fanuc數(shù)控車床刀架控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-09-10 11:12 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 感器、各種開關(guān)，等等?；魻栃?yīng)是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強的霍爾效應(yīng)。精度是一臺數(shù)控機床的生命，假如機床喪失了精度也就喪失了加工生產(chǎn)的意義了，數(shù)控機床精度的保障很大一部分源于霍爾元件的檢測精準性。在數(shù)控機床上常用到的是霍爾接近開光：霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。用霍爾開關(guān)檢測刀位。首先，得到換刀信號，即換刀開關(guān)接通先接通。隨后電機通過驅(qū)動放大器正轉(zhuǎn)，刀架抬起，電機繼續(xù)正轉(zhuǎn)，刀架轉(zhuǎn)過一個工位，霍爾元件檢測是否為所需刀位，若是，則電機停轉(zhuǎn)延時再反轉(zhuǎn)刀架下降壓緊，若不是，電機繼續(xù)正轉(zhuǎn)，刀架繼續(xù)轉(zhuǎn)位直至所需刀位。接通整個電路電源，將換刀開關(guān)置于自動擋，再按下開始開關(guān)進行換刀，正傳線圈自鎖，自動進行換刀。當(dāng)轉(zhuǎn)到所需刀位時，刀位對應(yīng)霍爾元件自動斷開，電機停止正轉(zhuǎn)。并接通反轉(zhuǎn)電路，延時反轉(zhuǎn)，刀架下降并壓緊。從執(zhí)行圖與分析中可以看出霍爾元件在數(shù)控機床中的重要作用。它不但起到了檢測與反饋作用，而且也是數(shù)控機床精度可靠性的保障。 刀架電氣控制刀架具有很多種類。下面以霍爾元件檢測刀位的簡易刀架為例，進行說明。簡易刀架是經(jīng)濟型車床上最常用的一種自動換刀機構(gòu)。它機械結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試和使用方便。刀架采用三相異步電動機驅(qū)動，刀位檢測采用霍爾元件。這種道具只能單方向換刀，電動機正轉(zhuǎn)換刀，反轉(zhuǎn)鎖緊。刀架反轉(zhuǎn)鎖緊時刀架電動機實際上是一種堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此刀架電動機反轉(zhuǎn)的時間不能太長，否則可能導(dǎo)致刀架電動機的損壞。刀架上每一個刀位都配備一個霍爾元件，如四工位刀架，需要配備4個霍爾元件?；魻栐某B(tài)時截止，當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)到工作位置時，利用磁體使霍爾元件導(dǎo)通，將刀架位置狀態(tài)發(fā)送到PLC的數(shù)字輸入端?；魻栐挥袑?dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，因此對于電平有效地數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字輸入接口。刀架電動機的轉(zhuǎn)動由PLC數(shù)字輸出控制。通過PLC的數(shù)字輸出，控制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動交流接觸器接通三相交流電源，使刀架電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當(dāng)PLC應(yīng)用程序由數(shù)控系統(tǒng)的信號接口或從機床控制面板得到換刀指令后，控制刀架電動機正轉(zhuǎn)，同時通過PLC的數(shù)字輸入監(jiān)控刀架的實際位置。如果刀架的實際位置已經(jīng)處于指令位置，PLC應(yīng)用程序控制刀架電動機反轉(zhuǎn)鎖緊，并啟動延時控制。延時時間到達后，刀架反轉(zhuǎn)停止，換刀過程結(jié)束。車床換刀時要考慮的安全問題是在換刀過程中刀具不能與工作碰撞。換刀時，零件程序首先控制各坐標軸退至安全位置，再執(zhí)行換刀指令TX。換刀完成后，快速移動到工件坐標系原點，繼續(xù)加工。就是說在換刀指令完成之前，PLC要鎖定零件程序的繼續(xù)執(zhí)行，同時要禁止坐標軸的運動。鎖定零件程序的繼續(xù)執(zhí)行是通過數(shù)控系統(tǒng)信號就看中通道信號“讀入禁止”實現(xiàn)的；坐標軸禁止運動則是通過通道接口中的“進給保持”信號置位實現(xiàn)的。