雙工作臺及液壓驅動交換站在精密臥加上的應用

徐吉存

(沈陽機床(集團)有限責任公司，遼寧沈陽110142)

該款五軸聯動精密臥式加工中心是沈陽機床集團吸收國內外先進技術開發的大型精密臥式加工中心，結合國內航空零件加工特點及條件設計制造的；機床具有高剛性，高精度，高速度等特點，適合加工以鈦合金、合金鋼等難加工材料制成的各種復雜型面飛機零件。機床配置功能先進的數控系統和雙工作臺交換機構，通過西門子系統的PLC程序及NC宏程序的控制，可實現A、B工作臺的自動交換，節省了工件裝夾時間，極大地提高了機床整體的加工效率。

典型的工作臺交換站有兩種:一種是旋轉式的，另一種是平行移動式的。回轉式的多用于較小的托盤630 mm×630 mm以下的，交換時間一般為8～12 s。相對比旋轉式結構形式，平行移動式的托盤交換裝置具有更大的承載能力，能夠滿足630 mm×630 mm規格以上托盤及工件的傳輸。缺點是交換時間會比回轉式的長，大約在12 s以上。

1 精密臥式五軸加工中心交換站的主要結構

本加工中心交換工作臺機構由平行并列布置的兩個相同的交換臺站組成，分別命名為交換臺站A和交換臺站B，如圖1所示。交換臺站A(或B)由交換臺站底座、液壓馬達、減速機、鏈輪等拖動裝置和工作臺移動導向定位機構等部分組成。

1.1 雙工作臺交換站結構

交換工作站包含兩個交換站點即A交換站點和B交換站點。設置在機床上下料前側，相對工作臺工作位置對稱布置。當需要使用工作臺A時，工作臺滑板機構移動至A交換臺站相應交換位置實現A工作臺交換，同理工作臺滑板機構移動至B交換臺站相應交換位置實現B工作臺交換。

交換臺站底座通過地腳螺栓固定在機床地基上，其上裝有兩條直線導軌與工作臺的定位基面配合實現工作臺交換時的定位導向功能。拖動功能由液壓馬達通過減速機和鏈輪機構驅動工作臺沿直線導軌往復運動來實現，并可由固定在傳動鏈條上的推拉銷鉤住固定在工作臺上的拖鉤，帶動工作臺在機床回轉座和交換臺站之間做往復運動，從而實現工作臺在機床回轉座和交換臺站A(或B)間的位置自動交換。

1.2 工作臺結構

A(或B)工作臺由伺服軸驅動，采用蝸輪蝸桿、齒輪兩級傳動，可實現360°回轉運動，設有高精度角度編碼器，液壓夾緊裝置。在換臺過程中，可實現自動松夾。

在A、B工作臺面底部均設有兩條定向導軌作為兩條定位基面和兩對導向夾緊導軌條，在A、B工作臺面一端設置有拖鉤，在拖動鏈條的拖動下實現交換時的拖動功能。工作臺面下的兩導向錐銷及定位銷孔與兩定位銷配合實現工作臺交換時的定位功能。每條定位基面兩端各設有一個夾緊活塞機構，當工作臺交換到位后，檢測機構反饋到位信號后，液壓系統供油夾緊工作臺。工作臺底部結構如圖3所示。

2 PLC程序簡介

本機床可通過PLC程序實現A、B工作臺的互換。在交換站導軌外沿放置了5組位置檢測開關，分別為正轉開關、反轉開關、加速開關、減速開關和噴水開關。其中正反轉開關為判定工作臺是上料前進到加工區還是卸料返回裝夾區的條件；加減速開關為換臺過程中加速和減速的條件；而噴水開關則起到啟動噴水閥清潔工作臺的作用。

在PLC的編制過程中，應用4組M代碼 M31、M32、M33、M34分別實現A臺和B臺上料與卸料。其中上料與卸料過程類似，本文僅以A臺上料過程為例，對PLC的過程控制程序加以簡要說明。

A臺的上料過程可分解為8個步驟，采用Step5中的順序控制語句加以實現。具體程序如下:

3 NC宏程序簡介

以上通過PLC程序的4組M代碼實現了A、B工作臺的上下料過程控制，但在實際換臺過程中，針對是上、下料過程，有若干種情況需要加以考慮。具體如下:

呼叫A臺或B臺上料有3種情況，分別如下:

(1)A臺和B臺都在上料區，工作區無工作臺，呼叫后可直接上料。

(2)呼叫的目標工作臺在上料區，而另一工作臺在工作區，需首先將工作區工作臺退回上料區，然后將呼叫的目標工作臺移動到工作區，如圖4所示。

(3)呼叫的目標工作臺已經在工作區，屬于無效呼叫，系統顯示提示信息。

呼叫A臺或B臺卸料有兩種情況，分別如下:

(1)呼叫卸料的工作臺在工作區，可直接將其退回到上料區。

(2)呼叫卸料的工作臺已經在上料區，屬于無效呼叫，系統顯示提示信息。

為了實現上述上料過程3種情況，本機床應用M41、M42分別調用宏程序 CALLA.SPF和CALLB.SPF實現對A臺和B臺的上料呼叫。下面以A臺宏程序為例加以說明，宏程序如下，其中$A_IN[9]和 $A_IN[10]兩個NC變量為PLC通過上料區的檢測開關接收到的輸入變量，然后轉換成NC變量，作用是判斷A、B工作臺當前位置。

從以上宏程序可以看出，宏程序針對以上3種情況分成3個主要部分，通過判斷工作臺當前狀態，進行程序段跳轉，從而實現各類情況的自動換臺過程。宏程序簡單、清晰、易懂，具備較強的可讀性。

通過上文可見，此精密臥式五軸加工中心的交換工作臺機構，通過PLC與NC宏程序的控制，可實現機床兩個工作臺的自動交換；可以在機床對一個工作臺上的工件進行切削加工的同時，對交換工作臺上另一個工作臺上的工件進行裝夾或拆卸，從而縮短機床的輔助時間，提高機床的工作效率。另外，此種結構的交換工作臺強度高、剛性好、承載大、傳動平穩，適合于承載較大重量工件的工作臺的自動交換。