淺談加工中心交換工作臺控制

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(青海發(fā)投堿業(yè)有限公司機修車間，青海 德令哈　817099)

1　加工中心介紹

1.1　研究背景及意義

加工中心其自動化程度高、工序集中，有立式和臥式之分，其中最為突出的是臥式加工中心，其主軸水平放置，大多數(shù)采用移動立柱結(jié)構(gòu)，大多數(shù)都帶有回轉(zhuǎn)工作臺。加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置，在加工工件時，工件通過一次裝夾就可以加工工件的多個表面或多個孔。

當(dāng)加工中心機床進(jìn)行批量加工時，工件裝卸的時間比較長，機床上的電氣控制的交換臺可以兩工作臺進(jìn)行交換，可以在加工的同時進(jìn)行裝夾，這樣就縮短了工件裝卸的時間，提高機床的利用率。因此，此項研究非常重要，它對提高機床的效率有著重要的意義和廣闊的發(fā)展前景。

1.2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

加工中心最初是在數(shù)控鏜銑床上增加了自動換刀裝置從而實現(xiàn)多種工序加工的機床。

近年來加工中心有很大的發(fā)展，有立、臥五軸聯(lián)動加工中心，用于航空零件的加工，汽車零件的加工，其加工中心柔性高，生產(chǎn)率高，精度高，主軸轉(zhuǎn)速高。

在國內(nèi)，國產(chǎn)的數(shù)控機床有了很大的提高，和國外的同種產(chǎn)品相比較還是有很大的差距，在國內(nèi)市場國產(chǎn)的數(shù)控機床的市場占有率很低。國產(chǎn)的平均無故障時間低，機床故障率高。

1.3　主要設(shè)計內(nèi)容

通過對加工中心交換工作臺工作原理分析，設(shè)計選用PLC來實現(xiàn)加工中心交換工作臺控制。因此控制系統(tǒng)的設(shè)計主要完成硬件和軟件設(shè)計兩部分工作，包括PLC機型選擇、I/O分配以及梯形圖的設(shè)計。

2　加工中心交換工作臺工作過程及控制要求分析

2.1　加工中心交換工作臺工作過程分析

1)由一個閥來控制使得交換臺抬起，用一個檢測信號檢測是否到位；

2)由一個閥來控制使得交換臺拉鉤抬起，用相應(yīng)的檢測信號檢測是否到位；

3)用兩個檢測信號檢測兩工作臺是否落入鉤子里，檢測到位后，將工作臺進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；

4)由一個閥來控制使得工作臺拉鉤落下，用一個檢測信號檢測是否到位；

5)由一個閥來控制使得交換臺落下，用一個檢測信號檢測是否到位；

6)觀察檢測交換臺旋轉(zhuǎn)是否到位的零位指示燈是否亮起。

交換工作臺都要重復(fù)以上步驟，其旋轉(zhuǎn)方向不同。

交換工作臺是通過PLC輸入信號和輸出信號來控制電磁閥實現(xiàn)加工中心工作臺交換。

由以上動作可以得到電磁閥先后得電順序。見表1。

表1　電磁閥先后得電順序

注：“+”為得電，“-”為不得電。

2.2　加工中心交換工作臺控制要求分析

要實現(xiàn)工作臺的交換首先要裝夾確認(rèn)和交換臺定位，在這兩個條件同時滿足時才能執(zhí)行M代碼來進(jìn)行交換動作。

準(zhǔn)備區(qū)定位選用銷定位，工作臺1、2檢測在位，按下裝夾完成按鈕并確認(rèn)指示燈亮，交換臺落下到位，交換臺拉勾落下到位，準(zhǔn)備區(qū)交換臺到零位位置，X軸和工作區(qū)交換臺到第二參考點，拉鉤抬起，在拉鉤檢測到位的情況下進(jìn)行拉鉤正反轉(zhuǎn)，拉鉤正反轉(zhuǎn)到位后，拉鉤落下，拉鉤落下到位后交換臺夾緊，此時已完成交換臺交換。

當(dāng)不能滿足以上條件就會出現(xiàn)“2072 Tab Disallow-Chang 交換臺不能交換”提示。

2.3　確定控制方式

2.3.1繼電接觸器控制系統(tǒng)

工業(yè)生產(chǎn)隨市場需求的轉(zhuǎn)變，開始大批量小品種轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨慷嗥贩N的生產(chǎn)。在發(fā)展過程中，繼電接觸器出現(xiàn)了許多弊端，它成為了生產(chǎn)轉(zhuǎn)換的一大困難。

繼電接觸器控制系統(tǒng)的弊端：

1)使用大量機械觸點，其可靠性比較差；

2)其功能局限性比較大、所占空間大、耗能多；

3)當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化其元件和接線要有所變動，變動過程中時間長，所需費用比較多。

2.3.2可編程控制器(PLC)

PLC作為一種專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的控制器，在自動控制系統(tǒng)中有極其重要地位，主要有以下特點：

