孟曉明，孫 偉

(遼寧輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，遼寧 錦州116100)

在數(shù)控機(jī)床行業(yè)中，數(shù)控系統(tǒng)是指計算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程序控制器、進(jìn)給驅(qū)動與主軸驅(qū)動裝置等相關(guān)設(shè)備的總稱。有時是指其中的計算機(jī)數(shù)字控制裝置，并將該控制裝置稱為數(shù)控裝置。數(shù)控系統(tǒng)的組成及各部分的作用，如圖1所示。

圖1 Position－Mate－A軸切換控制原理框圖

從圖1 Position－Mate－A軸切換控制原理框圖中可看出本單軸CMC操作系統(tǒng)主要適用于刀庫，這需要連續(xù)且更為精確定位的CMC系統(tǒng)，該加工中心由以下結(jié)構(gòu)組成:單軸定位控制器、兩個伺服電動機(jī)、1個伺服單元。這些設(shè)備主要用于對刀庫轉(zhuǎn)臺的控制。該機(jī)床具有一種優(yōu)勢，就是轉(zhuǎn)臺和刀庫無需同時動作，這就避免了由于摩擦等原因產(chǎn)生的設(shè)備磨損，從而達(dá)到降低成本的目的。

對程序指令的發(fā)放和處理具體步驟為:(1)CNC控制器負(fù)責(zé)對PMC發(fā)放指令。(2)PMC根據(jù)對CNC發(fā)放指令的運(yùn)算處理并發(fā)出控制指令和移動指令。轉(zhuǎn)臺運(yùn)行指令和軸切換指令的作用是使控制器的運(yùn)行方式發(fā)生轉(zhuǎn)變。即由刀庫運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)臺運(yùn)行。具體流程為:(1)伺服處于斷開狀態(tài);(2)切換伺服電動機(jī)動力線;(3)地位控制器由刀庫方式變?yōu)檗D(zhuǎn)臺方式;(4)接通伺服;(5)到達(dá)指定位置。

值得注意的是，上述步驟運(yùn)行完成后切換到刀庫的運(yùn)行方式，其中需要急停信號切換到控制器急停接口。

在機(jī)床的運(yùn)行過程中通常會出現(xiàn)較多意外情況，操作者要憑經(jīng)驗對其進(jìn)行分析，當(dāng)出現(xiàn)刀庫劇烈抖動時，如果處理不當(dāng)?shù)稁熘懈鞑考p壞程度將加深。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于在急停釋放時，控制器處于復(fù)位狀態(tài)，此時軸的運(yùn)行方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，但實際上該指令并未執(zhí)行，因此會出現(xiàn)非正常的軸切換動作。針對上述問題的分析和研究后發(fā)現(xiàn)，使用常用的方法去解決這一問題并未得到較好的效果。經(jīng)過實踐研究發(fā)現(xiàn)采用以下的方法解決該問題，將起到滿意的效果。即在轉(zhuǎn)換過程中使輸出處于斷開狀態(tài)，這就不會使刀庫出現(xiàn)劇烈抖動現(xiàn)象，根據(jù)以上分析對PMC急?；芈愤M(jìn)行了改進(jìn)，如圖2所示。

圖2 PLC急停控制處理程序

具體分析如下;在轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)的過程中，按下急停按鈕后。ESP信號與EMGB接通，隨后進(jìn)行自行解鎖，如果不切除總電源該信號將不發(fā)生任何變化。因此，雖然CNC已回到初始狀態(tài)，但EMGB信號始終為“1”，用于切換轉(zhuǎn)臺和刀庫的輸出信號卻始終為“0”，這會使兩個切換接觸器同時斷電，并且定位控制器和伺服單元處于報警狀態(tài)，此時會對CNC發(fā)出報警信號和信息提示。如果要解除報警，則必須切斷電源重新啟動機(jī)床，利用上述方法可從根本上排除該故障。

1 ATC裝/卸刀手狀態(tài)指示器調(diào)試分析

某加工中心使用分離式結(jié)構(gòu)刀庫機(jī)械手，用液壓油缸的方法來完成機(jī)械手換刀的環(huán)節(jié)。機(jī)械手在主軸側(cè)順時針轉(zhuǎn)動180°完成換刀動作。感應(yīng)塊觸發(fā)LS+180°進(jìn)而接近開關(guān)來得到位檢測。在下一換刀工序中，機(jī)械手反轉(zhuǎn)180°實現(xiàn)換刀，感應(yīng)塊觸發(fā)LS+180°進(jìn)而接近開關(guān)來得到位檢測。從上述換刀步驟分析可得出結(jié)論，機(jī)械手需正/反轉(zhuǎn)75°動作就可達(dá)到換刀目的。也就是在每次換刀過程中，手架只需正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)180°。

