應(yīng)用發(fā)那科系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)刀架在數(shù)控車床的應(yīng)用

劉麗紅

LIU Li-hong

（沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽(yáng) 110045）

0 引言

在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床上，對(duì)自動(dòng)換刀裝置的基本要求是：換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高，足夠的刀具存儲(chǔ)量，刀庫(kù)占地面積小及安全可靠等。由于液壓對(duì)環(huán)境的污染以及系統(tǒng)笨重、效率低等原因，電動(dòng)刀架的發(fā)展正在逐步取代傳統(tǒng)的液壓刀架。并通過(guò) PLC 合理地控制，在 NC 機(jī)床上得到了應(yīng)用，換刀時(shí)間比液壓刀架縮短了 1/5，性能良好，工作穩(wěn)定可靠。

1 電動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)

1.1 電動(dòng)刀架的控制工作程序

該刀架采用三聯(lián)齒盤作為分度定位元件。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)后，通過(guò)一對(duì)齒輪和一套行星輪系進(jìn)行分度傳動(dòng)。工作程序?yàn)椋篜LC 控制系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號(hào)后，刀架上的電機(jī)制動(dòng)器松開，電源接通，電機(jī)開始工作，通過(guò)齒輪 2、3 帶動(dòng)行星輪系 4 旋轉(zhuǎn)，這時(shí)小齒輪 5 為定齒輪，由于與行星輪 4 嚙合的齒輪 5、23 齒數(shù)不同，行星輪4 帶動(dòng)空套齒輪 23旋轉(zhuǎn)，空套齒輪帶動(dòng)滾輪架8 轉(zhuǎn)過(guò)預(yù)置角度，使端齒盤后面的端面凸輪松開，端齒盤向后移動(dòng)脫開端齒嚙合，滾輪架 8 受到端齒盤后端面鍵槽的限制停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)空套齒輪23 成為定齒輪，行星齒輪4 通過(guò)齒輪5 帶動(dòng)主軸 11 旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位分度，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到預(yù)選位置時(shí)，角度編碼器21 發(fā)出信號(hào)，電磁鐵 17 向下將插銷13 壓入主軸 11 的凹槽中，主軸 11 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，預(yù)分度接近開關(guān) 18給電機(jī)發(fā)出信號(hào)，電機(jī)開始反向旋轉(zhuǎn)。通過(guò)齒輪2 與3，行星齒輪4 和空套齒輪 23，帶動(dòng)滾輪架8反轉(zhuǎn)，滾輪壓緊凸輪，使端齒盤向前移動(dòng)，端齒盤重新嚙合，這時(shí)鎖緊接近開關(guān) 19 發(fā)出信號(hào)，切斷電機(jī)電源，制動(dòng)器通電剎緊電機(jī)，電磁鐵斷電，插銷 13 被彈簧彈回，轉(zhuǎn)位工作結(jié)束，主機(jī)可以開始工作。

圖1 電動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)

1.2 操作流程圖

圖2 操作流程圖

1.3 運(yùn)行信號(hào)說(shuō)明

1.3.1 編碼器真值表

1.3.2 刀架電器部件分布圖

圖3 刀架電器部件分布圖

1.3.3 運(yùn)行過(guò)程說(shuō)明

刀架轉(zhuǎn)位必須先松開制動(dòng)裝置，然后才能給電機(jī)供電，按選擇方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)編碼器前一工位的選通信號(hào)下降沿到達(dá)時(shí)，則預(yù)分度電磁鐵立即供電（選通信號(hào)下降沿到達(dá)至電磁鐵供電最大延遲須小于 60ms）。電磁鐵得電后，待預(yù)定位電磁鐵插銷插入主軸等分鍵槽內(nèi)，回轉(zhuǎn)被迫停止，預(yù)分度接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)（由“0”上跳為“1”），PLC 收到此信號(hào)后，使電機(jī)立即停止，以50ms暫停后，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)使刀架鎖緊定位。刀架鎖緊定位后，鎖緊接近開關(guān)輸出有“0”跳變到“1”。該信號(hào)發(fā)出立即使電機(jī)停止，制動(dòng)裝置線圈得電（鎖緊接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)至電機(jī)停止，制動(dòng)最大延遲小于60ms）。鎖緊開關(guān)發(fā)出鎖緊信號(hào)后，PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行位置檢測(cè)，以發(fā)出允許刀架進(jìn)行切削加工工件的指令。200ms后預(yù)分度電磁鐵斷電。