1)可靠性高并且抗干擾能力強；

2)通用性好，控制程序可以改變，使用方便，具有很好的柔性；

3)功能強、適用范圍廣、性能價格比較高；

4)程序簡單且易學(xué)易用；

5)系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試以及維修方便。

因此，為了更方便有效地實現(xiàn)加工中心交換工作，在設(shè)計中選用可編程控制器(PLC)。

3　控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1　PLC機型選擇

PLC生產(chǎn)廠家較多，實現(xiàn)的功能大致相同，但性價比和編程語言有很大的差別。

在我國市場生產(chǎn)PLC的廠家有以下幾個：

1)施耐德公司

2)羅克韋爾公司

3)西門子公司

4)通用電氣公司

5)日本公司(歐姆龍，三菱，富士，松下)

其中用戶買的最多的是三菱公司的FX系列。

PLC選型的基本原理是:在輸入、輸出上應(yīng)滿足要求，其次是選擇可靠，售后和使用較為方便及性價比比較好的PLC。

在選型過程中首先要確定輸入和輸出的數(shù)量，在確定數(shù)量后應(yīng)該增加備用量，防止以后在增加控制功能時輸入輸出接口不夠的現(xiàn)象。在本次設(shè)計中輸入口有13個，輸出口有12個。

機床本身用的是FANUC數(shù)控系統(tǒng)，在選用中盡可能選用同一品牌、型號的產(chǎn)品，因此選用FANUC的PLC機。

3.2　I/O地址分配

輸入/輸出信號對應(yīng)的PLC的I/O端子上的地址分配是進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計所必需的。在分配好地址以后就可以進(jìn)行編寫程序。(見表2)

3.3　I/O硬件接線圖及電器元件

電氣控制電路設(shè)計中應(yīng)盡可能減少電器元件的品種和規(guī)格，用途相同的元件，要選用同一品牌、型號的產(chǎn)品。要盡量了解新產(chǎn)品，使得設(shè)計進(jìn)行順利，使路線在技術(shù)指標(biāo)、穩(wěn)定性、可靠性得到大大提高，通過電氣原理圖和機床本身所用的FANUC數(shù)控系統(tǒng)和青海華鼎機床電器元件選型的參考來得到下列電氣元件。

表2　本設(shè)計的I/O分配表

(續(xù)表)

表3　電器元件清單

3.4　軟件的設(shè)計

在設(shè)計軟件過程中首先要設(shè)計出程序的流程圖，設(shè)計出流程圖后才可以設(shè)計軟件，在設(shè)計軟件過程中要考慮到檢測，檢測是否到位，在設(shè)計中要按照要求從左向右，觸點畫在水平線上，線圈接在右線上，按照所要求的程序依次畫出。

3.4.1程序設(shè)計流程

程序流程圖見圖1。

3.4.2梯形圖的設(shè)計

通過以上流程圖對編寫梯形圖有大致的了解，通過所學(xué)的知識編寫出梯形圖。

在本次設(shè)計加入了交換臺正反轉(zhuǎn)不到位報警裝置；運用了一些中間地址和保持開關(guān)，加入了交換臺第二參考點，運用了一些功能模塊來實現(xiàn)延時。

圖1　程序流程圖

圖2　交換臺梯形圖(一)

對以下梯形圖進(jìn)行解說:

要使Y4.1交換臺落下，Y0005.4零位指示燈亮起，X0007.5拉鉤落下檢測到位使得Y4.1得電，Y4.1常開觸點得電形成自鎖。

圖3　交換臺梯形圖(二)

用M66來實現(xiàn)Y4.0的輸出使交換臺抬起；

用M67來實現(xiàn)Y4.1的輸出使交換臺落下；

用M69來實現(xiàn)Y4.2的輸出使交換臺反轉(zhuǎn)；

圖4　交換臺梯形圖(三)

用M68來實現(xiàn)Y4.3的輸出使交換臺正轉(zhuǎn)；

用M58來實現(xiàn)Y4.4的輸出使交換臺拉鉤抬起；

用M57來實現(xiàn)Y4.5的輸出使交換臺拉鉤落下；

用M62來實現(xiàn)Y4.6的輸出使交換臺定位；

用M63來實現(xiàn)Y5.5的輸出使交換臺自轉(zhuǎn)。

上段程序F7.0是M代碼的選通信號。

M62 交換臺定位(插銷)

M63交換臺自轉(zhuǎn)(拔銷)

M66交換臺松開

M58拉鉤抬起

M68(或M69)拉鉤的正反轉(zhuǎn)

M57拉鉤落下

M67交換臺夾緊

工作臺交換所用的程序如下：

G91機床的增量方式

G28 B0旋轉(zhuǎn)工作臺回第一參考點

G30 B0旋轉(zhuǎn)工作臺回第二參考點

G30 Z0立柱退回第一參考點

G30 P2 X0X軸到第二參考點即X軸的交換位置

M66交換臺松開

M58拉鉤抬起

M68(或M69)拉鉤的正反轉(zhuǎn)

M57拉鉤落下

M67交換臺夾緊

M30程序結(jié)束

4　結(jié)　論

本文介紹了加工中心交換工作臺控制。簡述了加工中心交換工作臺控制原理、加工中心交換工作臺控制的電氣原理圖，可編程控制器PLC對整個工作臺交換過程中的工作臺正/反轉(zhuǎn)、交換臺的松開/夾緊、交換臺定位/交換臺自轉(zhuǎn)的動作順序的編程，經(jīng)過設(shè)計，數(shù)控機床獲得了良好的控制效果，縮短了裝卸工件的時間，提高了機床的利用率和生產(chǎn)率，保證了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，解決了加工中心裝夾時間長等一致性問題。

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