申阿維，韓彥科，謝晶晶，楊春蘭

（陜西秦川精密數(shù)控機(jī)床工程研究有限公司，陜西 西安 710018）

引言

在工業(yè)自動化快速發(fā)展的當(dāng)下，伴隨著人力成本的不斷上升，自動化和智能化應(yīng)運(yùn)而生。對于廣泛用于數(shù)控加工的自動化定位夾具，其夾緊機(jī)構(gòu)若失效[1]，則無法正常夾緊或者松開夾具，一旦系統(tǒng)不能及時檢測出該故障，設(shè)備和自動化機(jī)構(gòu)都有可能發(fā)生安全事故。因此配套自動生產(chǎn)線，機(jī)器人上下料對工件夾緊信號的檢測及反饋非常重要。

數(shù)控機(jī)床工件置于工裝后必須通過夾緊機(jī)構(gòu)產(chǎn)生夾緊力，將工件拉緊在工裝夾具上并固定，避免由于加工中切削力、離心力等產(chǎn)生松動、振動，從而影響工件的加工精度及安全隱患，工件夾緊裝置的信號反饋就顯得尤為重要。通過對工件夾緊信號采集系統(tǒng)的研究，以便于設(shè)計出方便實用的裝置，對機(jī)床加工調(diào)試效率有很好的提升[2]。

1 工件夾緊信號采集系統(tǒng)簡介

現(xiàn)有的機(jī)床夾緊檢測方式是采用兩個電感式接近開關(guān)分別檢測工作臺中心拉桿的位置，來實現(xiàn)拉緊放松狀態(tài)監(jiān)測。這是通用的方法，但是存在缺陷，需要根據(jù)工件拉緊行程去調(diào)整電感式接近開關(guān)的安裝位置，然后在安裝過程中進(jìn)行反復(fù)調(diào)整其安裝位置，才能準(zhǔn)確反饋信號，操作效率低，而且在更換工件種類時，因為工件不同，夾具設(shè)計也不同，需要的拉緊行程還需重新調(diào)整，浪費(fèi)了大量的人力物力，降低了生產(chǎn)效率。這在客戶使用中就出現(xiàn)過，工裝設(shè)計的拉緊行程只有5 mm，而電感式接近開關(guān)直徑達(dá)12 mm，顯然檢測工件拉緊和放松的兩個開關(guān)在垂直空間上距離很近，導(dǎo)致機(jī)床加工運(yùn)行一段時間后，就出現(xiàn)夾緊放松開關(guān)信號同時觸發(fā)，機(jī)床報警停機(jī)，現(xiàn)場操作工需要拆開機(jī)床前面防護(hù)蓋，調(diào)整里面的觸發(fā)信號的觸頭位置并緊固，然而調(diào)整完后使用一段時間，又會出現(xiàn)同樣的情況。分析導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因，主要是接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離時，即可使開關(guān)動作，從而驅(qū)動系統(tǒng)提供控制指令，當(dāng)兩個感應(yīng)開關(guān)垂直方向錯位距離小，某一種狀態(tài)下，感應(yīng)面與觸頭都有重疊區(qū)，就會導(dǎo)致同時觸發(fā)拉緊放松開關(guān)信號。

機(jī)床在加工運(yùn)行中一旦報警停機(jī)，整個生產(chǎn)線就會癱瘓，對工廠造成損失。另一方面，用戶對機(jī)床的使用好感度降低，所以要從根本解決這個問題，原有的電感式接近開關(guān)檢測，在各方面已經(jīng)滿足不了客戶使用要求，急需改進(jìn)優(yōu)化工件夾緊檢測機(jī)構(gòu)，換不同工件，經(jīng)過反復(fù)試驗驗證。

改進(jìn)的工件夾緊檢測裝置，包括控制單元、動力輸出單元、動作執(zhí)行單元、檢測反饋單元?？刂茊卧菣C(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，通過電磁閥控制油缸；動力輸出單元主要是油缸，通過改變進(jìn)出油方向，使活塞驅(qū)動中軸拉桿上下移動，實現(xiàn)夾緊放松[3]；動作執(zhí)行單元包括工作臺中軸拉桿，中軸拉桿與工裝夾具連接；檢測反饋單元是通過位移傳感器對拉緊到位位移的檢測，傳感器測量桿通過過渡零件與中軸活塞桿連接，位移信號反饋至數(shù)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)接收的信號執(zhí)行下一步動作。

