新型液压刀塔控制系统的设计与实现.pdf

机械制造 马潮 ， 等 新型液压 刀塔控制 系统的设 计与 实现 新型液压 刀塔控 制系统 的设计 与实现 马潮 ， 张文洁 ， 夏 宏 1 ． 辽宁科技大学 机械工程与 自动化学 院， 辽宁 鞍 山 1 1 4 0 5 1 ； 2 ． 大连机床集 团有 限责任公 司数控所 ， 辽 宁 大连 1 1 6 6 2 0 摘 要 针对 目前国内中低档电动刀架的不足， 介绍了以F A N U C 0 i 数控 系统 P MC为控制核 心、 D T Y 6 3型液压刀塔为控制对 象的控制 系统的软硬件设计 与实现 方法。该 系统 结构 简单 、 效 率高、 灵活性强、 能很好的适应国内中端市场需求。 关键 词 数控 ； P MC ； 液压刀塔 ； 控制 系统 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 5 2 7 6 2 0 1 4 0 2 0 0 4 9 ． 0 2 De s i g n a n d I mpl e me n t a t i o n o f Ne w Ty pe Hy dr a ul i c Tu r r e t Co n t r o l S y s t e m MA C h a o ． Z HANG We n z j i e ． X I A Ho n g 1 ． L i a o n in g U n iv e r s it y o f S c ie n c e a n d T e c h n o l o g y ， S c h o o l o f Me c h a n ic a l E n g i n e e r i n g a n d A u t o ma t i o n ， A n s h a n 1 1 4 0 5 1 ， Ch in a ； 2 ． D a l i a n Ma c h i n e T o o l Gr o u p C o r p ， N C I n s t i t u t e ， D a li a n 1 1 6 6 2 0 ，C h i n a Abs t r ac t Aimin g at t h e s h o ag e o f cu r r e n t mid dle an d lo w le v er e l e c t r ic t u r r e t ，t h i s p a p er in t r o du c e s t h e s o ft wa r e an d h ar d wa r e d e s i g n a n d imp l e men t a t i o n me t h od o f t h e c on t r o l s y s t e m ，i n wh i c h F an u c 0i n u me r ic a l c on t r o l s y s t e m PMC is t a k en as t h e c on t r o l c o r e t o c on t r ol DTY6 3 h y d r a uli c t u r r e t ． Th e s y s t e m h as t h e ad v a n t ag e s o f s i mp l e s t r u c t u r e，high e ff i c ien c y an d f l e x ibil it y，wh i c h c a n b e a d ap t e d t o in t e r n a l mi d - r an g e ma r k e t ． Ke y wo r d s n u me r ic a l c o n t r o l ； P MC；h y d r a u l i c t u r r e t ；c o n t r o l s y s t e m 0 引言 数控刀架作为机床的一个关键部件 ， 在很大程度上影 响着机床的加工效率、 加工精度与可靠性。目前国内大部 分数控机床所配备的依旧是中低档电动刀架， 这种刀架虽 然具有结构紧凑， 性价比高的优点， 但是冲击大， 只能单向 旋转， 换刀时间长， 而且基本采用 P L C提供其控制信号， 通过专门的电路来实现换刀控制， 电路复杂， 成本也较高。 本文介绍 了以 F A N U C 0 i 数 控 系统 P M C为控 制核 心 ， 以 D T Y 6 3型液压刀塔为控制对 象 的 自动换 刀装置控 制系统 的软硬件设计与实现方法。P MC是一种 内装型 P L C， 专 门用于数控机床逻辑控制 ， 采用该方案电路相对简单 ， 可 靠性也高。 1 D T Y 6 3型液压刀塔简介 D T Y 6 3型液压刀塔是大连 高金数 控集 团有 限公 司旗 下的产品， 有 8 个刀位， 可双向回转， 刀盘的转动依靠凸轮 轮廓强制驱动。通过凸轮曲线的拟合， 可以设置刀盘旋转 始停阶段的加速度 ， 减少 了换位冲击。该结构简单， 动作 可靠， 制造成本也低。这款刀架以液压马达作为分度动力 源， 通过 1 4共轭凸轮和 1 2齿轮传动实现刀盘的 1 ／ 8 分度。