數(shù)控車床可編程臺尾的結(jié)構(gòu)與控制

　　數(shù)控車床是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的一類金屬加工設(shè)備，下面是小編搜集的一篇數(shù)控車床探究的論文范文，歡迎閱讀參考。

　　摘要：文章針對數(shù)控車床的可編程臺尾結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門研究，提出多種模型，并對控制模型進(jìn)行逐一分析，研究了相關(guān)控制邏輯，分析了各種可編程臺尾結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與不足。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)控車床,可編程臺尾,臺尾結(jié)構(gòu),控制模型,金屬加工設(shè)備

　　1、可編程臺尾的特點(diǎn)

　　數(shù)控車床是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的一類金屬加工設(shè)備，數(shù)控車床主要用于加工回轉(zhuǎn)件，比較常見的是加工盤類零件和軸類零件。盤類零件的加工一般僅采用卡盤卡緊方式就能滿足要求，而對于軸類零件特別是對于長軸類零件的加工，需要使用卡盤和臺尾結(jié)構(gòu)，采取一卡一頂?shù)难b卡方式，所以對于數(shù)控車床的加工而言，良好、可靠、高效的臺尾結(jié)構(gòu)非常重要。可靠高效的臺尾結(jié)構(gòu)，不僅能保證數(shù)控車床所加工零件的加工質(zhì)量，而且可以大大提高加工效率，對于提升數(shù)控車床的自動化程度也非常重要。

　　傳統(tǒng)的臺尾結(jié)構(gòu)，主要是手動搬動臺尾體沿?cái)?shù)控車床的Z軸導(dǎo)軌移動或沿臺尾專用導(dǎo)軌移動，臺尾的移動由人力搬動，臺尾體被搬到指定位置后，扳動手柄將臺尾底板鎖到臺尾移動的導(dǎo)軌上。用人力旋轉(zhuǎn)臺尾套筒的進(jìn)退的手柄，將臺尾體內(nèi)的套筒旋出頂緊工件，再通過鎖緊手柄將臺尾套筒鎖緊�？梢妭鹘y(tǒng)的數(shù)控車床的臺尾結(jié)構(gòu)操作起來費(fèi)時費(fèi)力，隨著數(shù)控車床產(chǎn)品日新月異的發(fā)展，特別是智能化數(shù)控車床產(chǎn)品的涌現(xiàn)，為提高勞動生產(chǎn)率，數(shù)控車床行業(yè)特別需要一種新興的數(shù)控車床臺尾結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，來代替原有傳統(tǒng)的數(shù)控車床的臺尾結(jié)構(gòu)。

　　數(shù)控車床的可編程臺尾，不同于傳統(tǒng)臺尾結(jié)構(gòu)，是一種具備可以參與數(shù)控車床加工編程的新型臺尾結(jié)構(gòu)。在對可編程臺尾的控制過程中，數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)可以用M代碼、B代碼或其他可以參與數(shù)控車床加工編程的代碼指令，自動控制臺尾或臺尾套筒的進(jìn)退，并對臺尾或臺尾套筒的位置進(jìn)行檢測，控制臺尾或臺尾套筒前進(jìn)或后退到數(shù)控車床加工需要的位置，來完成對數(shù)控車床加工零件的頂緊。這樣可以提高數(shù)控車床加工效率，特別是對于數(shù)控車床與自動化生產(chǎn)線(桁架機(jī)器手自動化生產(chǎn)線或關(guān)節(jié)機(jī)器手自動化生產(chǎn)線)組線時，可以高效、精準(zhǔn)地提高數(shù)控車床的裝卡效率，從而大大提高數(shù)控車床的加工節(jié)拍，極大地方便數(shù)控車床的加工，實(shí)現(xiàn)完全自動化加工，有效地提高數(shù)控車床的智能化水平和自動化水平。

　　2、多種可編程臺尾的結(jié)構(gòu)與控制研究

　　2.1 采用檢測開關(guān)的簡易可編程臺尾結(jié)構(gòu)

