自動換刀裝置在數(shù)控加工中的應(yīng)用

自動換刀裝置在數(shù)控加工中的應(yīng)用

0plc及其定位控制器在大型數(shù)控機床主要部件費用比作為一門動態(tài)加工中心，刀庫選刀是其核心之一，直接影響到刀庫、機械手和操作員之間的自動變更。這對于機槍的加工效率和加工精度具有重要意義。經(jīng)過長時期的發(fā)展,PLC已具有強大的運算能力,良好的通訊功能,極高的處理速度,已獲得廣泛的應(yīng)用。對于高精尖的大型數(shù)控機床主要部件目前大部分都用的進口元件,費用高。PLC及其定位控制器用于刀庫、機械手和主軸間的自動換刀控制,取代某些昂貴的進口元件,降低了設(shè)備費用,是降低費用的最佳的選擇。對于小型加工中心的自動選刀控制,是一種理想的控制設(shè)備。1切割加工中心的選擇方法1.1順序選擇刀選刀方式要求按工藝過程的順序(即刀具使用順序)將刀具安置在刀座中,使用時按刀具的安置順序逐一取用,用后放回原刀座中。1.2隨機選擇刀(1)刀座代碼與選刀對刀庫各刀座編碼,把與刀座編碼對應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中,編程時用地址T指出刀具所在刀座編碼。(2)刀具存放地址不同刀具號和存刀位置或刀座號對應(yīng)地記憶在計算機的存儲器或可編程控制器的存儲器內(nèi),刀具存放地址改變,計算機記憶也隨之改變。在刀庫裝有位置檢測裝置,刀具可以任意取出,任意送回。2隨機選刀方式刀庫中有30個刀座,屬于連續(xù)型刀庫,可以是圓盤型刀庫,也可使用鏈式刀庫,刀庫類型雖有所不同,但選刀控制方式相似,使用步進電機正反轉(zhuǎn)控制。采用隨機選刀方式,刀庫中30個刀座不一定都有刀具,其中的道具編號與刀座編號不一定相同。T指令輸入時程序大致執(zhí)行過程如下:在刀庫中查找T指令要求的刀具,找到時判斷其所在刀座與換到位的位置關(guān)系,刀庫以比較短距離的方式(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))高速轉(zhuǎn)至距離換刀位兩個刀座差的位置,低速轉(zhuǎn)到換刀位,向機床輸出換刀信號。3t指令的設(shè)置CNC送至PLC的信息可由開關(guān)量輸出信號(對CNC側(cè))完成,也可由CNC直接送入PLC的寄存器中。在本設(shè)計中,采用前一種方式,以開關(guān)量信號進行信息交換。本設(shè)計中,在初次運行時必須使PLC的信息與CNC同步,所以設(shè)置一個寄存器設(shè)置的接口觸點X004;T指令是CNC的選刀信號,所以設(shè)置一個T指令接口觸點X005。PLC的數(shù)據(jù)寄存器單個均為16bit,所以設(shè)置寄存器內(nèi)容時除“寄存器設(shè)置”觸點外,還要16個觸點配合使用,用于二進制碼輸入。與T指令配合使用的刀具代號以BCD碼方式輸入,因此,寄存器中刀具代號均使用BCD碼儲存。T指令的BCD碼與寄存器設(shè)置的二進制碼使用相同接口。本系統(tǒng)需要的I/O點數(shù)較少,共需22個輸入點和4個輸出點,因此選用三菱FX2N-48MR型PLC機,它是基本單元,輸入輸出點數(shù)各24點。當(dāng)PLC僅用作刀庫自動選刀時,FX2N-48MR可滿足要求,但還有其他用途時則可能需要更多點的型號。Y000和Y001可采用晶體管脈沖輸出,也可采用繼電器輸出方式;其他輸出均采用繼電器輸出方式。本設(shè)計輸出口采用繼電器輸出方式。(續(xù)表)4梯子圖和程序4.1x005.2ser指令采用X005上升沿輸入并邏輯取反指令I(lǐng)NV,作用是使從LDX005到標(biāo)記P3之間的程序在X005上升沿這個掃描周期內(nèi)執(zhí)行一次,其余時間執(zhí)行到LDPX005這一行時跳過而不執(zhí)行。SER指令是數(shù)據(jù)搜索指令,當(dāng)T指令輸入時,在主軸和刀庫中查找T指令所要求的刀具。T指令輸入,在主軸和刀庫中查找設(shè)定刀具,結(jié)果存于D0～D4。沒有找到設(shè)定刀具,M11置位(用于報警輸出),跳轉(zhuǎn)至P3,報警輸出;找到設(shè)定刀具,將設(shè)定刀具所在位置(存于D1)存入變址寄存器V0中(MOV指令),用于后續(xù)處理。設(shè)定刀具處于換刀位的刀座上,換刀標(biāo)志M9置位;設(shè)定刀具在換刀位刀座或者主軸上時,刀庫都不需轉(zhuǎn)動,因此跳過脈沖輸出等程序段。4.2c0與015數(shù)值范圍的關(guān)系計算過程如下:(1)設(shè)定刀具所在刀座減去換刀位當(dāng)前刀座位置,結(jié)果存于C0(SUB指令)。(2)判斷刀座差(有正負)C0與0～15數(shù)值范圍的關(guān)系,結(jié)果存于M0～M2(ZCP指令)。M0～M2接通條件如下:M0,C0為負數(shù);M1,C0為不大于15的非負數(shù);M2,C0大于15。