刀盘的每一次初分位置靠信号盘和接近开关发讯 ， 精定位依靠齿盘保证 ， 齿盘的脱开与啮合靠液压系统控制 活塞实现。其具体结构如图 l 所示。 l 2 4 1 一 刀盘 ； 2 一 曲齿离合器 ； 3 ～ 主轴 ； 4 一离合器连接板 ； 5 一凸轮 ； 6 一驱动轴 ； 7 ～ 电磁换 向阀 ； 8 一油路块 ； 9 一液压马达 ； 1 O 一连动轮 ； 1 1 ～齿轮轴 ； l 2 一滚子 ； 1 3 一滚针 ； 1 4 一轴销 ； 1 5 ． 感应 块 ； 1 6 ～感应开关 ； 1 7 一齿轮 ； 1 8 一水管座 ； 1 9 一活塞 ； 2 O 一水 管头 图 1 液压刀塔结构 图 2 液压原理 刀盘的动作依靠液压系统驱动 二位四通电磁换向阀 上移， 液压油流入液压缸右腔， 活塞左移将刀盘推出； 三位 四通电磁换向阀上移， 液压油驱动液压马达正转， 进而带 动刀盘正转； 电磁阀恢复常态位， 刀盘被锁紧。其具体液 作者简介 马潮 1 9 8 9 一 ， 男 ， 硕士研究生 ， 研究方向 机械制造与数控 技术。 Ma c h i n e B u i l d i n g 8 Au to ma t io n ， A p T 2 0 1 4 ， 4 3 t 2 4 9 ～5 o。 6 4 4 9 机械制造 马潮， 等 新型液压刀塔控制 系统的设计与实现 压控制原理如图 2所示。电磁铁动作顺序如表 1 所示。 图 2 液压原 理图 表 1 电磁铁 动作顺序表 3 控 制系统硬 件设计 如图 3所示 ， 该刀塔的控制信号线共有 6根 ， 分别是 刀塔 刀位 检 测 开 关 s e n s o r A， s e n s o r 1 3 ， S e n s o r C ， s e n s o r D ， 刀盘停 转检测开关 s e n s o r E 和刀盘 锁紧松 开检测开 关 s e n s o r F 。刀位检测 开关做 刀位 检测 用 ， 每个 刀位对 应 的讯 号组合如表 2所示 。刀盘停 转检测 开关 用 于检测 刀 盘是否停止转动 ， 刀盘锁 紧松 开检 测开关用于检测刀盘 是否被锁 紧。检测 开关 选用 接近 开关 D W A D- 6 0 3 - M1 2 1 2 0 ， 这种接近开关具有反应灵敏精度高、 无机械磨损、 寿命长等优点。 B 图 3 接近开关接线图 表 2 讯号组合表 1工位 2工位 3工位 4工位 5工位 6工位 7工位 8工位 s e n s o r A o 0 o o 0 5 0 续表 2 输出信号有三个 K MI ， K M2 ， K M3 ， 用于驱动刀盘正 转， 反转， 松开与锁紧。 以 F A N U C 0 i - MB为 例 ， 机 床侧 与 P MC之 间 的 开关 、 检测传感器、 继电器驱动等信号都是通过 N C插座连接起 来 的 ， 插座 C B 1 0 4定义的输入输 出地址分 别是 X 0 ． 0 一 X 2 ． 7 2 4点 ， Y 0 ． 0 一 Y1 ． 7 1 6点 ， 本 刀架控 制系统 的 I ／ O分 配 如表 3所示， 接线 图如图 4所示。接近开关棕色线接 2 4 伏直流稳压电源， 蓝色线接地 ， 黑色信号线接入 P MC端。 输出信号通过继电器分别控制两个电磁换向阀。刀盘正 转与反转 电路 添加互 锁开关以作线路保护 。 表 3 I ／ o 分配表 KM 2 二 一 - _ 0 。 y o- ． 3 M1 、 J L 二囱一 ’ 。卜 }_ 二 一 。噬毋 二 一 _ _ [ 囤 二 一 _ 0 4 二 一 _ _ 0 L I D 2 4V C O M 图 4 硬件接线 图 KM l KM 2 KM 3 换刀过程为 系统发 出换刀信号 ， Y 0 ． 2线圈得 电， K M3线圈通电， 二位四通电磁换向阀工作， 液压油经电磁 换向阀流人液压缸右侧， 活塞将刀盘推 出， s e n s o r F感应 发出信号 ， 经 P MC内部逻辑运算判别刀盘正转或者反转 后， 1 D T或 2 D T得电， 液压马达旋转， 经分度传动机构带 动刀盘开始旋转。当刀盘旋转至相应刀位时， 刀位检测开 关发讯 ， 电磁换 向阀恢 复常 态位 ， 活 塞推 回刀盘 ， 齿盘 啮 合 ， 刀架定位锁 紧， 完成整个换刀动作 。 下转 第 6 4页 h t t p ／ ／ Z Z H D． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E - ma i l Z Z HD e h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n 机械 制造与 自动化 0 o 0 o 0 0 0 0 0 0 o O o 0 0 0 o o 0 B C D E ～ ～ 一 一 ∞ 舱 一 - 机械制造 易文杰， 等 基于无速度传感器异步电机的风力机模拟研究 电力电子技术 ， 2 0 1 0， 4 4 6 7 - 9 ． [ 2 ]叶远茂 ， 吴捷 ， 张先亮 ， 等． 变桨距风力机分 区模拟方法及其控 制策略 [ J 1 ． 电网技术 ， 2 0 1 0 ， 3 4 1 1 5 9 1 6 3 ， [ 3 ]王前双 ， 胡育文 ， 黄文新． 