　　這里介紹一種簡單的可編程臺尾結(jié)構(gòu)――采用檢測開關(guān)的簡易可編程臺尾結(jié)構(gòu)。

　　結(jié)構(gòu)上：在普通臺尾結(jié)構(gòu)的臺尾體后端增加一個隨臺尾套筒進(jìn)退的長桿，再增加兩個與臺尾體固定的，用來檢測臺尾套筒運(yùn)動位置的無觸點(diǎn)光電檢測開關(guān)，即構(gòu)成了這種可編程臺尾結(jié)構(gòu)。

　　控制上：臺尾套筒前后移動由數(shù)控系統(tǒng)輸出控制代碼M32(臺尾套筒前進(jìn));M33(臺尾套筒后退)來實(shí)現(xiàn)，臺尾套筒行程控制用無觸點(diǎn)開關(guān)檢測到的位置信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)。前進(jìn)開關(guān)到位信號，用來確保臺尾套筒有效的頂緊工件，后退限位開關(guān)作為臺尾套筒退回到位的確認(rèn)信號。根據(jù)被加工工件長度來調(diào)整這兩個限位開關(guān)位置。如果臺尾套筒伸出不到位，臺尾套筒前進(jìn)開關(guān)發(fā)不出信號，機(jī)床主軸就不能啟動。在程序編寫和自動加工過程中，臺尾套筒前進(jìn)、臺尾套筒后退檢測開關(guān)分別被采集到數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制程序中，作為臺尾套筒前進(jìn)指令代碼M32和臺尾套筒前進(jìn)指令代碼M33的應(yīng)答信號。此種結(jié)構(gòu)較為簡單。

　　2.2 采用直線光柵尺的可編程臺尾結(jié)構(gòu)

　　在第一種可編程臺尾研究的基礎(chǔ)上，這里介紹另一種結(jié)構(gòu)。

　　結(jié)構(gòu)上：此種臺尾結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與前面提到的第一種可編程臺尾結(jié)構(gòu)相似，只是使用光柵尺結(jié)構(gòu)代替了檢測臺尾套筒前進(jìn)、后退的位置檢測開關(guān)。

　　控制上：數(shù)控系統(tǒng)檢測臺尾所帶光柵尺的反饋位置數(shù)據(jù)，數(shù)控系統(tǒng)將可編程臺尾體等同于虛擬軸進(jìn)行控制，通過G0等G代碼控制臺尾的運(yùn)行位置，結(jié)合光柵尺的反饋位置，通過數(shù)據(jù)比較計(jì)算，來實(shí)現(xiàn)對臺尾的控制。此種可編程臺尾結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制位置相對較為靈活，難點(diǎn)在于對光柵尺的模擬量數(shù)據(jù)的讀入與識別，因某些數(shù)控系統(tǒng)不接收反饋的模擬量信號，或者需要通過特殊的DA轉(zhuǎn)換裝置來完成對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

　　2.3 通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結(jié)構(gòu)

　　這里再介紹一種間接利用數(shù)控車床伺服軸移動來實(shí)現(xiàn)可編程臺尾控制的結(jié)構(gòu)――通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結(jié)構(gòu)。

　　結(jié)構(gòu)上：此種可編程臺尾結(jié)構(gòu)，采用液壓缸帶動液壓插銷結(jié)構(gòu)、Z軸撞停到位開關(guān)結(jié)構(gòu)，使臺尾體與Z軸床鞍之間有效連接，數(shù)控系統(tǒng)控制液壓插銷的動作，利用Z軸帶動床鞍移動到相應(yīng)位置。

　　控制上：此種可編程臺尾的動作順序邏輯為：(1)Z軸運(yùn)行到臺尾附近;(2)Z軸到位撞停開關(guān)觸發(fā);(3)數(shù)控系統(tǒng)通過PLC控制液壓插銷伸出;(4)檢測液壓插銷到位;(5)數(shù)控系統(tǒng)控制Z軸拖動臺尾運(yùn)行到指定位置;(6)松開液壓插銷;(7)檢查插銷退出到位;(8)移走Z軸。此種可編程臺尾結(jié)構(gòu)比較簡捷，控制難點(diǎn)在于PLC邏輯控制上。