(3)M0通(C0為負數(shù)),M3置位,用于標(biāo)識刀座差值原為負值,C0取補(NEG指令),跳轉(zhuǎn)再次執(zhí)行計算步驟(2),判斷C0與0～15數(shù)值范圍的關(guān)系。(4)M1通(C0為不大于15的非負數(shù)),將C0值傳至C1(MOV指令)。(5)M2通(C0大于15),30減去C0值,差值存于C1(SUB指令)。(6)方向計算:以M1～M3最終狀態(tài)來計算反轉(zhuǎn)條件(Y001通):M3通(C0原為負數(shù)),M1通(C0絕對值不大于15);或者M3不通(C0原為非負數(shù)),M2通(C0絕對值大于15)。正轉(zhuǎn)條件(Y001不通):M3通(C0原為負數(shù)),M1不通(C0絕對值大于15);或者M3不通(C0原為非負數(shù)),M2不通(C0絕對值不大于15)。M1與M2在判斷時形成對立的通斷狀態(tài),所以方向計算時不會同時接通或同時斷開。(7)換刀處理,在第一次判斷C0與0～15數(shù)值范圍的關(guān)系時將主軸刀具代號(存儲在D208)與設(shè)定刀具所在刀座(D208V0)的刀具代號交換(XCH指令),同時把設(shè)定刀具所在刀座位置存到D201(MOV指令),實現(xiàn)程序中的換刀操作。邏輯關(guān)系如圖2所示。4.3m7連通條件(1)判斷C1是否為0,為0則將換刀標(biāo)志M9置位,將刀座差符號標(biāo)志M3和用于流程控制M4復(fù)位,跳過脈沖輸出程序。當(dāng)C1不為0,則繼續(xù)執(zhí)行脈沖輸出程序。(2)C1與2比較,結(jié)果存于M5開始的3個中間繼電器中。M5～M7接通條件如下:M5,C1小于2(即等于1);M6,C1等于2;M7,C1大于2。注:C1在刀座差計算程序中獲得的數(shù)據(jù)是設(shè)定刀具所在刀座與換刀位上當(dāng)前刀座間的差值(非負數(shù))。在此將它與2比較的意義在于,看刀庫應(yīng)該是高速運轉(zhuǎn)還是低速運轉(zhuǎn),假如C1大于2,則需要高速運轉(zhuǎn)至刀座差為2再低速運轉(zhuǎn);假如C1不大于2,則只要低速運轉(zhuǎn)即可。(3)當(dāng)C1不大于2(M7不通,常閉觸點不動作),則執(zhí)行低速脈沖輸出,輸出脈沖量使刀庫轉(zhuǎn)過一個刀座位置。(4)刀庫轉(zhuǎn)過一個刀座位置后,C1減1。在此設(shè)計中,轉(zhuǎn)動完成以DPLSR語句影響的完成標(biāo)志M8029接通來判斷。(5)C1不大于2(M7不通),則不需要高速脈沖輸出,因此跳過高速脈沖輸出程序。如圖3所示。4.4轉(zhuǎn)速所需的脈沖數(shù)(1)C1大于2(M7通),則將C1減去2,結(jié)果存到C2。(2)用C2計算刀庫高速旋轉(zhuǎn)所需的脈沖數(shù),結(jié)果存于D5～D8。M8置位,避免下次再次重復(fù)(1)(2)兩步操作,以免產(chǎn)生錯誤,并用于啟動高速脈沖輸出。(3)M8接通時啟動高速脈沖輸出,高速脈沖輸出完成(M8029接通)后,把C1內(nèi)容改為2,用于低速脈沖輸出;M8復(fù)位,斷開高速脈沖輸出。4.5脈沖信號輸出SH-20402A控制電機轉(zhuǎn)向時,應(yīng)確保方向信號領(lǐng)先脈沖信號至少5μs建立,可避免驅(qū)動器對脈沖的錯誤響應(yīng)。因此,PLC方向信號的輸出應(yīng)先于脈沖信號輸出一個掃描周期。(1)方向計算并輸出后,M4置位并跳過脈沖輸出。(2)下一掃描周期時,由于M4接通,所以跳轉(zhuǎn)至P2實際是繼續(xù)執(zhí)行脈沖輸出程序,這樣使脈沖信號比方向信號遲一個掃描周期輸出到SH-20402A,這樣可以避免產(chǎn)生錯誤。(3)當(dāng)脈沖輸出完成,C1變?yōu)?時,M4復(fù)位,M9置位,調(diào)至換刀信號輸出。4.6變址分揀時,變址分揀時,a程序采用上升沿輸入方式,接通X004前,相應(yīng)寄存器設(shè)置內(nèi)容(二進制碼)必須先輸入,以免設(shè)置錯誤,從D201到D240(變址寄存器V1從0到38,當(dāng)V1=38時,V1清零)按順序逐一設(shè)置其內(nèi)容。旋轉(zhuǎn)一個刀座位置所需脈沖數(shù)(二進制)、高速最高脈沖頻率(二進制)、低速最高脈沖頻率(二進制)計算確定后分開高十六位與低十六位分別輸入,這些數(shù)據(jù)與刀庫傳動機構(gòu)、步進電機參數(shù)有關(guān)。4.7更換刀的信號輸出和更換刀完成信號輸入(1)M9在程序中作為換刀信號,當(dāng)M9通時,Y004接通,電磁閥YV0接通,機床換刀。(2)換刀完成后,X003接通,M9復(fù)位。4.8源和事件調(diào)整(1)M10通,表示主軸和刀庫中找不到設(shè)定刀具,因此要報警輸出。