預防數(shù)控車床刀架電機與尾座碰撞的控制方案

黃慶專，伊藝瓊，程志杰

(福建電力職業(yè)技術學院，福建泉州 362000)

關于機械制造類專業(yè)職業(yè)教育，數(shù)控車床編程與加工實訓項目非常普及，學生在編程與操作上時常忘記尾座存在，出現(xiàn)機床刀架電機與尾座碰撞事故，引起電機損壞、刀架變形、傳動蝸桿變形、定位軸承松動等。通過分析故障現(xiàn)象、碰撞特點、碰撞范圍等，提出增加行程開關、改進控制電路等防撞方案，使數(shù)控車床滑臺上刀架與尾座在碰撞前停止并報警“超限位”。

1 故障分析

尾座與防塵罩在機床上的位置關系，刀架-X軸、+Z 軸運動方向，如圖1 所示。

圖1 尾座與刀架電機防塵罩

故障現(xiàn)象一:+Z 方向撞尾座，在X 軸未回零或+X 方向未先移動到尾座范圍外時，移動+Z 方向發(fā)刀架電機(防塵罩)碰撞尾座。

故障現(xiàn)象二:-X 方向撞尾座，當?shù)都茉?Z 方向越過尾座范圍內時，向-X 方向移動刀架發(fā)生刀架電機(防塵罩)碰撞尾座。

正確的操作避免故障:(1)車床上不使用尾座或是將尾座移到刀架電機移動范圍外;(2)針對故障現(xiàn)象一，向+X 方向移動刀架(或回零)使刀架電機在尾座范圍外，再向+Z 方向移動刀架;(3)針對故障現(xiàn)象二，先向-Z 方向移動刀架，使刀架電機到尾座范圍外，才向-X 方向移動刀架。

顯然尾座是必須附件，作為初學者或機床操作工工作中疏忽尾座位置，刀架電機與尾座碰撞事故定然會發(fā)生。因此，許多職業(yè)院校實訓基地的數(shù)控車床刀架電機(防塵罩)總是被尾座撞壞，見過刀架傳動蝸桿被撞變形而只得更換。

2 避免碰撞方案設計

因此在數(shù)控車床上增加自動防撞功能較好。參照各個坐標軸行程的限位報警方案，當?shù)都茈姍C靠近尾座時，采集-X 軸、+Z 軸靠近信號并反饋給NC 側，由NC 控制電機停下來并發(fā)出報警提示。

設計方案如下:

(1)考察刀架電機及其防塵罩結構;

(2)試驗電機防塵罩在X 軸、Z 軸方向移動時，存在碰撞尾座的范圍;

(3)選用行程開關并進行試驗性安裝;

(4)參考X 軸、Z 軸限位控制電路，設計防撞控制電路，并試驗接線;

(5)通過試驗檢驗防碰撞功能，成功后，對安裝與控制電路進行規(guī)范與緊固，否則調整安裝位置或改電路。

2.1 碰撞物結構及碰撞位置分析

尾座碰撞存在兩個面(不考慮套筒伸出時):Z軸平行面 (-X 碰撞面)，X 軸平行面 (+Z 碰撞面)。尾座結構如圖2 所示。防塵罩結構如圖3 所示，存在碰撞的兩個面都是平面，上表面雖不是碰撞面，但是與兩個碰撞面相連，適合安裝行程開關［1］。

圖2 尾座上的兩個碰撞面

圖3 防塵罩的兩個碰撞面

從碰撞試驗中發(fā)現(xiàn)，+Z 方向碰撞面范圍較小，受-X 方向限位開關的限制，防塵罩進入-X 方向較小;而-X 方向碰撞面范圍較大，整個防塵罩的內側面都可以撞到。

2.2 控制元件安裝位置

理論上，行程開關直接安裝在兩個碰撞面上更好:尾座兩個面或防塵罩兩個面，或在尾座和防塵罩混合安裝。實際上，安裝在尾座上，不方便接線的隨動，不用尾座時接線要拆除，而且尾座-X 方向碰撞面范圍大，具體安裝布置不好確定。因此行程開關安裝在防塵罩上，布線可以與移動軸限位、刀架電機的接線一起移動。再者，考慮到刀架電機結構(圖4)及占用的防塵罩內空間，罩內剩余空間很小，確定行程開關安裝在防塵罩的上表面最為理想，把行程開關受動部位朝向兩個碰撞面。通過試驗最終確定如圖5所示的安裝位置，在防塵罩上方與+Z 向或-X 向成45°方向安裝行程開關，采用兩個串聯(lián)的行程開關。工作臺移動時，無論是+Z 方向或-X 方向均是行程開關先于防塵罩與尾座相撞。

圖4 電機結構與剩余空間

圖5 行程開關安裝位置

2.3 控制接線設計與試驗

設計是針對型號CAK3665sj 數(shù)控車床(配備華中HNC-21T 數(shù)控系統(tǒng))進行的。新增兩個行程開關，+Z 方向防撞SQ7 和-X 方向防撞SQ8。機床使用X軸、Z 軸限位開關匯總如表1 所示［2］。

表1 CAK3665sj 數(shù)控車床使用X 軸、Z 軸限位開關

(1)控制電路分析與改進

原超程與回零控制電路圖及超程解除電路圖如圖6 所示［2］。

圖6 原回零、坐標限位及解除電路圖

在+Z 向限位SQ5 常開觸點回路上并聯(lián)+Z 向防撞SQ7 常開觸點，-X 向限位SQ4 常開觸點回路上并聯(lián)-X 向防撞SQ8 常開觸點;SQ7 與SQ8 的常閉觸點一同串聯(lián)在SQ3、SQ4、SQ5、SQ6 常閉回路上［3］，如圖7 所示，從而實現(xiàn)+Z 向防撞SQ7 或-X 向防撞SQ8 常開觸點閉合產生超程報警，+Z 向防撞SQ7 或-X 向防撞SQ8 常閉觸點斷開向NC 反饋信號，控制刀架停止移動，避免碰撞尾座。

圖7 刀架電機防塵罩防撞尾座改進電路圖

(2)試驗檢驗

根據(jù)改進的電路圖，完成-X 向與+Z 向附加防撞超程限位開關的電路接線，接線在X 軸、Z 軸限位回零行程開關接線端子上完成，如圖8 所示。通過實際碰撞演示(圖9)發(fā)現(xiàn):工作臺移動時，+Z 方向或-X 方向行程開關先于防塵罩與尾座相撞，行程開關起保護作用，可靠發(fā)出+Z 向超程報警或-X 向超程報警，使工作臺移動得到控制，避免防塵罩(甚至刀架電機)與尾座碰撞而損壞。

圖8 +Z 方向防撞接線實物圖

圖9 +Z 方向碰撞報警試驗

3 小結

對車床方刀架電機與尾座碰撞事故進行研究，確定碰撞事故發(fā)生的范圍，參考機床本身超程報警控制，設計一種預防刀架電機及其防塵罩與尾座碰撞的工作臺移動控制方式，-X 與+Z 方向防撞控制均采用行程開關與尾座碰撞發(fā)出信號，行程開關安裝在-X向與+Z 向之間45°角位置。最終通過實踐檢驗該設計的可靠性。

［1］沈陽機床股份有限公司數(shù)控刀架分公司.SLD90 立式數(shù)控電動刀架使用說明書(機械與電氣)［M］，2013.

［2］沈陽機床股份有限公司沈一車床廠.CAK36S 系列數(shù)控車床電路圖冊(系統(tǒng)型號:HNC-21T)［M］，2013.

［3］陳亭志，孫海亮.數(shù)控機床的電氣維護與檢查［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.