基于伺服驅(qū)動(dòng)的非標(biāo)加工中心高速刀庫系統(tǒng)及程序開發(fā)

李本紅，李歡

（1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山528137；2.普拉迪數(shù)控科技有限公司，廣東佛山528137）

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基于伺服驅(qū)動(dòng)的非標(biāo)加工中心高速刀庫系統(tǒng)及程序開發(fā)

李本紅1，李歡2

（1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山528137；2.普拉迪數(shù)控科技有限公司，廣東佛山528137）

摘要：非標(biāo)數(shù)控加工中心對刀庫的要求重點(diǎn)在高速與高可靠性，論述了加工中心直取式飛碟刀庫的設(shè)計(jì)機(jī)理及結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了絕對式刀庫程序，優(yōu)化了換刀過程，并結(jié)合鋁材3軸加工中心進(jìn)行了實(shí)際使用。結(jié)果表明，程序可靠性與換刀準(zhǔn)確性都很高，達(dá)到了非標(biāo)設(shè)備廠家的加工要求。

關(guān)鍵詞：非標(biāo)；加工中心；刀庫；系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)

針對國內(nèi)制造業(yè)高精度、產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的增加以及非標(biāo)制造設(shè)備行業(yè)的快速發(fā)展，對非標(biāo)高速加工中心的需求越來越多，快速性、可靠性等性能要求也越來越高。高速加工中心作為數(shù)控機(jī)床的核心，其高速、高效、高精度等性能，在高精度制造業(yè)設(shè)備中占有不可替代的地位，國內(nèi)許多非標(biāo)數(shù)控機(jī)床廠的設(shè)計(jì)和開發(fā)能力具有國際水平或接近國際水平。

然而國內(nèi)許多非標(biāo)設(shè)備制造企業(yè)在高速主軸與高速進(jìn)給的前提下提出對高品質(zhì)高速加工中心提出更高的換刀要求，佛山普拉迪數(shù)控科技有限公司與佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)過共同開發(fā)非標(biāo)高速換刀設(shè)備，已成功開發(fā)高速飛碟式換刀程序和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

本文采用臺(tái)灣東元交流伺服驅(qū)動(dòng)器和臺(tái)安飛碟刀庫進(jìn)行改裝高速非標(biāo)主軸，并對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對刀庫程序進(jìn)行了開發(fā)。

1　非標(biāo)刀庫系統(tǒng)簡介

PYA系列高速加工中心，是自主開發(fā)研制的高速非標(biāo)加工中心機(jī)床，主要針對鋁型材非標(biāo)加工，主軸轉(zhuǎn)速15 000 r/min，主軸額定扭矩52 N·m，X軸快速移動(dòng)速度為60 m/min，Y、Z軸快速移動(dòng)速度均為48 m/min，X、Y、Z此3軸進(jìn)給速度均為36 m /s。飛碟式刀庫的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由回轉(zhuǎn)體和分布其上面的刀夾單元及伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。通過i= 1∶89的擺線針輪減速機(jī)進(jìn)行刀庫的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。刀庫伺服驅(qū)動(dòng)器采用東元JSDAP-30交流伺服驅(qū)動(dòng)器，配套伺服電機(jī)采用JSMA-PSC08A7（功率為0.75 kW，力矩為2.39 N·m，轉(zhuǎn)速3 000 r/min，額定電流5 A，輸出電壓0～230 V，編碼器規(guī)格為17BIT絕對編碼器），刀庫采用臺(tái)安飛碟式16位刀庫，飛碟式刀庫采用液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直取式抓刀，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行到位查詢，采用絕對式編碼器對刀位進(jìn)行檢測。

