fanuc數(shù)控車床四工位刀架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書-在線瀏覽
2025-02-08 01:38本頁面
【正文】 C 機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它能控制機(jī)床的運(yùn)動和加工過程。 數(shù)控機(jī)床由數(shù)控系統(tǒng)模塊、主軸控制模塊、伺服驅(qū)動模塊，傳感器警示燈、電子器件、電源模塊、電動刀架模塊、冷卻系統(tǒng)模塊、接線端子等組成。 數(shù)控車床的組成部件： 圖 21 數(shù)控車床組成 圖 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 霍爾原理及在刀架中運(yùn)用的簡單概述 霍爾效應(yīng)與工作原理 所 謂霍爾效應(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(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。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，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。 由于通電導(dǎo)線周圍 存在磁場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導(dǎo)線電流的大小。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。 利用這種方法可以構(gòu)成霍爾功率傳感器。根據(jù)脈沖信號列可以傳感出該運(yùn)動物體的位移。 霍爾元件應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體 霍爾效應(yīng)的廣泛運(yùn)用 霍爾效應(yīng)在應(yīng)用技術(shù)中特別重要。根據(jù)霍爾效應(yīng)做成的霍爾器件，就 是以磁場為工作媒體，將物體的運(yùn)動參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開關(guān)的功能。 霍爾效應(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(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。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，則金屬箔片兩側(cè) 面會出現(xiàn)橫向電位差。 精度是一臺數(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精準(zhǔn)性。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。首先，得到換刀信號，即換刀開關(guān)接通先接通。 接通整個(gè)電路電源，將換刀開關(guān)置于自動擋，再按下開始開關(guān)進(jìn)行換刀，正傳線圈自鎖，自動進(jìn)行換刀。并接通反轉(zhuǎn)電路，延時(shí)反轉(zhuǎn)，刀架下降并壓緊。它不但起到了檢測與反饋?zhàn)饔?，而且也是?shù)控機(jī)床精度可靠性的保障 。下面以霍爾元件檢測刀位的簡易刀架為例，進(jìn)行說明。它機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試和使用方便。 這種道具只能單方向換刀，電動機(jī)正轉(zhuǎn)換刀，反轉(zhuǎn)鎖緊。刀架上每一個(gè)刀位都配備一個(gè)霍爾元件 ，如四浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 工位刀架，需要配備 4 個(gè)霍爾元件。 霍爾元件只有導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，因此對于電平有效地?cái)?shù)控系統(tǒng)數(shù)字輸入接口，應(yīng)該使用大約 千歐姆的上拉電阻將導(dǎo)通和截止的狀態(tài)變成低電平和高電平。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(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。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機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，并啟動延時(shí)控制。 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。換刀完成后，快速移動到工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，繼續(xù)加工。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(shí)現(xiàn)的；坐標(biāo)軸禁止運(yùn)動則是通過通道接口中的“進(jìn)給保持”信號置位實(shí)現(xiàn)的。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?？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。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)。刀架電動機(jī)的反轉(zhuǎn)時(shí)間切忌過長。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斷線等。這時(shí)應(yīng)通過激活 PLC 報(bào)警向操作人員提供故障信息，提醒操作人員對刀架進(jìn)行檢修。如在換刀過程中由于刀位信號故障或編程錯(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。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。 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。 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（ KA KA9） 刀架正反轉(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，電動機(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。 電動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)動三相交流異步電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)，從而實(shí)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。 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 M3～PEL1L2L3QF0U1V1W1QF116AU11 V11 W11KM1U12 V12 W12KM2KM1 KM2RC1RC2KM2 KM1KA8 KA9Y05Y04Y01Y00Y01Y00KA5KA4KA9KA8KA2KA1輸出輸入PLC PLC (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輸入信號到 X1 X1 X1 X14 時(shí)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 KA KA9來控制刀架的正、反轉(zhuǎn)，輸出最終指令。自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足 換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具存儲以及安全可靠等基本要求。根據(jù)加工對象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。 回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)切削抗力和減少刀架在切削力作用下的位移變形，提高加工精度。 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 回轉(zhuǎn)刀架按其工作原理不同可分為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位、十字槽輪轉(zhuǎn)位、凸臺棘爪式、電磁式及液壓式等多種工作方式?，F(xiàn)在就以如圖 24 所示的數(shù)控車床 四工位刀架為例作進(jìn)一 說明。軸套的外圓上有兩處凸起，可在套筒內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)滑動，從而舉起與套筒相連的刀架及上端齒盤，使齒盤與下端齒盤分開，完成刀架抬起動作。 （ 3）刀架壓緊 刀架轉(zhuǎn)到位后，由微動開關(guān)的信號使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，利用銷使刀架定位而不再隨軸套回轉(zhuǎn)，于是刀架向下移動，上下端齒盤合攏壓緊。車床刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 25所示。我們分析 車床 刀架的控制原理其實(shí)就是指刀架的整個(gè)換刀過程，刀架的換刀過程其實(shí)是通過 PLC 對控制刀架的所有 I/O信號進(jìn)行邏輯處理及計(jì)算。另外為了保證換刀能夠正確進(jìn)行，系統(tǒng)一般還要設(shè)置一些相應(yīng)的 系統(tǒng)參數(shù)來對換刀過程進(jìn)行調(diào)整。刀架電氣控制部分如圖 23 所示。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī) (Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC,PLC 自 1966 年出現(xiàn)，美國，日本，德國的可編程控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強(qiáng)大。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 梯形圖運(yùn)用 梯形圖是 PLC使用得最
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