伺服转塔刀架在数控车床改造中的应用

伺服转塔刀架在数控车床改造中的应用
摘要:转塔刀架是数控车床的核心部件,随着数控机技术的发展,转塔刀架更新换代很快,数控车床的附件产品也需要随之更新换代,由原来的液压转塔刀架、霍尔元件控制的电动转塔刀架、编码器控制的电动转塔刀架发展至今天,已被伺服转塔刀架代替。

伺服转塔刀架的特点是,转位速度快、转位精度高、稳定性好、维修方便、应用逻辑简单明了、易于生产厂家设计人员、维修人员掌握,是当今新数控车床设计和旧数控机床翻新改造的的首选转塔刀架。

关键词:伺服转塔刀架;控制逻辑;旧设备改造
数控机床是一种稳定性高、效率高、精度高的自动化加工装备,广泛应用于回转体零件的切削加工领域。

进行现代化建设,急需现代化装备,我国是机床拥有量大国,总量高达420万台,其中数控化率仅占6%~8 %,远低于发达国家的20 %,加快现代化建设速度,旧需要提高装备水平,装备水平决定数控化率的高低,进行老旧设备数控化改造,可以节省资金,提高装备水平,符合我国国情,利国利民。

为了节约资金,旧设备翻新和改造市场非常活越,转塔刀架是数控车床的核心组件,旧设备数控化改造,更换转塔刀架是非常必要的。

20世纪80年代,数控机床转塔主要采用液压转塔、霍尔元件控制的电动转塔,20世纪90年代初,由编码器控制刀位的电动转塔主要从国外引进,由于价格昂贵,应用逻辑复杂,只有高价位数控机床选用,编码器控制刀位的电动转塔控制逻辑时序严格,出现故障时,刀位调整困难,但稳定性高于液压转塔、霍尔元件控制的电动转塔。

20世纪90年代中期,伺服转塔刀架问世,先是从国外引进,到近几年国产化,其国产化的伺服转塔刀架其稳定性可靠,转位速度快,价位与液压转塔刀架相差无几,成为数控车床新设备生产和旧设备改造的首选转塔刀架。

1伺服转塔的性能指标和工作原理
下面以沈阳机床股份有限公司数控刀架分公司生产的八工位伺服转塔SFW12型为例介绍一下伺服转塔的工作原理和性能指标。

1.1技术参数
型号:SFW12;转动惯量:0.8 kg ·m2;转位时间:180°0.6 s;松开或锁紧时间:0.2s;;转位频率:15次/min;重复定位精度:±2″;定位分度精度:±4″;工作液体压力:2MPa;环境温度:5～40℃;冷却液压力:0.25 MPa;主输入电源:单相AC220 V±10 %,50 Hz±3 %,3 A。

1.2载荷性能
切向载荷性能—许用最大切向扭矩:1 000 Nm
轴向载荷性能—许用最大轴向扭矩:1 200 Nm
1.3工作原理
伺服转塔的工作原理很简单,由NC给定T指令,伺服转塔接收T指令后,通过PLC控制启动伺服转塔转位,当伺服转塔转位信号为“1”,转塔锁紧电磁阀得电,转塔锁紧检测信号为“0”,转位电机按给定值运转,运转刀位符合,伺服控制单元接到刀位符合信号,伺服电机停转,转位完成信号为“1”, 转塔锁紧电磁阀失电,转塔锁紧,其转塔锁紧检测信号为“1”,转塔转位完成。

2伺服转塔在CK7820型数控车床中的改造应用
2005年12月,我公司对宁夏机床厂生产的数控车床CK7820进行了数控改造,本机床转塔原采用液压转塔,液压系统发生变化时,经常导致液压转塔转位异常,给生产带来影响,因此对该设备转塔部分进行改造,用新型的伺服转塔取代液压转塔,大大提高了机床的稳定性和生产效率深受用户好评。

为了解PLC逻辑控制图,分析有关PLC逻辑编制的相关信号是一个前提。

首先确定所需工位的接口信号:转塔的位置输出信号、转塔转位的启动信号、转塔转位的启动方式信号、转塔到位的锁紧信号、奇偶效验信号、及转位故障信号,由NC发出的T码选通信号F7.3为1,F7.3信号是NC向PLC发出的执行T码指令的信号,目标位已存在F26地址中。

2.1伺服转塔控制信号说明
{1}伺服刀架设置6 种运行模式。

由输入信号MODE1,
MODE2,MODE3设定输入信号模式。

代码模式功能说明如下:
1001—刀架回零刀架转到零位(基准位);1001—自动就近选刀刀架最短路径转位;0102—自动正转刀架顺时针转位;1103—自动反转刀架逆时针转位;0014—点动换刀刀架点动(手动)转下一工位;1015—内嵌花样循环刀架按控制器内嵌程序转位演示。

{2}刀架回零。

刀架回零即刀架转位到一工位,并锁紧,检查刀架运转环境正常否。

刀架回零需满足以下条件:
模式代码设置为“1”,即MODE1=1,MODE2=0,MODE3=0;刀架转位目标码为“0”即PBIT1=0,PBIT2=0, PBIT4=0,PBIT8=0;启动信号使能即PSTART=1,且至少保持30ms。

