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数控加工中心自动换刀工艺的研究
时间 : 2018-08-28 11:17 浏览量 : 46

一轻型龙门加工中心机床自动换刀过程要求
  1.轻型龙门加工中心机床概述
  轻型定梁龙门机床为工作台移动、横梁固定式龙门机床,可带刀库,也可不带刀库。机床由床身、立柱和固定横梁构成高刚度封闭框架。工作台在床身导轨上做纵向运动,该向为X坐标;溜板在横梁导轨上做横向运动,该向为Y坐标;滑枕镗铣头在溜板导轨上做垂向运动,该向为Z坐标。机床采用SIEMENS840DE控制系统,机床的X、Y、Z三轴都是CNC控制轴,主轴采用西门子公司交流主轴电动机驱动,X、Y、Z三向进给采用西门子公司伺服电动机驱动。可以实现三维直线插补、二维圆弧插补和任意三轴联动。
  2.自动换刀控制要求
  2.1刀库控制
  刀库可以为盘式刀库,刀库容量为20位,主轴与刀库换刀采用无机械手,就近找刀,原位直接换刀的方式;也可以用链式刀库,刀库容量为40把刀,采用机械手,任意找刀,任意换刀方式。刀库盘由电动机通过齿轮降速驱动,有正、反转和停止控制。为使刀库盘快速停止,在电动机输出轴上加有一失电摩擦制动器。当停止信号发出时,即令该制动器的电磁铁失电,从而使刀库停止转动。刀库盘转动的分度和定位由马氏机构、零位开关和计数开关实现。刀库每转到一个刀位,计数开关即动作一次。当刀库转到零位时,零位开关也动作。当刀库转到指定刀位时,计数开关或零位开关动作,这时立即使电动机停转,制动器失电制动,从而刀库盘停止并依靠马氏机构精确定位在换刀位置。刀库停止后,计数开关或零位开关断开,这时应提示报警。
  2.2气动控制
  刀库防护门开关和主轴锥孔吹气由气动控制,气源气体经处理后供给汽缸。刀库防护门开关由一气缸来驱动,控制由二位四通双电控换向阀来完成。该换向阀的特点是:换向阀的两个位置,分别由两个电磁铁控制,而且换向阀时只需要给电磁铁一个短暂的电信号(电信号待续时间为2s)即可完成换向。只有给另一个电磁铁一个短暂电信号后,换向阀才会换到另一个位置。主轴锥孔吹气用来清洁主轴锥孔,吹气接通用一个二位三通电控截止阀来实现。当松刀开始时,给该电磁铁通电,开始锥孔吹气,直至松刀状态结束时,电磁铁失电,吹气停止。
  2.3主轴拉刀控制
  主轴内部装有刀具自动拉紧机构,该机构由碟簧拉紧、液压松开刀具。刀具的拉紧和松开由一个两位四通电磁阀控制。拉刀机构分为有刀、无刀、松刀,由三个无触头感应开关监测这三个状态。
  刀具的拉紧及松开可以由指令控制,也可以由操作面板上的按钮控制。刀具的松开和拉紧状态应在面板上有所显示。主轴的转动和刀具的拉紧和松开动作为互锁关系。
  3.马氏机构
  刀库动作过程本加工中心的刀库由马氏机构刀库盘、零位开关、计数开关、刀库门开关阀和行程开关、主轴吹气阀等组成。马氏机构刀库自动换刀是主轴移动到刀库,利用主轴的松拉刀动作直接在刀库盘上抓刀、还刀。在接近刀库盘和离开刀库盘时都需要慢速移动,以免与刀库盘或者刀具发生碰撞造成事故,在其他位置就需要用快速移动来节约时间。刀库的运动包括三个过程即主轴抓刀,主轴还刀和主轴换刀。主轴将运动到的几个点,S1~S14表示滑枕和溜板运动的过程。主轴抓刀、主轴还刀和主轴换刀三个过程都可以用图解分析出来。
  3.1主轴抓刀过程