刀架鎖緊是，刀架電動機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以刀架的鎖緊時間不能太長。由于不同廠商生產(chǎn)的刀架，反轉(zhuǎn)鎖緊的時間可能不同，因此刀架的鎖緊時間在PLC應(yīng)用程序中是一個可變的值。刀架鎖緊所需的時間，應(yīng)該以刀架生產(chǎn)廠商的技術(shù)指標為準?？紤]鎖緊時間的可變性，可以使用PLC參數(shù)定義刀架的鎖緊時間。如果使用了PLC參數(shù)，必須在PLC應(yīng)用程序的技術(shù)說明書中定義該參數(shù)的單位和取值范圍，這樣在機床的生產(chǎn)過程中，操作人員可以根據(jù)PLC技術(shù)說明書設(shè)定PLC參數(shù)。同時，在PLC初始化時應(yīng)該檢查輸入的參數(shù)是否在定義的取值范圍之內(nèi)。如果小于地限值；如果超出高限，則令其等于高限值。刀架電動機的反轉(zhuǎn)時間切忌過長。如果刀位檢測信號出現(xiàn)問題，將使換刀過程不能結(jié)束，因此PLC應(yīng)用程序永遠不能找到零件程序中的目標刀具。這種情況在機床使用過程中是有可能出現(xiàn)的，如果冷卻液進入刀架，使霍爾元件損壞或刀位信號斷線等。從刀架的時序圖中可以看出，刀架的位置檢測信號在任何時候都沒有全“0”或都為“1”，則說明刀架硬件故障。這時應(yīng)通過激活PLC報警向操作人員提供故障信息，提醒操作人員對刀架進行檢修。所謂時間監(jiān)控是監(jiān)控從啟動換刀到找目標刀具的時間。如在換刀過程中由于刀位信號故障或編程錯誤，都可能導(dǎo)致找不到目標刀位，使換刀過程不能完成。監(jiān)控換刀時間的PLC應(yīng)用程序可利用換刀指令激活一個定時器，如果在定時器規(guī)定時間內(nèi)無法找到目標刀位，PLC程序激活報警，操作人員通過報警提示進行檢修。同樣，換刀的監(jiān)控時間可以通過PLC參數(shù)設(shè)定，并在PLC技術(shù)說明書中定義參數(shù)單位和取值范圍。刀架電氣控制圖如圖23所示。1）刀架電氣控制組成部分包括電源、變壓器、整流電路、CNC、PLC輸入/輸出板、接觸器和中間繼電器。2）刀架電氣控制通電過程：電源斷路器（QF1）斷路器（QF2）變壓器整流電路接觸器（KMKM2）刀架正反轉(zhuǎn)。3）刀架電氣控制信號傳遞過程：外加信號整流電路CNCPLC輸入CNCPLC輸出中間繼電器（KAKA9）刀架正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，控制繼電器動作，電動機正轉(zhuǎn)，通過蝸輪、蝸桿、螺桿將刀架體上升一定高度后，端面齒脫開，轉(zhuǎn)位套通過銷釘與蝸輪絲杠一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)端面齒完全脫開，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160度，此時球頭銷在彈力的作用下進入轉(zhuǎn)位套的槽中，帶動刀架體旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)扼w轉(zhuǎn)至所需刀位時，霍爾元件電路發(fā)出到位信號，電動機反轉(zhuǎn)，由于粗定位槽的限制，刀架體不能旋轉(zhuǎn)，使其在該位置垂直落下，刀架體和刀架端面上的端面齒嚙合，實現(xiàn)精確定位。同時，電動機繼續(xù)反轉(zhuǎn)一定時間（由PLC或參數(shù)決定），緊力增加，刀架鎖緊。電動刀架的電氣控制分強電和弱電兩部分，強電部分由三相電源驅(qū)動三相交流異步電動機正、反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電動刀架的松開、轉(zhuǎn)位、鎖緊等動作如圖23（a）所示；弱電部分主要由位置傳感器發(fā)信盤構(gòu)成，發(fā)信盤采用霍爾傳感器發(fā)信。該數(shù)控電動刀架的電動機采用三相異步電動機，功率90W，轉(zhuǎn)速1300r/min。 (a)強電控制 （b）PLC輸入/出 （c）交流控制回路圖23刀架電氣控制數(shù)控刀架的控制主要由PLC來完成。PLC輸入/輸出如圖23(b)所示。PLC輸入信號到X1X1X1X14時分別對應(yīng)了1號刀、2號刀、3號刀、4號刀，PLC接到指令后作出相關(guān)的反應(yīng)并傳到PLC輸出模塊Y00、Y01,由中間繼電器KAKA9來控制刀
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