佐 濤

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東青島 266555）

0 引言

數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床。機(jī)床夾具作為數(shù)控加工中心的重要組成部分之一，是產(chǎn)品制造的重要環(huán)節(jié)，影響著機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)水平[1]，因此機(jī)床夾具的位置檢測(cè)極為重要。在自動(dòng)化生產(chǎn)線中開動(dòng)率、停線率是衡量設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)于生產(chǎn)線來說節(jié)拍快、故障率低已成為產(chǎn)量輸出最大化的有效手段，本文主要介紹了遠(yuǎn)程傳感器在NTC 數(shù)控加工中心的應(yīng)用及改造案例。

1 遠(yuǎn)程傳感器現(xiàn)狀及工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)工廠一期曲軸線生產(chǎn)B12MCEN12B15 產(chǎn)品。OP10工位采用4 臺(tái)NTC 數(shù)控加工中心加工曲軸芯端軸和法蘭端，通過遠(yuǎn)程傳感器[2]監(jiān)控工件夾具夾緊松開狀態(tài)。受加工倉內(nèi)部濕熱環(huán)境及加工產(chǎn)生的鐵屑影響，遠(yuǎn)程傳感器模塊故障頻繁，每年每臺(tái)平均造成50 h 以上停機(jī)，此工位成為生產(chǎn)線的瓶頸工位，曲軸線OP0101/OP0102/OP0103/OP0104 遠(yuǎn)程傳感器模塊故障時(shí)間變化趨勢(shì)如圖1 所示。

圖1 遠(yuǎn)程傳感器模塊故障時(shí)間變化趨勢(shì)

NTC 數(shù)控加工中心B 軸為機(jī)床工作臺(tái)，加工曲軸時(shí)工作臺(tái)可±90°進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，上料狀態(tài)時(shí)工作臺(tái)在0°位置。采用雙夾具共12 個(gè)傳感器監(jiān)控夾具加緊松開狀態(tài)，分別是徑向定位夾緊和松開、軸向定位夾緊和松開、V 形夾具夾緊和松開。由于工作臺(tái)在0°和±90°之間來回旋轉(zhuǎn)，所以夾具傳感器電纜無法直接接入機(jī)床電氣柜中。機(jī)床采用的方式為：夾具上的傳感器接入固定在機(jī)床工作臺(tái)上的遠(yuǎn)程傳感器發(fā)射器端與機(jī)床B 軸工作臺(tái)同步旋轉(zhuǎn)，接收器固定在機(jī)床加工倉內(nèi)部固定支架上。當(dāng)機(jī)床B 軸在0°位置時(shí)發(fā)射器與接收器位置對(duì)正（5 mm 的間隙），傳感器信號(hào)通過發(fā)射器發(fā)送到接收器端，接收器將信號(hào)通過硬接線的方式接入到FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊（圖2、圖3）。

圖2 遠(yuǎn)程傳感器原理

圖3 機(jī)床內(nèi)部遠(yuǎn)程傳感器

2 遠(yuǎn)程傳感器改造

2.1 自主分析確定方案

數(shù)控加工中心的控制系統(tǒng)主要由CNC 控制器、PMC 和硬件控制電路組成。NTC 數(shù)控加工中心采用了FANUC 16i 數(shù)控系統(tǒng)和與之配套的PMC[3]。通過對(duì)遠(yuǎn)程傳感器失效模式的分析，制定曲軸線遠(yuǎn)程傳感器改造方案，主要步驟為：

（1）拆除加工倉內(nèi)部遠(yuǎn)程傳感器模塊。

（2）在機(jī)床外部增加一組液壓缸。

（3）改造機(jī)床油路，利用外部液壓缸檢測(cè)夾具狀態(tài)。

（4）編寫PMC 相關(guān)邏輯控制。

2.2 改造方案一

增加1 個(gè)同步油缸，用來反映夾具狀態(tài)，代替原有的遠(yuǎn)程傳感器。通過同步閥分流，進(jìn)入或流出①油缸和②油缸中的液壓油的油量始終保持相等，這樣就保證了兩個(gè)油缸動(dòng)作一致。因此可以通過監(jiān)控②油缸的動(dòng)作來獲?、儆透椎臓顟B(tài)（圖4）。

