李本紅，李歡

（1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山528137；2.普拉迪數(shù)控科技有限公司，廣東佛山528137）

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基于伺服驅(qū)動(dòng)的非標(biāo)加工中心高速刀庫(kù)系統(tǒng)及程序開(kāi)發(fā)

李本紅1，李歡2

（1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山528137；2.普拉迪數(shù)控科技有限公司，廣東佛山528137）

摘要：非標(biāo)數(shù)控加工中心對(duì)刀庫(kù)的要求重點(diǎn)在高速與高可靠性，論述了加工中心直取式飛碟刀庫(kù)的設(shè)計(jì)機(jī)理及結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了絕對(duì)式刀庫(kù)程序，優(yōu)化了換刀過(guò)程，并結(jié)合鋁材3軸加工中心進(jìn)行了實(shí)際使用。結(jié)果表明，程序可靠性與換刀準(zhǔn)確性都很高，達(dá)到了非標(biāo)設(shè)備廠(chǎng)家的加工要求。

關(guān)鍵詞：非標(biāo)；加工中心；刀庫(kù)；系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)

針對(duì)國(guó)內(nèi)制造業(yè)高精度、產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的增加以及非標(biāo)制造設(shè)備行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)非標(biāo)高速加工中心的需求越來(lái)越多，快速性、可靠性等性能要求也越來(lái)越高。高速加工中心作為數(shù)控機(jī)床的核心，其高速、高效、高精度等性能，在高精度制造業(yè)設(shè)備中占有不可替代的地位，國(guó)內(nèi)許多非標(biāo)數(shù)控機(jī)床廠(chǎng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力具有國(guó)際水平或接近國(guó)際水平。

然而國(guó)內(nèi)許多非標(biāo)設(shè)備制造企業(yè)在高速主軸與高速進(jìn)給的前提下提出對(duì)高品質(zhì)高速加工中心提出更高的換刀要求，佛山普拉迪數(shù)控科技有限公司與佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)過(guò)共同開(kāi)發(fā)非標(biāo)高速換刀設(shè)備，已成功開(kāi)發(fā)高速飛碟式換刀程序和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

本文采用臺(tái)灣東元交流伺服驅(qū)動(dòng)器和臺(tái)安飛碟刀庫(kù)進(jìn)行改裝高速非標(biāo)主軸，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)刀庫(kù)程序進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。

1　非標(biāo)刀庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PYA系列高速加工中心，是自主開(kāi)發(fā)研制的高速非標(biāo)加工中心機(jī)床，主要針對(duì)鋁型材非標(biāo)加工，主軸轉(zhuǎn)速15 000 r/min，主軸額定扭矩52 N·m，X軸快速移動(dòng)速度為60 m/min，Y、Z軸快速移動(dòng)速度均為48 m/min，X、Y、Z此3軸進(jìn)給速度均為36 m /s。飛碟式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由回轉(zhuǎn)體和分布其上面的刀夾單元及伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。通過(guò)i= 1∶89的擺線(xiàn)針輪減速機(jī)進(jìn)行刀庫(kù)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。刀庫(kù)伺服驅(qū)動(dòng)器采用東元JSDAP-30交流伺服驅(qū)動(dòng)器，配套伺服電機(jī)采用JSMA-PSC08A7（功率為0.75 kW，力矩為2.39 N·m，轉(zhuǎn)速3 000 r/min，額定電流5 A，輸出電壓0～230 V，編碼器規(guī)格為17BIT絕對(duì)編碼器），刀庫(kù)采用臺(tái)安飛碟式16位刀庫(kù)，飛碟式刀庫(kù)采用液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直取式抓刀，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行到位查詢(xún)，采用絕對(duì)式編碼器對(duì)刀位進(jìn)行檢測(cè)。