對于確定機(jī)械手正傳或反轉(zhuǎn)180°較困難。因為每次機(jī)械手換刀的起始位置總是處于－75°，而相應(yīng)的感應(yīng)塊位置并不在接近開關(guān)的位置，因此無法確定機(jī)械手所處的具體位置。如果能在PLC辨別出機(jī)械手的位置和狀態(tài)，則可簡單的控制±180°回轉(zhuǎn)方向。

如圖3所示，文中針對在日本FANUC Oi系統(tǒng)PLC程序基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，以適應(yīng)實際工作需要。循環(huán)技術(shù)是該程序的重要組成部分，其工作原理類似于邏輯電路中的觸發(fā)器。其運(yùn)行原理如下:PLC中的S信號代表著計數(shù)狀態(tài)，當(dāng)S信號為“0”和“1”時分別代表攜手抓和裝刀爪，圖3代表裝刀手的運(yùn)行狀態(tài)變化趨勢S。S狀態(tài)的變化與機(jī)械手旋轉(zhuǎn)次數(shù)有關(guān)，每旋轉(zhuǎn)一周變化一次。此系統(tǒng)運(yùn)行時為斷電保護(hù)，因此當(dāng)出現(xiàn)斷電或停機(jī)現(xiàn)象時不會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失。

圖3 主軸測換刀程序

由圖3可知，在兩次換刀過程中，當(dāng)M信號傳輸?shù)綑C(jī)械回路中，第一次機(jī)輸出+180°，第二次輸出－180°。因此機(jī)械手第一次正轉(zhuǎn)180°，第二次反轉(zhuǎn)180°，然后分別進(jìn)入動作ATC6。當(dāng)進(jìn)行機(jī)械手的拆卸工作時，要依據(jù)機(jī)械手的位置設(shè)置與相對應(yīng)的0或1數(shù)據(jù)，設(shè)置過程在計數(shù)器中完成。

2 旋轉(zhuǎn)軸位置檢測調(diào)試方法

通過技術(shù)引進(jìn)而生產(chǎn)的加工中心刀庫可取代絕對位置編碼器。該技術(shù)原理如圖4所示。在控制系統(tǒng)PLC輸入接口中會得到兩位BCD碼DL1～DL8、DH1～DH4和同步信號DB。對于每個刀位PG都會給出與刀位號相同的BCD碼，PLC根據(jù)起動刀鏈的驅(qū)動裝置，得到與編碼器輸出相符的刀位，最終實現(xiàn)精確定位。

考慮到費(fèi)用和工作效率等問題，文中設(shè)計了一套既經(jīng)濟(jì)又適用的位置識別方法。如圖5所示，在刀鏈的主動輪上制作一個感應(yīng)盤，該感應(yīng)盤分為4個感應(yīng)區(qū)間。對于刀位旋轉(zhuǎn)的計數(shù)和定位監(jiān)測，又另外安裝了2個無觸點(diǎn)開關(guān)，分別為LS1和LS2。定位控制:在PLC移動指令完成時，將刀鏈速度在正常運(yùn)行速度的基礎(chǔ)上調(diào)慢。當(dāng)LS1、LS2同時接通時停止機(jī)器的旋轉(zhuǎn)，然后進(jìn)行精確定位。其程序如圖6所示。

圖6 PLC程序圖

PLC中含有加/減循環(huán)計數(shù)裝置，該程序計數(shù)裝置的范圍是1～60，斷電保持型循環(huán)計數(shù)器的地址為D515，其中D517內(nèi)寄存的數(shù)據(jù)格式為現(xiàn)行計數(shù)值類型。由刀鏈刀號順序確定的刀庫在正轉(zhuǎn)(MGCCW)時的計數(shù)由CCWP觸發(fā)，CMP觸發(fā)刀庫反轉(zhuǎn)計數(shù)信號。當(dāng)?shù)段恍D(zhuǎn)一次，計數(shù)器進(jìn)行加減計數(shù)，防止在計數(shù)的過程中出錯。例如:機(jī)床在正常工作過程中出現(xiàn)斷電或停車。如果重新啟動，計數(shù)將發(fā)生錯誤。針對該問題，文中設(shè)計了一個特殊裝置CANP。該裝置確保了刀鏈運(yùn)動至LS1和LS2時，均未感應(yīng)位置起動直到停止期間才允許計數(shù)。為隨后換刀程序的順利進(jìn)行，在刀庫運(yùn)行期間將D517內(nèi)部數(shù)據(jù)保存到D560內(nèi)。該機(jī)床無需擔(dān)心機(jī)床突然停機(jī)而造成的數(shù)據(jù)丟失，因為該機(jī)床具有斷電保護(hù)功能。

機(jī)床的調(diào)試與使用要根據(jù)實際工作情況而定，不能按照統(tǒng)一的模板解決所有問題，文中僅針對之前所遇到的問題做出了分析。在實際工作中采用以上方法使機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定，且方便調(diào)試。同時還提高了工作效率。因此，該方法具有較好的發(fā)展與應(yīng)用前景。

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