fanuc數(shù)控車床刀架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-09-10 11:12 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 感器、各種開關(guān)，等等?；魻栃?yīng)是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，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(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流通過金屬箔片時(shí)，若在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，則金屬箔片兩側(cè)面會(huì)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(qiáng)的霍爾效應(yīng)。精度是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的生命，假如機(jī)床喪失了精度也就喪失了加工生產(chǎn)的意義了，數(shù)控機(jī)床精度的保障很大一部分源于霍爾元件的檢測(cè)精準(zhǔn)性。在數(shù)控機(jī)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(shí)，開關(guān)檢測(cè)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(shí)別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。用霍爾開關(guān)檢測(cè)刀位。首先，得到換刀信號(hào)，即換刀開關(guān)接通先接通。隨后電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)放大器正轉(zhuǎn)，刀架抬起，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，刀架轉(zhuǎn)過一個(gè)工位，霍爾元件檢測(cè)是否為所需刀位，若是，則電機(jī)停轉(zhuǎn)延時(shí)再反轉(zhuǎn)刀架下降壓緊，若不是，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，刀架繼續(xù)轉(zhuǎn)位直至所需刀位。接通整個(gè)電路電源，將換刀開關(guān)置于自動(dòng)擋，再按下開始開關(guān)進(jìn)行換刀，正傳線圈自鎖，自動(dòng)進(jìn)行換刀。當(dāng)轉(zhuǎn)到所需刀位時(shí)，刀位對(duì)應(yīng)霍爾元件自動(dòng)斷開，電機(jī)停止正轉(zhuǎn)。并接通反轉(zhuǎn)電路，延時(shí)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(jī)床中的重要作用。它不但起到了檢測(cè)與反饋?zhàn)饔?，而且也是?shù)控機(jī)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(cè)刀位的簡(jiǎn)易刀架為例，進(jìn)行說明。簡(jiǎn)易刀架是經(jīng)濟(jì)型車床上最常用的一種自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)。它機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試和使用方便。刀架采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀位檢測(cè)采用霍爾元件。這種道具只能單方向換刀，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)換刀，反轉(zhuǎn)鎖緊。刀架反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)刀架電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一種堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則可能導(dǎo)致刀架電動(dòng)機(jī)的損壞。刀架上每一個(gè)刀位都配備一個(gè)霍爾元件，如四工位刀架，需要配備4個(gè)霍爾元件?；魻栐某B(tài)時(shí)截止，當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)到工作位置時(shí)，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(duì)于電平有效地?cái)?shù)控系統(tǒng)數(shù)字輸入接口。刀架電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)交流接觸器接通三相交流電源，使刀架電動(dòng)機(jī)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(hào)接口或從機(jī)床控制面板得到換刀指令后，控制刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)通過PLC的數(shù)字輸入監(jiān)控刀架的實(shí)際位置。如果刀架的實(shí)際位置已經(jīng)處于指令位置，PLC應(yīng)用程序控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，并啟動(dòng)延時(shí)控制。延時(shí)時(shí)間到達(dá)后，刀架反轉(zhuǎn)停止，換刀過程結(jié)束。車床換刀時(shí)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(shí)，零件程序首先控制各坐標(biāo)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(dòng)到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，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(shí)要禁止坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)。鎖定零件程序的繼續(xù)執(zhí)行是通過數(shù)控系統(tǒng)信號(hào)就看中通道信號(hào)“讀入禁止”實(shí)現(xiàn)的；坐標(biāo)軸禁止運(yùn)動(dòng)則是通過通道接口中的“進(jìn)給保持”信號(hào)置位實(shí)現(xiàn)的。刀架鎖緊是，刀架電動(dòng)機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以刀架的鎖緊時(shí)間不能太長(zhǎng)。由于不同廠商生產(chǎn)的刀架，反轉(zhuǎn)鎖緊的時(shí)間可能不同，因此刀架的鎖緊時(shí)間在PLC應(yīng)用程序中是一個(gè)可變的值。刀架鎖緊所需的時(shí)間，應(yīng)該以刀架生產(chǎn)廠商的技術(shù)指標(biāo)為準(zhǔn)?？紤]鎖緊時(shí)間的可變性，可以使用PLC參數(shù)定義刀架的鎖緊時(shí)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(jī)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(shí)，在PLC初始化時(shí)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(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)時(shí)間切忌過長(zhǎng)。如果刀位檢測(cè)信號(hào)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(yuǎn)不能找到零件程序中的目標(biāo)刀具。這種情況在機(jī)床使用過程中是有可能出現(xiàn)的，如果冷卻液進(jìn)入刀架，使霍爾元件損壞或刀位信號(hào)斷線等。從刀架的時(shí)序圖中可以看出，刀架的位置檢測(cè)信號(hào)在任何時(shí)候都沒有全“0”或都為“1”，則說明刀架硬件故障。這時(shí)應(yīng)通過激活PLC報(bào)警向操作人員提供故障信息，提醒操作人員對(duì)刀架進(jìn)行檢修。所謂時(shí)間監(jiān)控是監(jiān)控從啟動(dòng)換刀到找目標(biāo)刀具的時(shí)間。如在換刀過程中由于刀位信號(hào)故障或編程錯(cuò)誤，都可能導(dǎo)致找不到目標(biāo)刀位，使換刀過程不能完成。監(jiān)控?fù)Q刀時(shí)間的PLC應(yīng)用程序可利用換刀指令激活一個(gè)定時(shí)器，如果在定時(shí)器規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法找到目標(biāo)刀位，PLC程序激活報(bào)警，操作人員通過報(bào)警提示進(jìn)行檢修。同樣，換刀的監(jiān)控時(shí)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(hào)傳遞過程：外加信號(hào)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(hào)，控制繼電器動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)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(dòng)，當(dāng)端面齒完全脫開，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)過160度，此時(shí)球頭銷在彈力的作用下進(jìn)入轉(zhuǎn)位套的槽中，帶動(dòng)刀架體旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)扼w轉(zhuǎn)至所需刀位時(shí)，霍爾元件電路發(fā)出到位信號(hào)，電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)精確定位。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)一定時(shí)間（由PLC或參數(shù)決定），緊力增加，刀架鎖緊。電動(dòng)刀架的電氣控制分強(qiáng)電和弱電兩部分，強(qiáng)電部分由三相電源驅(qū)動(dòng)三相交流異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)刀架的松開、轉(zhuǎn)位、鎖緊等動(dòng)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(dòng)刀架的電動(dòng)機(jī)采用三相異步電動(dòng)機(jī)，功率90W，轉(zhuǎn)速1300r/min。 (a)強(qiáng)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(hào)到X1X1X1X14時(shí)分別對(duì)應(yīng)了1號(hào)刀、2號(hào)刀、3號(hào)刀、4號(hào)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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