德杰刀庫：龍門銑加工中心換到流程

1.輕型龍門加工中心機(jī)床概述

輕型定梁龍門機(jī)床為工作臺移動、橫梁固定式龍門機(jī)床，可帶刀庫，也可不帶刀庫。機(jī)床由床身、立柱和固定橫梁構(gòu)成高剛度封閉框架。工作臺在床身導(dǎo)軌上做縱向運動，該向為X坐標(biāo);溜板在橫梁導(dǎo)軌上做橫向運動，該向為Y坐標(biāo);滑枕鏜銑頭在溜板導(dǎo)軌上做垂向運動，該向為Z坐標(biāo)。機(jī)床采用SIEMENS840DE控制系統(tǒng)，機(jī)床的X、Y、Z三軸都是CNC控制軸，主軸采用西門子公司交流主軸電動機(jī)驅(qū)動，X、Y、Z三向進(jìn)給采用西門子公司伺服電動機(jī)驅(qū)動?？梢詫崿F(xiàn)三維直線插補、二維圓弧插補和任意三軸聯(lián)動。

2.自動換刀控制要求

2.1刀庫控制

刀庫可以為盤式刀庫，刀庫容量為20位，主軸與刀庫換刀采用無機(jī)械手，就近找刀，原位直接換刀的方式;也可以用鏈?zhǔn)降稁?，刀庫容量?0把刀，采用機(jī)械手，任意找刀，任意換刀方式。刀庫盤由電動機(jī)通過齒輪降速驅(qū)動，有正、反轉(zhuǎn)和停止控制。為使刀庫盤快速停止，在電動機(jī)輸出軸上加有一失電摩擦制動器。當(dāng)停止信號發(fā)出時，即令該制動器的電磁鐵失電，從而使刀庫停止轉(zhuǎn)動。刀庫盤轉(zhuǎn)動的分度和定位由馬氏機(jī)構(gòu)、零位開關(guān)和計數(shù)開關(guān)實現(xiàn)。刀庫每轉(zhuǎn)到一個刀位，計數(shù)開關(guān)即動作一次。當(dāng)?shù)稁燹D(zhuǎn)到零位時，零位開關(guān)也動作。當(dāng)?shù)稁燹D(zhuǎn)到指定刀位時，計數(shù)開關(guān)或零位開關(guān)動作，這時立即使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，制動器失電制動，從而刀庫盤停止并依靠馬氏機(jī)構(gòu)精確定位在換刀位置。刀庫停止后，計數(shù)開關(guān)或零位開關(guān)斷開，這時應(yīng)提示報警。

2.2氣動控制

刀庫防護(hù)門開關(guān)和主軸錐孔吹氣由氣動控制，氣源氣體經(jīng)處理后供給汽缸。刀庫防護(hù)門開關(guān)由一氣缸來驅(qū)動，控制由二位四通雙電控?fù)Q向閥來完成。該換向閥的特點是：換向閥的兩個位置，分別由兩個電磁鐵控制，而且換向閥時只需要給電磁鐵一個短暫的電信號（電信號待續(xù)時間為2s）即可完成換向。只有給另一個電磁鐵一個短暫電信號后，換向閥才會換到另一個位置。主軸錐孔吹氣用來清潔主軸錐孔，吹氣接通用一個二位三通電控截止閥來實現(xiàn)。當(dāng)松刀開始時，給該電磁鐵通電，開始錐孔吹氣，直至松刀狀態(tài)結(jié)束時，電磁鐵失電，吹氣停止。

2.3主軸拉刀控制

主軸內(nèi)部裝有刀具自動拉緊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由碟簧拉緊、液壓松開刀具。刀具的拉緊和松開由一個兩位四通電磁閥控制。拉刀機(jī)構(gòu)分為有刀、無刀、松刀，由三個無觸頭感應(yīng)開關(guān)監(jiān)測這三個狀態(tài)。

刀具的拉緊及松開可以由指令控制，也可以由操作面板上的按鈕控制。刀具的松開和拉緊狀態(tài)應(yīng)在面板上有所顯示。主軸的轉(zhuǎn)動和刀具的拉緊和松開動作為互鎖關(guān)系。

3.馬氏機(jī)構(gòu)

刀庫動作過程本加工中心的刀庫由馬氏機(jī)構(gòu)刀庫盤、零位開關(guān)、計數(shù)開關(guān)、刀庫門開關(guān)閥和行程開關(guān)、主軸吹氣閥等組成。馬氏機(jī)構(gòu)刀庫自動換刀是主軸移動到刀庫，利用主軸的松拉刀動作直接在刀庫盤上抓刀、還刀。在接近刀庫盤和離開刀庫盤時都需要慢速移動，以免與刀庫盤或者刀具發(fā)生碰撞造成事故，在其他位置就需要用快速移動來節(jié)約時間。刀庫的運動包括三個過程即主軸抓刀，主軸還刀和主軸換刀。主軸將運動到的幾個點，S1～S14表示滑枕和溜板運動的過程。主軸抓刀、主軸還刀和主軸換刀三個過程都可以用圖解分析出來。

