引言
可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器( Programmable Multi-Axis
Controller,PMAC) 是由 Delta Tau 公司設(shè)計(jì)制造的低成本、高精度的多軸運(yùn)動(dòng)控制器,是工業(yè)領(lǐng)域最常用的運(yùn)動(dòng)控制器之一,廣泛應(yīng)用于各數(shù)控系統(tǒng)中。本文基于 PMAC 的 VNCZT-545 加工中心的刀庫采用的是由
10 把刀組成的斗笠式刀庫,該刀庫主要由三相異步電動(dòng)機(jī)、限位開關(guān)、氣缸和刀盤等組成[1]。換刀時(shí),根據(jù)目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前刀具號(hào)的差值判斷刀庫電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)就近找刀[2]; 通過氣缸裝置使刀庫伸出或縮回,與主軸相配合進(jìn)行換刀,由氣動(dòng)打刀缸來實(shí)現(xiàn)主軸的抓刀和松刀; 在刀庫上設(shè)有刀具計(jì)數(shù)開關(guān),刀庫每轉(zhuǎn)過一個(gè)刀位,便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào),根據(jù)脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)判斷刀庫轉(zhuǎn)過幾個(gè)刀位,以此實(shí)現(xiàn)刀庫準(zhǔn) 停[3]。該刀庫采用固定刀位管理,刀套的編號(hào)即是刀具的號(hào)碼。
1 斗笠式刀庫自動(dòng)換刀過程
斗笠式刀庫換刀時(shí),首先比較刀庫中當(dāng)前刀具號(hào)是否與主軸刀具號(hào)一致,若不一致,先旋轉(zhuǎn)刀庫,使整個(gè)刀庫向主軸方向平行移動(dòng),取下主軸上原刀具,當(dāng)主軸上的原刀具進(jìn)入刀庫的卡槽時(shí),主軸向上移動(dòng)脫開刀具,主軸移動(dòng)到安全位置后,這時(shí)刀庫轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)目標(biāo)刀具對正主軸正下方時(shí),主軸下移,使刀具進(jìn)入主軸錐孔內(nèi),刀具夾緊后,刀庫退回遠(yuǎn)離主軸位置,換刀過程結(jié)束[9]; 若當(dāng)前刀具號(hào)與主軸刀具號(hào)一致,則換刀過程結(jié)束 [9] 。圖 1 所示為斗笠式刀庫換刀過程動(dòng)作圖。刀庫具體換刀動(dòng)作過程如下。
步驟 1: 刀庫控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化。刀庫的 1 號(hào)刀位應(yīng)該停在刀庫的換刀位置上,如果刀庫沒有零點(diǎn)檢測信號(hào),需要首先用手動(dòng)方式將刀盤轉(zhuǎn)到 1 號(hào)刀位位置,然后才能執(zhí)行初始化命令。初始化后刀盤停在
1 號(hào)刀位置上且不裝刀,刀盤其他位置裝刀,主軸裝 1
號(hào)刀,將主軸刀具號(hào)設(shè)置為 1,PLC 刀庫計(jì)數(shù)器直接置
1。在不發(fā)生亂刀、刀盤旋轉(zhuǎn)至當(dāng)前主軸刀具號(hào)中斷和刀盤旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)刀具號(hào)中斷的時(shí)候,只需初始化一次即可。
刀庫處于初始位置如圖 1a 所示,此時(shí)刀庫遠(yuǎn)離主軸。刀庫氣缸的磁性接近開關(guān) A 閉合后發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的 PLC 中,對刀庫狀態(tài)確認(rèn)無誤后,將每個(gè)步驟存儲(chǔ)在一個(gè)中間變量 P 中,令 P = 1。
步驟 2: 數(shù)控系統(tǒng)接到換刀指令之后,將發(fā)給 PLC一個(gè)內(nèi)部信號(hào),啟動(dòng)自動(dòng)換刀程序。對指令中的目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前主軸刀具號(hào)進(jìn)行比較,如果一致,直接發(fā)出換刀完成信號(hào); 如果不一致,啟動(dòng)換刀程序,進(jìn)入步驟 3,中間變量 P = 2。
步驟 3: Z 軸運(yùn)動(dòng)到第一參考點(diǎn)位置如圖 1c 所示 ( Z 軸脫離刀柄的安全位置,一般為 Z 軸的第一參考點(diǎn)位置) ,同時(shí)主軸準(zhǔn)停,中間變量 P = 3[4]。
步驟 4: 判斷主軸有沒有刀。若沒刀,則刀庫不用進(jìn)行取刀過程,可直接進(jìn)入換取新刀過程,中間變量P = 4,跳轉(zhuǎn)到步驟 5 執(zhí)行換取新刀程序; 若主軸有刀,則要先取下舊刀再更換新刀,中間變量P = 5,跳轉(zhuǎn)到步驟 4. 1 執(zhí)行取下舊刀程序。