特別注意：1）刀架電機(jī)的保護(hù)：（1）刀架轉(zhuǎn)位過(guò)程中，一定時(shí)間（約6 秒）內(nèi)找不到工位時(shí)，電機(jī)斷電；（2）預(yù)分度電磁鐵通電 1.5 秒后，如果見不到預(yù)分度傳感器信號(hào)，應(yīng)立即給電機(jī)斷電；（3）刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊過(guò)程中，2 秒鐘之內(nèi)見不到鎖緊傳感器信號(hào)，應(yīng)立即給電機(jī)斷電。2）如果刀架在轉(zhuǎn)位過(guò)程中電控部分故障急停，再次啟動(dòng)時(shí)必須沿停止前的運(yùn)動(dòng)方向重新開始。

2 PLC 控制系統(tǒng)的確定及線路設(shè)計(jì)

2.1 PLC I/O 地址分配

1） 輸入信號(hào)設(shè)有：自動(dòng)狀態(tài)按鈕 SB1（X40.0）；手動(dòng)狀態(tài)按鈕SB2（X42.5）；手動(dòng)選刀按鈕SB3（X44.4）；急停按鈕SB4（X8.4）；編碼器信號(hào) 20（X5.0），21（X5.1），22（X5.2），23（X5.3）， 奇偶校驗(yàn)信號(hào)（X5.4），選通信號(hào)（X5.5）；預(yù)定位檢測(cè)開關(guān)SQ29（X5.6）；電機(jī)過(guò)熱檢測(cè)開關(guān)SQ27（X6.0）；刀架鎖緊檢測(cè)開關(guān)SQ28（X6.7）；

2）輸出信號(hào)設(shè)有：刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)控制 KA1（Y4.4）；刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)控制KA2（Y4.5）；刀架電機(jī)制動(dòng)電磁鐵控制 KA3（Y4.6）；刀架預(yù)分度電磁鐵控制 KA4（Y5.7）；自動(dòng)狀態(tài)指示燈 EL1（Y8.0）；手動(dòng)狀態(tài)指示燈EL2（Y10.5）；手動(dòng)選刀指示燈EL3（Y12.4）；

2.2 控制線路圖

圖4 控制線路圖

2.3 控制說(shuō)明

在編制一個(gè)PLC 程序之前，要詳細(xì)了解機(jī)械結(jié)構(gòu)及動(dòng)作控制過(guò)程，才能設(shè)計(jì)合理的PLC 程序。理想的PLC程序除能滿足控制要求外，還要考慮問(wèn)題全面，系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作狀態(tài)。當(dāng) SB1按鈕接通時(shí)，LE1 指示燈亮，自動(dòng)工作狀態(tài)有效，通過(guò)輸入 T 代碼來(lái)自動(dòng)選刀，1 工位～12工位的代碼為T0100～T 1200。當(dāng)SB2 按鈕接通時(shí)，LE2 指示燈亮，手動(dòng)工作狀態(tài)有效，通過(guò)按手動(dòng)選刀按鈕可進(jìn)行調(diào)整工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

理想的PLC程序除能滿足控制要求外，還要考慮問(wèn)題全面，防止誤操作及突發(fā)故障，應(yīng)根據(jù)步步檢索，處處保護(hù)的原則，即上一個(gè)動(dòng)作未完成，下一個(gè)動(dòng)作不得執(zhí)行。程序中各種安全保護(hù)措施要到位，并且應(yīng)具有步數(shù)少，順序處理時(shí)間短和易于理解的特點(diǎn)。

[1]王立權(quán).機(jī)電控制與可編程序控制器.中央廣播電視大學(xué).

[2]譚定忠, 等. 傳感器與測(cè)試激技術(shù). 中央廣播電視大學(xué).

[3]劉文波. 機(jī)床數(shù)控技術(shù). 東北大學(xué).

[4]王柄實(shí). 機(jī)床電氣控制技術(shù). 濟(jì)南大學(xué).