2 工件夾緊信號檢測步驟（如下頁圖1）

1）通過數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送工件夾緊信號給電磁閥，電磁閥打開，同時油缸一側(cè)腔體充油；

2）油缸推動中軸拉桿向下移動，中軸拉桿帶動工裝夾具，進(jìn)而將工件夾緊；

3）中軸拉桿的移動帶動位移傳感器的測量桿移動，電位計式位移傳感器測量噴涂在PCB上的導(dǎo)電電阻材料阻值，從而實現(xiàn)精密的控制和調(diào)節(jié)測量?；惭b在連動桿上和導(dǎo)電電阻材料緊密結(jié)合。

圖1 檢測步驟

4）經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器，電位計滑刷上的信號毫無損耗地接入高阻抗輸入端，此信號能被轉(zhuǎn)換成與所測位移成正比例關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出（電壓信號），并保證信號的可靠性和抗干擾性；

5）處理后的位移信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊處理成數(shù)字量電壓信號；

6）最后將數(shù)字量電壓信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)，記錄該位置，并顯示工件已夾緊。

更換不同工件時，將工件安裝到夾具上，反復(fù)執(zhí)行夾緊放松動作；通過數(shù)控系統(tǒng)對夾緊位置進(jìn)行標(biāo)記并記錄，同批工件，可選取幾個記錄值，計算出允許的偏差，對后續(xù)狀態(tài)準(zhǔn)確判斷。該夾緊信號檢測反饋裝置見圖2。隨著工件夾緊動作指令執(zhí)行，油缸活塞向下動作，與其固定連接的滑板帶動過渡件向下移動，電位計式位移傳感器連動桿端頭固定在過渡件上，滑刷在其連動桿上產(chǎn)生相對移動，檢測信號并反饋。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對導(dǎo)向板與滑板的接觸面平行度、粗糙度等均嚴(yán)格要求，減小傳感器連動桿的側(cè)向受力。

3 驗證

圖2 夾緊信號檢測反饋裝置

改進(jìn)的工件夾緊檢測裝置中直線位移傳感器很關(guān)鍵，在方案評審中，我們對其使用可行性進(jìn)行各方面剖析，經(jīng)過調(diào)研，測量精度高、使用壽命長，適合應(yīng)用于不同場合，運(yùn)行次數(shù)100×106次，線性優(yōu)異，運(yùn)行速度最高可達(dá)10 m/s，滿足要求；油缸活塞上下運(yùn)動時帶動位移傳感器時會產(chǎn)生側(cè)向應(yīng)力，電位計式位移傳感器中的球鉸結(jié)構(gòu)耦合（可安裝在拉桿的任一端），可保證傳感器運(yùn)動自如，即便是傳感器拉桿方向與運(yùn)動受力方向存在側(cè)向張力，也不會損壞傳感器。由貴金屬制成的多觸點、帶有彈簧阻尼和獨立緩沖裝置的滑刷，即使在高速運(yùn)行或經(jīng)受沖擊和震蕩時仍能保證與電阻片的可靠接觸，能充分滿足工況使用要求。

從理論設(shè)計到結(jié)構(gòu)設(shè)計、出二維工程圖紙、機(jī)械裝配，最終經(jīng)過電氣反復(fù)調(diào)試，更換不同夾緊行程的工裝，其反饋信號均能保持穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期效果。在確保高重復(fù)定位精度的前提下，實現(xiàn)了工件的快速夾緊。

4 結(jié)論

該夾緊信號采集系統(tǒng)通過位移傳感器對中軸拉桿移動位置進(jìn)行測量并反饋給系統(tǒng)，對加工不同規(guī)格工件的夾緊位置進(jìn)行快速記錄，同批工件取平均值并帶偏差范圍，避免了人工頻繁調(diào)整信號開關(guān)位置，確保信號容錯率，朝著智能化方向發(fā)展，與機(jī)器人上下料快速對接，提高了生產(chǎn)效率。