风力机模 拟技术 综述 [ J ] ． 电机与控 制应用 ， 2 0 1 0， 3 7 3 1 - 6 ． [ 4]乔 明， 林飞 ， 孙湖 ， 等． 基 于异步 电机 的风力机模 拟实验 平台的 研究 [ J ] ． 电气传动 ， 2 0 0 9 ， 3 9 1 4 0 4 3 ． [ 5 ]秦涛 ， 吕跃刚 ， 肖运启 ， 等． 基于模 型参考 自适 应的无速度传 感 器 双馈 风力发 电机组控 制技 术研究 [ J ] ． 现代 电力 ， 2 0 0 8 ， 2 5 4 6 4 - 7 0 ． [ 6 ]周亚丽 ， 李 永东 ， 郑泽东． 基 于 M RA S的感 应 电机 无速度传 感 器矢量控 制[ J ] ． 电气传 动 ， 2 0 0 9 ， 3 9 4 3 - 8 ． [ 7 ]姚春光 ， 潘卫明 ， 徐殿 国， 等． 基 于鼠笼式 异步电机的风机模 拟 实验平 台研究 [ J ] ． 电力 电子技术 ， 2 0 1 0 ， 4 4 6 2 3 2 5 ． 『 8 ]A h ma d R a z a n i Ha ／ o n ，N i k R u mz i ，N i k I d fi s ．“ S i mu l a t i o n o f MRAS b a s e d S p e e d S e n s o d e s s Es t i ma t i o n o f I n d u c t i o n Mo t o r Driv e s u s i n g MATLA B ／S I M UL I NK”． Fi r s t I n t e r n a t i o n a l P o we r a n d E n e r g y C o n f e r e n c e P E C o n 2 0 0 6 ， P P ． 4 1 1 4 1 5 ， N o v e mb e r 2 8 2 9 ， 2 0 0 6 ． [ 9 ]张艳存． 异步电机矢量控制 系统 的参数 辨识研究 [ D] ． 长沙 中南大学硕士论文 ， 2 0 0 8 ． 收稿 日期 2 0 1 30 22 4 上接 第 5 0页 4 软件 系统设计 数控刀架可以在自动模式下利用 T指令换刀， 也可以 在手动模式下进行面板换刀或屏幕换刀。这里以自动模 式 T指令换刀为例， 简述软件系统设计过程。软件程序设 计前， 先记忆每一刀位的组合讯号， 供选刀判断。控制系 统 的软件 流程图如图 5所示 。软件执行过程是 系统接 到 6 4 图 5 软件流 程图 换刀信号 T F 1 后 ， 利用 P MC内部功能指令判断当前刀 号与所选 刀号是否一致 ， 如果一致 ， 则放 弃换刀过程 ， 换刀 结束。否则， 线圈 Y 0 ． 2得电， 刀盘被推出， P MC内部计算 刀盘的旋向， 刀盘旋转时， 刀位检测开关会检测到每一刀 位不同的组合信号， 当与待选刀具的组合讯号吻合时， 系 统发出指令 ， Y 0 ． 0或 Y 0 ． 1失 电 ， 同时 Y 0 ． 2失 电， s e n s o r E 与 s e n s o r F检 测当前刀盘状态 ， 如果是停转 ， 且 被锁 紧 ， 则 代表换刀过程结束 ， 可以继续以后的操作。 刀盘的旋向拟采用 比较法来判别， 即令当前刀号为 T O ， 待选刀号为 T 1 ， 总刀数的一半为 T 2 ， 利用减法功能指 令使两刀号做差 ， 所得结果取绝对值并与 T 2进行比较， 如 果小于 T 2 ， 代表刀盘需要正转， 否则刀盘反转。 5 结论 这种控制方 案具有结 构简单 、 换 刀 时间短 、 生产效 率 高的优点 ， 同时可以在当前的基础上方便的扩展出其他功 能 。同时由于 F A N U C数 控 系统 是 目前 国 内 中端 数控 机 床的主流数控系统， 这种方法可以更好的适应国内中端市 场 的发 展。 参考文献 [ 1 ]孙德茂 ． 数控机床 逻辑控 制编程 技术 [ M] ． 北 京 机械 工业 出 版社 。 2 0 0 8 ． [ 2 ]龚仲华 ． F AN U C 一 0 i C完全应用 手册 [ M] ． 北京 人 民邮电 出版 社 ． 2 0 0 9 ． [ 3 ]付岑． 数控车 床刀塔换 刀 P L C程序编程技 术关键 [ J ] ． 机 床电 器 ， 2 0 1 0 4 1 0 - 1 2 ． [ 4 ]焦宇敏． F A N U C数控 车床 的 P MC程 序编制 方法 [ J ] ． 机 床电 器 ， 2 0 1 0 6 l 4 一 l 6 ． [ 5 ] 谢宝智． P L C驱动电磁阀方案的确定[ J ] ． 中国制造业信息化， 2 0 1 2 1 1 5 O 一 5 2 ． 收稿 日期 2 0 1 3 0 20 5 h t t p ffZ Z HD ． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E - m a i l Z Z HD c h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n 机械 制造与 自动化