圖1　刀庫結(jié)構(gòu)示意

2　系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

2.1伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定

采用東元伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行刀庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)定伺服驅(qū)動(dòng)器為刀庫控制模式，伺服電機(jī)控制為有剎車模式，剎車采用24 V直流供電，伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定決定系統(tǒng)的工作模式，具體參數(shù)設(shè)定過程按照圖2參數(shù)設(shè)定過程進(jìn)行設(shè)定。其中加減速設(shè)定要求啟動(dòng)和制動(dòng)比較平滑，沒有過沖現(xiàn)象。換刀旋轉(zhuǎn)速度最大設(shè)定為3 000 r/min，結(jié)合系統(tǒng)要求，PYA系列加工中心的換刀速度設(shè)定為1 500 r/min，剎車延遲和動(dòng)作時(shí)間分別為66.67 μs，刀庫數(shù)量為16，刀盤減速比的設(shè)定按照現(xiàn)場調(diào)試過程中的刀位定位情況進(jìn)行調(diào)整，本系統(tǒng)設(shè)定為80。

圖2　參數(shù)設(shè)定

2.2刀庫系統(tǒng)宏程序設(shè)計(jì)

為避免在調(diào)用刀庫過程中出現(xiàn)調(diào)用混亂，同時(shí)絕對式飛碟刀庫退刀采用機(jī)械式退刀，退刀偏心擠壓行程大約在10 mm左右，退刀速度分為兩種，擠壓退刀時(shí)采用低速，以免過大的機(jī)械沖擊造成設(shè)備的損壞，其換刀宏程序程序如下：

2.3系統(tǒng)編程思想

非標(biāo)快速刀庫程序的PMC程序編寫前提是必須了解飛碟式刀庫的工作原理和刀庫的動(dòng)作過程，本程序按照PYA系列加工中心非標(biāo)快速刀庫的要求進(jìn)行編寫，不同的非標(biāo)高速加工中心，刀庫不同，工作原理基本相似，PYA系列高速加工中心機(jī)床具體換刀過程參考圖3。

圖3　飛碟式快速刀庫換刀過程

2.4PMC程序的設(shè)計(jì)

按照換刀要求及換刀過程，針對快速刀庫的要求，編寫了PMC程序，此程序適合于FUNAC 0i mate MD系統(tǒng)。進(jìn)過現(xiàn)場調(diào)試，飛碟絕對式快速刀庫的PMC程序如下：

3　小結(jié)

本刀庫程序開發(fā)完成后，已經(jīng)在PYA系列數(shù)控加工中心上應(yīng)用，達(dá)到了合作開發(fā)設(shè)計(jì)的目的，換刀速度與國外同類高速加工中心產(chǎn)品的水平相當(dāng)，其性能可靠，換刀過程平穩(wěn)，換刀過程無過沖，運(yùn)動(dòng)平衡無沖擊，該系列非標(biāo)高速加工中心的加工速度有了很大的提高，提升了國產(chǎn)化率和自主開發(fā)的能力指數(shù)，降低了生產(chǎn)成本，對加工中心刀庫設(shè)計(jì)有一定參考價(jià)值，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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【責(zé)任編輯：任小平renxp90@163.com】

The development of non-standard CNC top speed magazine system and program based on the servo drive

LI Ben-hong1，LI Huan2
（1. Mechanical and Electrical Engineering Department，F(xiàn)oshan Polytechnic，F(xiàn)oshan 528137，China；2. PRATIC CNC Science and Technology Co. Ltd.，F(xiàn)oshan 528137，China）

Abstract∶The key requirements of non-standard CNC for tool magazine are top speed and high reliability. This study discusses the designing mechanism and structure of CNC straight type disco knife library. The absolute type tool magazine program has been designed，the tool change process has been optimized，and the in-service use has been carried combined with aluminum three-axis machine center. The Result proves that the program is with high tool change accuracy and reliability，and has reached the processing requirements for non-standard equipment manufacturers.

Key words∶non-standard；CNC；tool magazine；the design of system and program

中圖分類號：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-0171（2016）03-0018-08

收稿日期：2015-04-22

作者簡介：李本紅（1974-），男，湖南祁陽人，佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。