3.1主軸抓刀過程

主軸抓刀是要求現(xiàn)在無刀的主軸去抓刀庫盤上的刀。動作是Y軸橫向移動到達(dá)刀庫頂端，Z軸向下移動到達(dá)刀具刀位并抓刀后，Y軸橫向移動離開刀庫（括弧號里內(nèi)容是對Y和Z軸動作的描述）：S1（Z軸到P0，快速）→S2（Y軸到P1，快速）→主軸定向，第一軟限位生效，刀庫門開→S8（Y軸到P2，快速）→主軸松刀→S7（Z軸到P3，快速）→S6（Z軸到P4，慢速）→主軸緊刀→S12（Y軸到P5，慢速）→S13（Y軸到P6，快速）→S14（Z軸到P1，快速）→第二軟限位生效，主軸定向取消，刀庫門關(guān)。

3.2主軸還刀過程

主軸還刀是把主軸上的刀還回刀庫盤上原刀位。動作是Y軸橫向移動到達(dá)刀具刀位并松刀后，Z向上離開刀具到刀庫頂端，Y軸橫向離開刀庫：S1（Z軸到P0，快速）→S2（Y軸到P1，快速）→主軸定向，第一軟限位生效→S3（Z軸到P6，快速）→刀庫門開→S4（Y軸到P5，快速）→S5（Y軸到P4，慢速）→主軸松刀→S11（Z軸到P3，慢速）→S10（Z軸到P2，快速）→S9（Y軸到P1，快速）→第二軟限位生效，主軸定向取消，主軸緊刀，刀庫門關(guān)。

3.3主軸換刀過程

主軸換刀是要求把主軸上的刀還回刀庫盤上原刀位，并且再抓另外一把刀庫盤上的刀。動作是Y軸橫向移動到達(dá)刀具刀位并松刀后，Z向上離開刀具到刀庫頂端，刀庫盤轉(zhuǎn)動找刀，Z軸向下移動到達(dá)刀具刀位并抓刀后，Y軸橫向移動離開刀庫：S1（Z軸到P0，快速）→S2（Y軸到P1，快速）→主軸定向，第一軟限位生效→S3（Z軸到P6，快速）→刀庫門開→S4（Y軸到P5，快速）→S5（Y軸到P4，慢速）→主軸松刀→S11（Z軸到P3，慢速）→S10（Z軸到P2，快速）→刀庫盤旋轉(zhuǎn)，刀庫找刀→S7（Z軸到P3，快速）→S6（Z軸到P4，慢速）→主軸緊刀→S12（Y軸到P5，慢速）→S13（Y軸到P6，快速）→S14（Z軸到P1，快速）→第二軟限位生效，主軸定向取消，刀庫門關(guān)。

二、馬氏機(jī)構(gòu)刀庫自動控制程序說明

根據(jù)自動換刀控制要求和動作過程編制PLC進(jìn)行調(diào)試，使ATC正常工作。

1.加工中心I/O點安排

1.1輸入點安排I33.2：主軸緊刀到位開關(guān)（上位），I33.3：主軸緊刀到位開關(guān)（中位），I33.4：主軸松刀到位開關(guān)（下位），I36.3：主軸松刀按鈕開關(guān)按下，I36.4：主軸緊刀按鈕開關(guān)按下，I62.0：刀庫ATC生效，I62.1：刀庫ATC失效，I62.2：刀庫點動，I62.3：刀庫回零，I62.4：刀庫盤正轉(zhuǎn)，I62.5：刀庫盤反轉(zhuǎn)，I62.7：刀庫計數(shù)，I63.0：刀庫零位，I63.1：刀庫門開，I63.2：刀庫門關(guān)，I63.3：刀庫電動機(jī)監(jiān)控，I63.4：刀庫鎖。

1.2輸出點安排Q49.0：主軸松刀閥，Q49.3：主軸松刀，Q56.0：刀庫ATC生效燈，Q56.1：刀庫點動，Q56.2：刀庫電動機(jī)正轉(zhuǎn)，Q56.3：刀庫電動機(jī)反轉(zhuǎn)，Q56.4：刀庫制動器，Q56.5：刀庫門開閥，Q56.6：刀庫門閉閥，Q56.7：主軸吹氣閥。

2.程序功能塊安排說明

FC51：主軸松拉刀，F(xiàn)C66：馬氏機(jī)構(gòu)刀庫T碼處理，F(xiàn)C67：馬氏機(jī)構(gòu)刀庫M碼處理，F(xiàn)C68：馬氏機(jī)構(gòu)刀庫綜合處理。

3.PLC程序調(diào)試說明

刀庫調(diào)試時需要對各個電氣元器件進(jìn)行單步調(diào)試，保證每一件電氣元器件都能正常工作;然后根據(jù)刀庫的抓刀，換刀，還刀等動作進(jìn)行全部動作的手動強制執(zhí)行，檢驗程序的執(zhí)行情況;最后才能使用T和M指令在自動方式下進(jìn)行程序的連續(xù)自動執(zhí)行，使刀庫能正常運行。

三、結(jié)束語

我們的ATC通過在企業(yè)的多個產(chǎn)品上實際運行測試，運行情況良好，達(dá)到了控制要求。由于ATC原理及經(jīng)驗大同小異，對不同類型數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床也有一定的參考作用。