伺服刀架运行前,必须回零。

{3}自动转位。

刀架按照系统设置的模式代码值进行自动就近转位、顺时针转位和逆时针转位。

刀架自动转位条件:
模式代码设置为“1”、“2”、“3”;设置刀架转位码即PBIT1、;PBIT2、PBIT4 和PBIT8 值;启动信号使能即PSTART=1,且保持至少30 ms 。

{4}点动换刀。

点动换刀即刀架顺时针方向单工位转动,点动换刀需满足以下条件:
模式代码为4 ; 启动信号PSTART=1, 且至少保持30 ms。

{5}内嵌花样循环。

内嵌花样循环模式下,刀架可按照控制器内部所设置的程序进行转位演示,此时刀架独立于CNC 系统,自行演示换刀过程,内嵌花样循环需满足以下条件:
刀架运行说明:刀架控制器实时检测刀架运行状态,若有异常则报警。

CNC系统执行选刀指令后,首先设置刀架选刀目标工位信号(PBIT1、PBIT2、PBIT4 和PBIT8),T1≥20 ms后, PSTART(选刀开始)信号置“1”且T2 ≥ 30 ms。

刀架控制器接到CNC系统的选刀指令后,刀架控制器定位输出信号INDEXD 置“0”,刀架控制器自动进行选刀逻辑运算, 自动确定转位方向和转动工位数;同时刀架控制器发出松开指令,松开阀启动,刀架松开; 锁紧信号由有至无,刀架控制器锁紧输出信号LOCKED 置“0”;刀架伺服电机转动,刀架转动到目标工位;刀架控制器发出锁紧指令,锁紧阀闭合,刀架传感器锁紧信号来,刀架锁紧;刀架控制器发出选刀完成指令和锁紧指令即INDEXD 置“1”和LOCKED 置“1”, 选刀结束。

任何模式下刀架转位方式相同。

2.2伺服转塔PLC逻辑控制图所用接口信号及指令代
码
{1}刀位的接口信号及刀位编码如表1所示。

{2}转塔转位逻辑控制接口信号及相关应用指令:
F7.3:NC发出的T码选通信号;F26:刀位目标码存储地址;R500.2:逻辑“0”;R500.1:逻辑“1”;Y0:伺服转塔的刀位接口信号地址;Y1.2 MODE1:伺服转塔的自动转位方式信号;Y1.4: 伺服转塔的手动或回零转位方式信号;Y1.5: 伺服转塔的奇偶效验信号;Y1.6: 伺服转塔的转位启动信号;X9.6 INDEXD: 伺服转塔的转位信号;X9.7 LOCKED: 伺服转塔的卡紧信号;G43.2:状态选择的点动状态信号;G43.7:状态选择的回零状态信号;G4.3:M、S、T辅助功能完成信号;R611.0:转塔自动转位指令;R611.2:转塔手动转位指令;R611.3:转塔转位指令;TMR24: 转塔转位启动信号保持时间计时器(一般为30 ms);SUB3 TMR:定时处理器;SUB8 MOVE:逻辑积后数据传送指令;SUB32 COMPB:二进制数据比较指令;SUB25 DECB:二进制数据译码指令;R562:刀位存储地址。

2.3伺服转塔的使用方法
机床上电后,在回零状态下执行回零操作,回到伺服转塔的第一工位,确保正确选择转塔刀位。

按NC给定的信号判断旋转方向,进行短路径选刀。

伺服转塔按其工作原理进行换刀动作,PLC接到换刀完成信号后,T码辅助功能完成。

2.4转塔故障处理
当转塔出现故障或者是加工时机床突然停电导致转塔不正位时,机床上电后,在回零状态下,按转塔回零按钮,让转塔执行回零操作回到转塔零位,即转塔的一号刀位。

维修快捷方便,省时省力。

从而提高了生产效率。

就设备突然停电而言,当转塔出现故障或者是加工时机床突然停电导致转塔不正位时,只要机床从新上电,在回零状态下,进行回零操作即可,这只需要一两分钟即可,而电动转塔在记住停电前转向的情况下,可以尝试用手动转位的方法进行转塔正位修复,需要时间长度不一,如果没有记住停电前转向的情况下,只能用人工调整转塔到一工位,一位熟练的维修工至少也需要十几分钟,甚至更长时间。

3结语
CK7820数控机床进行数控改造已经四年半,据统计四年半的时间里,转塔故障率为零,而原有的液压转塔故障频繁出现,特别是冬季尤为严重,温度的变化会影响液压系统的稳定性,液压系统发生变化时,液压转塔就会出现转位故障,严重影响生产。

另外,从转塔转位时间上,液压转塔转位时间长于伺服转塔,液压转塔转位转位时间:180°3s,伺服转塔转位时间:180°0.6s,由此可见,伺服转塔转位时间比液压转塔转位转位提高了五倍,从而提高了加工效率。

对于数控机床来说,转塔是必不可少的,能满足控制机床要求的转塔很多种,而换刀速度快、故障率低、PLC 逻辑易于编辑、易于理解和掌握得伺服转塔,无论是从经济方面、加工效率方面,伺服转塔已经成为当今数控车床改造产业的首选附件,我国的旧设备翻新和改造带来生机。

参考文献:
[1] 周保庆,谭春晖.FANUC系统PMC程序设计与调试技巧[J].制造技术与机床,2004,(10).。