圖1　刀庫(kù)結(jié)構(gòu)示意

2　系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

2.1伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定

采用東元伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行刀庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)定伺服驅(qū)動(dòng)器為刀庫(kù)控制模式，伺服電機(jī)控制為有剎車(chē)模式，剎車(chē)采用24 V直流供電，伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定決定系統(tǒng)的工作模式，具體參數(shù)設(shè)定過(guò)程按照?qǐng)D2參數(shù)設(shè)定過(guò)程進(jìn)行設(shè)定。其中加減速設(shè)定要求啟動(dòng)和制動(dòng)比較平滑，沒(méi)有過(guò)沖現(xiàn)象。換刀旋轉(zhuǎn)速度最大設(shè)定為3 000 r/min，結(jié)合系統(tǒng)要求，PYA系列加工中心的換刀速度設(shè)定為1 500 r/min，剎車(chē)延遲和動(dòng)作時(shí)間分別為66.67 μs，刀庫(kù)數(shù)量為16，刀盤(pán)減速比的設(shè)定按照現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中的刀位定位情況進(jìn)行調(diào)整，本系統(tǒng)設(shè)定為80。

圖2　參數(shù)設(shè)定

2.2刀庫(kù)系統(tǒng)宏程序設(shè)計(jì)

為避免在調(diào)用刀庫(kù)過(guò)程中出現(xiàn)調(diào)用混亂，同時(shí)絕對(duì)式飛碟刀庫(kù)退刀采用機(jī)械式退刀，退刀偏心擠壓行程大約在10 mm左右，退刀速度分為兩種，擠壓退刀時(shí)采用低速，以免過(guò)大的機(jī)械沖擊造成設(shè)備的損壞，其換刀宏程序程序如下：

2.3系統(tǒng)編程思想

非標(biāo)快速刀庫(kù)程序的PMC程序編寫(xiě)前提是必須了解飛碟式刀庫(kù)的工作原理和刀庫(kù)的動(dòng)作過(guò)程，本程序按照PYA系列加工中心非標(biāo)快速刀庫(kù)的要求進(jìn)行編寫(xiě)，不同的非標(biāo)高速加工中心，刀庫(kù)不同，工作原理基本相似，PYA系列高速加工中心機(jī)床具體換刀過(guò)程參考圖3。

圖3　飛碟式快速刀庫(kù)換刀過(guò)程

2.4PMC程序的設(shè)計(jì)

按照換刀要求及換刀過(guò)程，針對(duì)快速刀庫(kù)的要求，編寫(xiě)了PMC程序，此程序適合于FUNAC 0i mate MD系統(tǒng)。進(jìn)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，飛碟絕對(duì)式快速刀庫(kù)的PMC程序如下：

3　小結(jié)

本刀庫(kù)程序開(kāi)發(fā)完成后，已經(jīng)在PYA系列數(shù)控加工中心上應(yīng)用，達(dá)到了合作開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的目的，換刀速度與國(guó)外同類(lèi)高速加工中心產(chǎn)品的水平相當(dāng)，其性能可靠，換刀過(guò)程平穩(wěn)，換刀過(guò)程無(wú)過(guò)沖，運(yùn)動(dòng)平衡無(wú)沖擊，該系列非標(biāo)高速加工中心的加工速度有了很大的提高，提升了國(guó)產(chǎn)化率和自主開(kāi)發(fā)的能力指數(shù)，降低了生產(chǎn)成本，對(duì)加工中心刀庫(kù)設(shè)計(jì)有一定參考價(jià)值，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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【責(zé)任編輯：任小平renxp90@163.com】

The development of non-standard CNC top speed magazine system and program based on the servo drive

LI Ben-hong1，LI Huan2
（1. Mechanical and Electrical Engineering Department，F(xiàn)oshan Polytechnic，F(xiàn)oshan 528137，China；2. PRATIC CNC Science and Technology Co. Ltd.，F(xiàn)oshan 528137，China）

Abstract∶The key requirements of non-standard CNC for tool magazine are top speed and high reliability. This study discusses the designing mechanism and structure of CNC straight type disco knife library. The absolute type tool magazine program has been designed，the tool change process has been optimized，and the in-service use has been carried combined with aluminum three-axis machine center. The Result proves that the program is with high tool change accuracy and reliability，and has reached the processing requirements for non-standard equipment manufacturers.

Key words∶non-standard；CNC；tool magazine；the design of system and program

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-0171（2016）03-0018-08

收稿日期：2015-04-22

作者簡(jiǎn)介：李本紅（1974-），男，湖南祁陽(yáng)人，佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。