EVULOCK)連接到兩個中繼線圈上,以實現(xiàn)中間繼電器控制液壓系統(tǒng)中刀架鎖緊和放松電磁閥動作。CNC通過系統(tǒng)I/O模塊與刀架控制單元輸入接口CN2,輸出接口CN1相連接。CNC內置的PMC(順序控制器)對刀架控制單元的輸入輸出信號進行運算和處理。
2.2 伺服刀架控制原理及工作流程
控制單元提供多種運行功能,各種功能由模式1, 2, 3 (MODE 1, MODE2, MODE3)進行編碼識別,如刀架自動正反轉、自動最短路徑、手動正反轉選刀、急停、復位、安全模式等7個功能。在伺服刀架運行前首先設定功能模式,接著由CNC向控制單元的I/O接口CN2中PBITOI,PBIT02, PBIT04, PBIT08, PBIT16共5位刀具號,及奇偶校驗位PARITY進行賦值,刀架回零時需全部賦數(shù)值0,對用戶輸入的T指令,由CNC進行譯碼處理后,給PBITOI-PBIT16, PARITY分別賦刀具值和奇偶校驗碼。最后啟動控制單元的PSTART信號并維持30ms以上,即可實現(xiàn)伺服刀架的回零、自動換刀、手動正反轉選刀等操作。值得注意的一點,伺服刀架在數(shù)控機床每次通電后,必須進行刀架的回零操作,否則刀架將無法運行。刀架鎖緊信號(LOCKED)常態(tài)為1,在換刀開始和結束時將發(fā)生跳變。當出現(xiàn)刀具索引信號(INDEXD)為1時,同時鎖緊信號發(fā)生0到1的跳變,即可判斷換刀過程已結束,自動換刀時PMC編程流程圖如圖2所示。
2.3 伺服刀架調試中關鍵問題分析
首先確保電氣連接的準確與安全,其次保證在機床實際工況下,電氣連接的可靠與穩(wěn)定。刀架伺服系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)主要控制刀架的鎖緊和放松,鎖緊壓力穩(wěn)定在4兆帕左右,液壓系統(tǒng)的好壞直接決定刀架的可靠運行,刀架鎖緊信號(LOCKED)狀態(tài)的實時監(jiān)測,可避免刀架的誤動作和撞刀,在PMC控制程序中,要將鎖緊信號作為關鍵控制條件來處理,一旦在工件加工過程中鎖緊信號發(fā)生變化,CNC需立即產(chǎn)生急停報警,同時切斷機床伺服軸、主軸及伺服刀架的動力電源。刀架控制單元上有信號監(jiān)測窗口,調試中可實時了解刀架本體的各種信號狀態(tài)及刀架報警代碼。在出現(xiàn)任何報警代碼時,刀架將無法運行,調試中必須將MODE1-MODE3賦數(shù)值零即可將報警復位,同時根據(jù)報警代碼排查故障原因,待報警原因處理完畢,才可進行刀架的運行功能調試。
3 結束語
隨著高檔數(shù)控車床伺服刀架的廣泛使用,對調試人員的PMC編程及電氣設計提出更高的要求,但只要掌握伺服刀架伺服系統(tǒng)的一般構成原理和關鍵信號的處理,可提高伺服刀架使用的可靠性和穩(wěn)定性,對提升整個數(shù)控車床的性能和加工能力起到至關重要的作用。
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本文標題:數(shù)控車床中數(shù)控伺服刀架伺服系統(tǒng)關鍵技術分析
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