步驟 4. 1: 主軸有刀時(shí),需要進(jìn)一步判斷當(dāng)前主軸刀具號(hào)與當(dāng)前刀具號(hào)是否相同,若不相同,調(diào)用刀庫就近換刀子程序,命令刀盤旋轉(zhuǎn)如圖 1d 所示,直到當(dāng)前主軸刀具號(hào)與當(dāng)前刀具號(hào)相同,刀盤停止旋轉(zhuǎn),中間變量 P = 6。
步驟 4. 2 : Z 軸運(yùn)動(dòng)到第二參考點(diǎn)位置如圖 1e 所示( 主軸和刀卡槽配合好的位置) ,將當(dāng)前主軸上的刀具退回到刀庫中對應(yīng)的刀位上[5],中間變量 P = 7。
步驟 4. 3: 刀庫整體前進(jìn)到換刀位置如圖 1b 所示,到位后刀庫氣缸的磁性接近開關(guān) B 閉合后發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的 PLC 中,對刀庫狀態(tài)確認(rèn)無誤后,中間變量 P = 8。
步驟 4. 4: 刀庫抓刀確認(rèn)后,主軸上的打刀缸電磁閥通電,主軸吹氣松刀。主軸松刀后打刀缸伸出限位開關(guān) C 閉合后發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的 PLC 中,確認(rèn)本步動(dòng)作執(zhí)行完成,允許下一步動(dòng)作開始,中間變量 P = 9。
步驟 4. 5: Z 軸運(yùn)動(dòng)到第一參考點(diǎn)位置如圖 1c 所示。中間變量 P = 10,跳轉(zhuǎn)到步驟 6 繼續(xù)執(zhí)行換取新刀程序。
步驟 5: 主軸無刀時(shí),刀庫整體前進(jìn)到換刀位置如圖 1b 所示,到位后刀庫氣缸的磁性接近開關(guān) B 閉合后發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的 PLC 中,對刀庫狀態(tài)確認(rèn)無誤后,中間變量 P = 11。
步驟 6: 調(diào)用刀庫就近換刀子程序,刀盤旋轉(zhuǎn)如圖1d 所示,中間變量 P = 12。
步驟 7: Z 軸運(yùn)動(dòng)到第二參考點(diǎn)位置,如圖 1e 所示,氣動(dòng)打刀缸電磁閥斷電,主軸抓刀。主軸抓刀后打刀缸收回限位開關(guān) D 閉合后發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的 PLC 中,中間變量 P = 13。
步驟 8: 刀庫整體后退到初始位置,如圖 1f 所示,到位后刀庫氣缸的磁性接近開關(guān) A 閉合后發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的 PLC 中,對刀庫狀態(tài)確認(rèn)無誤后,中間變量 P = 14。
步驟 9: Z 軸運(yùn)動(dòng)到第一參考點(diǎn)位置,如圖 1c 所示,換刀結(jié)束,主軸定位解除,向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送換刀完成信號(hào)[5],中間變量 P = 0。
圖 1 斗笠式刀庫換刀過程動(dòng)作圖
編程方法的重點(diǎn)是將刀庫換刀的動(dòng)作進(jìn)行分步[6]。每個(gè)步驟存儲(chǔ)在一個(gè)中間變量 P 中,刀庫換刀時(shí),每一個(gè)動(dòng)作正確完成后,中間變量 P 的值都會(huì)改變,成為下一個(gè)動(dòng)作啟動(dòng)的必要條件,整個(gè)換刀動(dòng)作完成以后將中間變量 P 置零,下一個(gè)換刀命令到來后又從步驟 1 開始執(zhí)行。這樣不僅使 PLC 程序簡單、直觀,還能避免信號(hào)之間的互相干擾,保證了刀庫換刀的安全可靠,并可對每一個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控,避免出現(xiàn)事故[7]。
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3 結(jié)語
本文研發(fā)了一種基于 PMAC 運(yùn)動(dòng)控制器構(gòu)成的開放式數(shù)控系統(tǒng),以常用加工中心斗笠式刀庫自動(dòng)換刀系統(tǒng)為例,對刀庫控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究。該刀庫控制方法簡單,巧妙利用“中間變量”使 PLC 程序的編寫達(dá)到事半功倍的效果,方便調(diào)試及維修,編制的的控制程序已在 VNCZT-545 加工中心上應(yīng)用,換刀動(dòng)作準(zhǔn)確,可靠。
2024-11
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