圖4 方案一液壓管路

工作內(nèi)容有：

（1）每臺(tái)機(jī)床增加3 個(gè)同步油缸、3 個(gè)同步閥。

（2）制作安裝油缸和閥的支架。

（3）設(shè)計(jì)加工油缸和閥的連接管路。

（4）將加工倉內(nèi)部的夾具到位傳感器移到加工倉外部。

（5）使用I/O 模塊連接各傳感器，并發(fā)送給機(jī)床，取消遠(yuǎn)程傳感器機(jī)構(gòu)。

方案驗(yàn)證：當(dāng)夾緊油缸已經(jīng)夾緊時(shí)，同步油缸仍然動(dòng)作，至油缸的終點(diǎn)位置，驗(yàn)證失敗。分析原因?yàn)橥介y要求同步油缸與夾緊油缸行程一致，與現(xiàn)場(chǎng)狀況不符。

2.3 改造方案二

增加2 個(gè)反饋油缸，用來反映夾具狀態(tài)，代替原有的遠(yuǎn)程傳感器（圖5）。當(dāng)①油缸夾緊時(shí)，左端腔的油進(jìn)入③油缸的右端，③油缸的活塞桿后退，根據(jù)活塞桿的后退狀態(tài)可以反饋①油缸是否夾緊。同理，當(dāng)①油缸松開時(shí)④油缸的活塞桿可反饋①油缸是否松開。

圖5 方案二液壓管路

工作內(nèi)容有：

（1）每臺(tái)機(jī)床增加6 個(gè)反饋油缸、6 個(gè)普通單向閥、6 個(gè)帶開啟壓力的單向閥。

（2）制作安裝油缸和閥的支架。

（3）設(shè)計(jì)加工油缸和閥的連接管路。

（4）將加工倉內(nèi)部的夾具到位傳感器移到加工倉外部。

（5）使用I/O 模塊連接各傳感器，并發(fā)送給機(jī)床，取消遠(yuǎn)程傳感器機(jī)構(gòu)。

方案驗(yàn)證：按該方案在機(jī)床上安裝驗(yàn)證，油缸動(dòng)作正常，驗(yàn)證成功，改造后夾具位置反饋裝置如圖6 所示。

圖6 新夾具位置反饋裝置

2.4 PMC 程序修改

以軸向定位夾具為例，更改后軸向定位夾緊分為兩種模式，帶工件夾緊和不帶工件夾緊。D822.0 用來判斷機(jī)床是否有工件，當(dāng)機(jī)床有工件時(shí)X17.0 軸向定位1 夾緊到位有信號(hào)且X17.1 軸向松開到位1 沒有信號(hào)，或當(dāng)機(jī)床沒有工件時(shí)X18.0 軸向定位2 夾緊到位有信號(hào)且X18.1 軸向松開到位2 沒有信號(hào)，軸向到位線圈R805.4 接通，作為機(jī)床軸向定位的狀態(tài)信號(hào)。軸向定位松開X17.1 或者X18.1任何一個(gè)松開到位信號(hào)有信號(hào)，線圈R805.5 接通，作為機(jī)床軸向定位松開的狀態(tài)信號(hào)。更改后的部分PMC 程序如圖7 所示。

圖7 軸向定位PMC 程序段

3 結(jié)束語

改造后機(jī)床不再需要遠(yuǎn)程傳感器，將加工倉內(nèi)部的夾具到位傳感器移到加工倉外部，使用I/O 模塊連接各傳感器，并發(fā)送給機(jī)床輸入模塊。減少了遠(yuǎn)程傳感器高昂的備件采購成本，傳感器以及增加的反饋油缸在加工倉外部工作環(huán)境得到改善，大大延長(zhǎng)使用壽命。單臺(tái)設(shè)備停機(jī)時(shí)間由50 h/年降至5 h/年以內(nèi)，有效提高生產(chǎn)效率。