基于VMCH850數(shù)控加工中心斗笠式刀庫電氣控制優(yōu)化設(shè)計

秦曉陽

（湖北工業(yè)大學(xué)，湖北武漢 430068）

0 引言

數(shù)控加工中心配備刀庫是其與普通數(shù)控機(jī)床的最大區(qū)別，它能實現(xiàn)快速自動換刀，省去數(shù)控機(jī)床傳統(tǒng)換動刀時每次都需要手動換刀及再次對刀過程，從而大大提高了零件加工的效率及質(zhì)量。數(shù)控加工中心刀庫一般分為斗笠式刀庫和凸輪式刀庫，換刀方式相對應(yīng)為固定換刀和隨機(jī)換刀[1]。當(dāng)前數(shù)控加工中心斗笠式換刀過程還存在一些問題待改進(jìn)，本文重點介紹電氣控制優(yōu)化設(shè)計思路和方法。

1 固定換刀動作過程

根據(jù)主軸有無刀、換刀和取刀功能狀態(tài)，固定換刀動作過程可分為四種情況[2]。

第一種為指令取刀號為主軸上刀號，換刀動作不執(zhí)行，換刀結(jié)束。

第二種為主軸無刀，指令直接取刀。執(zhí)行換刀指令后，Z軸執(zhí)行機(jī)械回零，主軸定向，刀庫前進(jìn)右位，主軸松刀，刀庫旋轉(zhuǎn)到指令取刀號位，Z軸下降到第二參考點，夾緊刀具，刀庫回退左位，換刀結(jié)束。

第三種為主軸有刀，指令直接還刀。執(zhí)行還刀指令后，Z軸直接回到第二參考點，主軸定向，刀庫前進(jìn)右位，主軸松刀，Z軸回第一參考點，主軸緊刀，刀庫回退左位，換刀結(jié)束。

第四種為主軸有刀，指令要取刀庫上的刀。執(zhí)行換刀指令后，Z軸直接回到第二參考點，主軸定向，刀庫旋轉(zhuǎn)到主軸上刀號位，刀庫前進(jìn)右位，主軸松刀，Z軸回第一參考點，刀庫旋轉(zhuǎn)到指令取刀號位，Z軸回到第二參考點，主軸緊刀，刀庫回退左位，換刀結(jié)束。

2 換刀過程存在的問題

換刀過程由PMC控制及刀庫表記錄數(shù)據(jù)，規(guī)范操作及運行情況下，整個斗笠式刀庫換刀過程都能正常運行，但如果有人為操作失誤或外界電源因素干擾，就可能出現(xiàn)換刀混亂故障[3]。例如缺乏主軸上有無刀的判別。如果不對主軸上是否有刀進(jìn)行判別，此時主軸上已有刀，這時PMC刀庫表是記錄了該刀號數(shù)據(jù)的，但如果人為取下該刀，會導(dǎo)致PMC刀庫表數(shù)據(jù)跟實際的對應(yīng)不上，PMC還是會認(rèn)為刀具在主軸上，這就會讓整個換刀過程出現(xiàn)混亂[4]；但如果是取下主軸上刀后又手動換上其他刀具，會導(dǎo)致現(xiàn)在的刀具跟原來PMC刀庫表記錄的數(shù)據(jù)對應(yīng)不上，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)主軸上刀柄跟刀庫上刀柄相碰撞的嚴(yán)重事故，造成主軸、刀具、刀庫和機(jī)械卡手損壞。

3 電氣控制優(yōu)化設(shè)計

數(shù)控加工中心主軸箱如圖1所示，主要由主軸電機(jī)、打刀缸、主軸軸體和傳動機(jī)構(gòu)構(gòu)成[5]。打刀缸通氣下壓時，主軸拉爪松開，實現(xiàn)主軸松刀功能；打刀缸斷氣回位時，主軸拉爪收緊，實現(xiàn)主軸緊刀功能[6]。

為了實現(xiàn)主軸有無刀判別，在電路設(shè)計中加入紅外線發(fā)射器和接收器，如圖2所示。當(dāng)主軸上無裝刀具時，主軸拉桿伸出長度會比較長，這時紅外線發(fā)射器發(fā)射的信號會被主軸拉桿擋回，接收器收不到信號，輸出低電平到PMC端，經(jīng)過PMC編程，判斷主軸上無刀狀態(tài)[7]。

當(dāng)主軸上裝有刀具時，如圖3所示。此時主軸拉爪抓住刀具，主軸拉桿會比原先下降一小段距離[8]，這時紅外線發(fā)射器發(fā)射的紅外線剛好穿過主軸拉桿上方，接收器收到信號，輸出高電平到PMC端，經(jīng)過PMC編程，判斷主軸上有刀狀態(tài)。

圖3 主軸有刀電氣判別圖

圖2 主軸無刀電氣判別圖

4 PMC編程設(shè)計

把紅外線接收器信號輸出端連接PMC的X10.0輸入端[9]，當(dāng)主軸有刀時，紅外線接收器輸出高電平，X10.0為高電平，開關(guān)閉合，從而輸出中間繼電器R510.0，告訴數(shù)控系統(tǒng)主軸裝上刀了，同時R510.0觸動閉合，輸出Y10.0，在控制面板上顯示主軸有刀燈亮。如果主軸無刀，紅外線接收器發(fā)送低電平到達(dá)X10.0,R510.0為低電平，系統(tǒng)得到主軸無刀信號，同時Y10.0無輸出，控制面板上主軸有刀燈滅[10]。（PMC程序如圖4所示）。

圖4 主軸有無刀PMC程序圖

5 結(jié)語

刀庫電路經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后，在實際應(yīng)用中效果良好，換刀過程更加穩(wěn)定可靠，避免了換刀過程中PMC刀庫數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)不相符的情況，從而避免了刀撞刀等嚴(yán)重事故的發(fā)生，為高效率高質(zhì)量的零件加工生產(chǎn)提供了有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

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［9］屠春娟.PMC在盤式刀庫自動換刀控制中的研究［J］.廣西輕工業(yè)，2009（05）：35-36.

［10］楊中力.使用PMC軸功能實現(xiàn)對加工中心刀庫的控制［J］.電子測試， 2016（15）：134-135.