秦曉陽(yáng)

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北武漢 430068）

0 引言

數(shù)控加工中心配備刀庫(kù)是其與普通數(shù)控機(jī)床的最大區(qū)別，它能實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)換刀，省去數(shù)控機(jī)床傳統(tǒng)換動(dòng)刀時(shí)每次都需要手動(dòng)換刀及再次對(duì)刀過(guò)程，從而大大提高了零件加工的效率及質(zhì)量。數(shù)控加工中心刀庫(kù)一般分為斗笠式刀庫(kù)和凸輪式刀庫(kù)，換刀方式相對(duì)應(yīng)為固定換刀和隨機(jī)換刀[1]。當(dāng)前數(shù)控加工中心斗笠式換刀過(guò)程還存在一些問(wèn)題待改進(jìn)，本文重點(diǎn)介紹電氣控制優(yōu)化設(shè)計(jì)思路和方法。

1 固定換刀動(dòng)作過(guò)程

根據(jù)主軸有無(wú)刀、換刀和取刀功能狀態(tài)，固定換刀動(dòng)作過(guò)程可分為四種情況[2]。

第一種為指令取刀號(hào)為主軸上刀號(hào)，換刀動(dòng)作不執(zhí)行，換刀結(jié)束。

第二種為主軸無(wú)刀，指令直接取刀。執(zhí)行換刀指令后，Z軸執(zhí)行機(jī)械回零，主軸定向，刀庫(kù)前進(jìn)右位，主軸松刀，刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)到指令取刀號(hào)位，Z軸下降到第二參考點(diǎn)，夾緊刀具，刀庫(kù)回退左位，換刀結(jié)束。

第三種為主軸有刀，指令直接還刀。執(zhí)行還刀指令后，Z軸直接回到第二參考點(diǎn)，主軸定向，刀庫(kù)前進(jìn)右位，主軸松刀，Z軸回第一參考點(diǎn)，主軸緊刀，刀庫(kù)回退左位，換刀結(jié)束。

第四種為主軸有刀，指令要取刀庫(kù)上的刀。執(zhí)行換刀指令后，Z軸直接回到第二參考點(diǎn)，主軸定向，刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)到主軸上刀號(hào)位，刀庫(kù)前進(jìn)右位，主軸松刀，Z軸回第一參考點(diǎn)，刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)到指令取刀號(hào)位，Z軸回到第二參考點(diǎn)，主軸緊刀，刀庫(kù)回退左位，換刀結(jié)束。

2 換刀過(guò)程存在的問(wèn)題

換刀過(guò)程由PMC控制及刀庫(kù)表記錄數(shù)據(jù)，規(guī)范操作及運(yùn)行情況下，整個(gè)斗笠式刀庫(kù)換刀過(guò)程都能正常運(yùn)行，但如果有人為操作失誤或外界電源因素干擾，就可能出現(xiàn)換刀混亂故障[3]。例如缺乏主軸上有無(wú)刀的判別。如果不對(duì)主軸上是否有刀進(jìn)行判別，此時(shí)主軸上已有刀，這時(shí)PMC刀庫(kù)表是記錄了該刀號(hào)數(shù)據(jù)的，但如果人為取下該刀，會(huì)導(dǎo)致PMC刀庫(kù)表數(shù)據(jù)跟實(shí)際的對(duì)應(yīng)不上，PMC還是會(huì)認(rèn)為刀具在主軸上，這就會(huì)讓整個(gè)換刀過(guò)程出現(xiàn)混亂[4]；但如果是取下主軸上刀后又手動(dòng)換上其他刀具，會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)在的刀具跟原來(lái)PMC刀庫(kù)表記錄的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)不上，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)主軸上刀柄跟刀庫(kù)上刀柄相碰撞的嚴(yán)重事故，造成主軸、刀具、刀庫(kù)和機(jī)械卡手損壞。

3 電氣控制優(yōu)化設(shè)計(jì)

數(shù)控加工中心主軸箱如圖1所示，主要由主軸電機(jī)、打刀缸、主軸軸體和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成[5]。打刀缸通氣下壓時(shí)，主軸拉爪松開(kāi)，實(shí)現(xiàn)主軸松刀功能；打刀缸斷氣回位時(shí)，主軸拉爪收緊，實(shí)現(xiàn)主軸緊刀功能[6]。

為了實(shí)現(xiàn)主軸有無(wú)刀判別，在電路設(shè)計(jì)中加入紅外線發(fā)射器和接收器，如圖2所示。當(dāng)主軸上無(wú)裝刀具時(shí)，主軸拉桿伸出長(zhǎng)度會(huì)比較長(zhǎng)，這時(shí)紅外線發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)會(huì)被主軸拉桿擋回，接收器收不到信號(hào)，輸出低電平到PMC端，經(jīng)過(guò)PMC編程，判斷主軸上無(wú)刀狀態(tài)[7]。

當(dāng)主軸上裝有刀具時(shí)，如圖3所示。此時(shí)主軸拉爪抓住刀具，主軸拉桿會(huì)比原先下降一小段距離[8]，這時(shí)紅外線發(fā)射器發(fā)射的紅外線剛好穿過(guò)主軸拉桿上方，接收器收到信號(hào)，輸出高電平到PMC端，經(jīng)過(guò)PMC編程，判斷主軸上有刀狀態(tài)。

圖3 主軸有刀電氣判別圖

圖2 主軸無(wú)刀電氣判別圖

4 PMC編程設(shè)計(jì)

把紅外線接收器信號(hào)輸出端連接PMC的X10.0輸入端[9]，當(dāng)主軸有刀時(shí)，紅外線接收器輸出高電平，X10.0為高電平，開(kāi)關(guān)閉合，從而輸出中間繼電器R510.0，告訴數(shù)控系統(tǒng)主軸裝上刀了，同時(shí)R510.0觸動(dòng)閉合，輸出Y10.0，在控制面板上顯示主軸有刀燈亮。如果主軸無(wú)刀，紅外線接收器發(fā)送低電平到達(dá)X10.0,R510.0為低電平，系統(tǒng)得到主軸無(wú)刀信號(hào)，同時(shí)Y10.0無(wú)輸出，控制面板上主軸有刀燈滅[10]。（PMC程序如圖4所示）。

圖4 主軸有無(wú)刀PMC程序圖

5 結(jié)語(yǔ)

刀庫(kù)電路經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在實(shí)際應(yīng)用中效果良好，換刀過(guò)程更加穩(wěn)定可靠，避免了換刀過(guò)程中PMC刀庫(kù)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)不相符的情況，從而避免了刀撞刀等嚴(yán)重事故的發(fā)生，為高效率高質(zhì)量的零件加工生產(chǎn)提供了有力的保障。

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