1 引言
90 年代以來, 數控加工技術得到迅速的普及及發展, 數控加工中心在制造業得到了越來越廣泛的應用。目前國內企業生產制造的加工中心主要是面向生產領域, 其結構復雜、精度高,封閉性強, 價格昂貴, 難于滿足教學與培訓需要。
V 40 0 立式加工中心是我校新近研制的教學型立式加工中心, 整體布局采用開放式動柱T 型結構, 控制系統采用基于IPC 的模塊化開放式數控系統, 系統界面友好, 具有較強的在線幫助。該加工中心控制功能豐富, 教學培訓功能突出, 操作使用安全可靠性強。并具有一定切削加工能力。加工中心刀庫是實現多工序連續加工的重要裝置, 其結構設計及其控制實現是加工中心設計制造中的關鍵之一。這里以V4 0 立式加工中心為例, 根據教學型加工中心的特點要求, 探討了刀庫結構及其控制系統的設計方法。
2 刀庫的結構設計
刀庫結構設計依據的基本原則是: 根據教學型加工中心的設計要求, 該刀庫設計注重功能完善, 開放式結構、操作使用安全可靠等特點。V 40 型加工中心刀庫部分采用H CK 一U P 刀庫的設計形式, 由主軸直接完成取刀動作。見圖1 :其主要參數是: 刀庫容量: 10 把; 最大刀具重量: 6K g , 最大刀具長度: 2 4 0 m m , 刀庫轉動速度: l 刀位/ 秒。
2.1 刀庫的驅動
刀庫由90 w 普通電機經減速后通過外嚙合槽輪機構進行驅動, 該方式由于利用槽輪機構采用機械式分度定位, 可靠性較高。同時電氣控制簡單, 制造成本較低。為了減小槽輪機構運動時的沖擊, 設計時采取如下措施: (l) 使槽輪的實際外圓半徑Ra略大于槽輪名義外圓半徑R , 即槽輪名義外圓半徑R =, 實際外圓半徑R a =, 以消除滾子開始進人槽時滾子與槽兩側頂端的間隙。(2) 減小和消除滾子和槽之間的間隙。(3 )適當調整支撐軸承的預緊力, 增加槽輪組件的回轉負載, 增加回轉阻尼
2. 2 刀位的控制實現
刀庫上的刀位信號由兩支開關聯合發出, 在刀庫的一號刀位上安裝一只感應塊, 在支架上安裝相應檢測開關(圖中未表示出來), 機床開機后, 刀庫自動回轉尋找一號刀位, 刀庫處于初始狀態。其余刀位信號由安裝在槽輪轉臂上的感應塊配合接近開關進行累計計數, 曲柄每回轉一周即刀庫轉過一個刀位觸發一次, 送出停止電機及啟動剎車信號b 通過控制電機的旋轉方向,實現刀庫的雙向選刀。
2. 3 安全控制
教學型加工中心設計突出的特征就是安全設計。由于學生與工廠操作技工在使用時在熟練程度的差異, 針對刀庫部分特別加強了使用的安全控制。
(l) 安全防撞設計: 刀庫的刀臂本體與底座連接支架之間增加了一個轉動軸, 操作使用時如有不當的左移或上提, 刀臂本體可以反時針轉動一個角度, 刀臂本體與連接支架之間的行程開關斷開, 產生不正確的動作信號, 控制系統及時停機。(2) 刀盤上10 對刀爪的轉動銷軸上, 增加了安全剪斷槽的設計, 該銷軸按承受刀具規格重量的4 倍設計, 意外動作時, 如必須發生結構型破壞, 應優先剪斷銷軸。
3 刀庫控制系統的實現
v 40 o 教學型加工中心采用基于IPC 的模塊化開放式數控系統, 系統界面友好, 具有較強的在線幫助, 安全性強。刀庫控制系統的實現是通過開放式數控系統內置PMC 來完成。
PMC 程序傳統上一般采用梯形圖編制, 而開放式數控系統則提供了功能更強、更靈活高效的C + + 語言供用戶開發PM C 軟件。
整體PMC 軟件設計采用模塊化的結構設計思路. 程序中每一子模塊都可以在N C 的人機接口PLc 參數設置欄中將其置為 “ 開” 、“關”狀態, 以適應不同功能的加工中心需要。為了程序的通用性, 最大刀號在C NC 參數中設定, 程序將最短路徑選刀處理為一般函數運算, 可適用于不同刀具數目的機床。
自動換刀模塊的軟件框圖如圖所示, 整個換刀過程由10 步動作實現。1 )z 軸回換刀位; 2) 主軸準停; 3 )x 、Y 軸回換刀位; 4 )松刀吹氣;5) 主軸抬起; 6) 計算最佳選刀路徑; 7 )目標刀具旋轉到位; 8) 主軸下移抓刀; 9) 主軸右移到完成位; 10 )解除主軸準停。
4 結論
教學型加工中心刀庫結構及控制系統設計, 體現了教學型加工中心設計的原則。該系統在V4 0 加工中心上經過一年多的使用, 各項指標達到設計要求。刀庫結構開放性好, 系統調整方便靈活, 成本低廉, 學生學習培訓安全性強。它除了能較好的完成加工要求外, 對于學生理解和掌握刀庫的結構及控制原理發揮了較好的作用。
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