　　2.4 采用伺服電機(jī)控制的可編程臺尾結(jié)構(gòu)

　　有了前面的研究，這里介紹一種較為復(fù)雜的應(yīng)用于數(shù)控車床的可編程臺尾結(jié)構(gòu)――采用伺服電機(jī)控制的可編程臺尾結(jié)構(gòu)。

　　結(jié)構(gòu)上：采用交流伺服電機(jī)作為可編程臺尾的控制軸(W軸)，來實(shí)現(xiàn)對可編程臺尾的控制。由W軸交流伺服電機(jī)(帶抱閘)通過滾珠絲杠驅(qū)動，沿Z軸方向移動。W軸伺服電機(jī)(后端裝有絕對編碼器)通過聯(lián)軸器直接連接到相應(yīng)的滾珠絲杠上，進(jìn)而驅(qū)動臺尾的運(yùn)動與完成位置控制。

　　控制上：W軸交流伺服電機(jī)所起的作用是驅(qū)動臺尾體快移定位到數(shù)控系統(tǒng)指令要求的位置，而頂緊工件主要靠可編程臺尾體上的液壓缸，同時臺尾體到位后，臺尾體的鎖緊靠臺尾體底面壓板。在數(shù)控系統(tǒng)的控制中，可以對控制臺尾的W軸伺服電機(jī)，采用PLC軸或IO LINK軸的形式進(jìn)行控制，通過編寫PLC控制程序，使用B代碼加G0等位置移動指令控制可編程臺尾的高速精準(zhǔn)定位。采用類似控制伺服軸一樣的方式控制此種類型的可編程臺尾。因伺服電機(jī)的移動速度快、定位精準(zhǔn)、啟停平穩(wěn)，所以此種可編程臺尾結(jié)構(gòu)在高速、高精加工應(yīng)用中有很大的優(yōu)勢，此種可編程臺尾結(jié)構(gòu)也是很多高檔數(shù)控車床比較青睞的臺尾結(jié)構(gòu)。

　　3、多種可編程臺尾結(jié)構(gòu)的比較分析

　　上文對四種應(yīng)用于數(shù)控車床的可編程臺尾結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，各種方案的優(yōu)點(diǎn)和不足如下：

　　方案1(采用檢測開關(guān)的簡易可編程臺尾結(jié)構(gòu))：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易實(shí)現(xiàn);缺點(diǎn)是不移動開關(guān)位置的情況下，不能任意位置靈活編程，精度與臺尾運(yùn)行速度一般。方案2(采用直線光柵尺的可編程臺尾結(jié)構(gòu))：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、較易實(shí)現(xiàn);缺點(diǎn)是成本較高、某些數(shù)控系統(tǒng)不能直接接收模擬量信號，光柵尺信號處理比較繁瑣。方案3(通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結(jié)構(gòu))：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、成本適中，較易實(shí)現(xiàn);缺點(diǎn)是定位精度一般，插銷故障率較高，需提高相關(guān)部件的剛性。方案4(采用伺服電機(jī)控制的可編程臺尾結(jié)構(gòu))：優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快、定位精準(zhǔn)、鎖緊力大;缺點(diǎn)是成本高，設(shè)計(jì)調(diào)試較為復(fù)雜。

　　4、結(jié)語

　　可編程臺尾的結(jié)構(gòu)與控制研究對于數(shù)控車床的加工效率的提升、機(jī)床可靠性研究和數(shù)控車床產(chǎn)品的智能化研究很有意義，相信可靠高效的可編程臺尾結(jié)構(gòu)的應(yīng)用必將提升數(shù)控車床的整體自動化水平。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 顧繩谷.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

　　[2] 宋緒丁.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2011.

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