  主轴抓刀是要求现在无刀的主轴去抓刀库盘上的刀。动作是Y轴横向移动到达刀库顶端,Z轴向下移动到达刀具刀位并抓刀后,Y轴横向移动离开刀库(括弧号里内容是对Y和Z轴动作的描述):S1(Z轴到P0,快速)→S2(Y轴到P1,快速)→主轴定向,第一软限位生效,刀库门开→S8(Y轴到P2,快速)→主轴松刀→S7(Z轴到P3,快速)→S6(Z轴到P4,慢速)→主轴紧刀→S12(Y轴到P5,慢速)→S13(Y轴到P6,快速)→S14(Z轴到P1,快速)→第二软限位生效,主轴定向取消,刀库门关。
  3.2主轴还刀过程
  主轴还刀是把主轴上的刀还回刀库盘上原刀位。动作是Y轴横向移动到达刀具刀位并松刀后,Z向上离开刀具到刀库顶端,Y轴横向离开刀库:S1(Z轴到P0,快速)→S2(Y轴到P1,快速)→主轴定向,第一软限位生效→S3(Z轴到P6,快速)→刀库门开→S4(Y轴到P5,快速)→S5(Y轴到P4,慢速)→主轴松刀→S11(Z轴到P3,慢速)→S10(Z轴到P2,快速)→S9(Y轴到P1,快速)→第二软限位生效,主轴定向取消,主轴紧刀,刀库门关。
  3.3主轴换刀过程
  主轴换刀是要求把主轴上的刀还回刀库盘上原刀位,并且再抓另外一把刀库盘上的刀。动作是Y轴横向移动到达刀具刀位并松刀后,Z向上离开刀具到刀库顶端,刀库盘转动找刀,Z轴向下移动到达刀具刀位并抓刀后,Y轴横向移动离开刀库:S1(Z轴到P0,快速)→S2(Y轴到P1,快速)→主轴定向,第一软限位生效→S3(Z轴到P6,快速)→刀库门开→S4(Y轴到P5,快速)→S5(Y轴到P4,慢速)→主轴松刀→S11(Z轴到P3,慢速)→S10(Z轴到P2,快速)→刀库盘旋转,刀库找刀→S7(Z轴到P3,快速)→S6(Z轴到P4,慢速)→主轴紧刀→S12(Y轴到P5,慢速)→S13(Y轴到P6,快速)→S14(Z轴到P1,快速)→第二软限位生效,主轴定向取消,刀库门关。
  二马氏机构刀库自动控制程序说明
  根据自动换刀控制要求和动作过程编制PLC进行调试,使ATC正常工作。
  1.加工中心I/O点安排
  1.1输入点安排I33.2:主轴紧刀到位开关(上位),I33.3:主轴紧刀到位开关(中位),I33.4:主轴松刀到位开关(下位),I36.3:主轴松刀按钮开关按下,I36.4:主轴紧刀按钮开关按下,I62.0:刀库ATC生效,I62.1:刀库ATC失效,I62.2:刀库点动,I62.3:刀库回零,I62.4:刀库盘正转,I62.5:刀库盘反转,I62.7:刀库计数,I63.0:刀库零位,I63.1:刀库门开,I63.2:刀库门关,I63.3:刀库电动机监控,I63.4:刀库锁。
  1.2输出点安排Q49.0:主轴松刀阀,Q49.3:主轴松刀,Q56.0:刀库ATC生效灯,Q56.1:刀库点动,Q56.2:刀库电动机正转,Q56.3:刀库电动机反转,Q56.4:刀库制动器,Q56.5:刀库门开阀,Q56.6:刀库门闭阀,Q56.7:主轴吹气阀。
  2.程序功能块安排说明
  FC51:主轴松拉刀,FC66:马氏机构刀库T码处理,FC67:马氏机构刀库M码处理,FC68:马氏机构刀库综合处理。
  3.PLC程序调试说明
  刀库调试时需要对各个电气元器件进行单步调试,保证每一件电气元器件都能正常工作;然后根据刀库的抓刀,换刀,还刀等动作进行全部动作的手动强制执行,检验程序的执行情况;最后才能使用T和M指令在自动方式下进行程序的连续自动执行,使刀库能正常运行。
  三结束语
  我们的ATC通过在企业的多个产品上实际运行测试,运行情况良好,达到了控制要求。由于ATC原理及经验大同小异,对不同类型数控系统机床也有一定的参考作用。

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