王鳳平 孫洪強(qiáng)

(湖北三江航天萬(wàn)山特種車輛有限公司，湖北孝感 432000)

電動(dòng)刀架是數(shù)控車床的組成部分之一，分為立式和臥式兩大類。立式刀架有四、六工位兩種形式，臥式刀架有八、十、十二等工位形式［1］。數(shù)控車床在加工復(fù)雜工件時(shí)，為了提高工效，往往需要一次裝夾多種刀具，因此必須配備易于控制的電動(dòng)刀架。本文僅以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床最常配備的立式四工位電動(dòng)刀架(簡(jiǎn)稱“四方刀架”)為例，總結(jié)實(shí)踐中經(jīng)常見(jiàn)到的3種刀具位置檢測(cè)方式，對(duì)比分析其中的工作原理。

1 刀具位置檢測(cè)發(fā)信裝置的比較

四方刀架旋轉(zhuǎn)一周，等分4個(gè)刀位:T1、T2、T3、T4。不同位置的刀具旋轉(zhuǎn)換位到工作位置，控制系統(tǒng)必須能夠正確識(shí)別當(dāng)前刀號(hào)，才能夠保證換刀正常進(jìn)行。我公司在用幾臺(tái)FANUC 0-TC系統(tǒng)數(shù)控車床，配備的四方刀架都是通過(guò)磁感應(yīng)原理測(cè)量刀位，由傳感器發(fā)出信號(hào)，再由FANUC系統(tǒng)PMC接收并處理。同樣是檢測(cè)刀位號(hào)的功能，可以設(shè)計(jì)出幾種不同方案。通過(guò)實(shí)踐觀察，總結(jié)常見(jiàn)3種方式如下:

(1)計(jì)數(shù)式:隨著刀架旋轉(zhuǎn)，工作位置每經(jīng)過(guò)1把刀具，計(jì)數(shù)傳感器發(fā)出一次計(jì)數(shù)信號(hào)，定位傳感器同時(shí)也發(fā)出一個(gè)定位信號(hào)。

(2)掃描式:每個(gè)刀位設(shè)傳感器，系統(tǒng)根據(jù)換刀指令向各個(gè)刀位傳感器發(fā)出掃描信號(hào)，掃描指定的傳感器在刀位到達(dá)工作位置時(shí)發(fā)出反饋信號(hào)。

(3)定位式:每個(gè)刀位設(shè)傳感器，對(duì)應(yīng)發(fā)出本刀位是否在工作位置的信號(hào)。

以上3種工作方式對(duì)應(yīng)的3種發(fā)信裝置如圖1所示，詳細(xì)原理后續(xù)展開分析。

2 計(jì)數(shù)式刀具位置檢測(cè)原理分析

四方刀架計(jì)數(shù)式發(fā)信裝置如圖1a所示，包括隨刀架換刀而轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)圓盤、固定不動(dòng)的固定圓盤。其中旋轉(zhuǎn)圓盤對(duì)應(yīng)T1、T2、T3、T4位置安裝4塊定位磁鋼，固定圓盤則相應(yīng)有兩個(gè)接近開關(guān)分別作為計(jì)數(shù)傳感器和定位傳感器。

在數(shù)控車床FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC中，參數(shù)D407記憶當(dāng)前刀號(hào)，參數(shù)F153指示換刀目的刀號(hào)，經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算，換刀步數(shù)存于參數(shù)D405，詳見(jiàn)表1。

?

計(jì)數(shù)式刀位檢測(cè)電路、換刀流程及部分梯形圖程序詳見(jiàn)圖2。系統(tǒng)讀取換刀指令，若當(dāng)前刀號(hào)與目的刀號(hào)一致則不換刀;若不一致則換刀啟動(dòng)，刀架開始正轉(zhuǎn)。刀架工作位置每經(jīng)過(guò)1把刀具，端口X20.5就收到1個(gè)高電平計(jì)數(shù)信號(hào)，軟件CTR計(jì)數(shù)器按D405參數(shù)遞減計(jì)數(shù)。若計(jì)數(shù)到且收到端口X20.4高電平定位信號(hào)，則刀架反轉(zhuǎn)鎖緊，換刀結(jié)束，參數(shù)D407更新為當(dāng)前刀號(hào)數(shù)值。

梯形圖中，除流程圖已說(shuō)明的符號(hào)外，補(bǔ)充說(shuō)明如下:F149.1表示“系統(tǒng)復(fù)位”信號(hào)［2］，R640.4表示“自動(dòng)/非自動(dòng)”狀態(tài)信號(hào)，X4.3表示“單步手動(dòng)換刀”信號(hào)，X21.6表示“刀架電動(dòng)機(jī)過(guò)流檢出”信號(hào)。

3 掃描式刀具位置檢測(cè)原理分析

四方刀架掃描式發(fā)信裝置如圖1b所示，旋轉(zhuǎn)圓盤對(duì)應(yīng)T1、T2、T3、T4位置安裝4個(gè)霍爾元件傳感器，刀具定位磁鋼固定安裝在刀架工作位置可感應(yīng)區(qū)間。

掃描式刀位檢測(cè)電路、換刀流程及部分梯形圖程序詳見(jiàn)圖3。系統(tǒng)讀取換刀指令，經(jīng)過(guò)譯碼比較，輸出四工位掃描信號(hào) Y53.1、Y53.2、Y53.3、Y53.4。刀架正向旋轉(zhuǎn)，直至收到端口X8.0低電平刀位反饋信號(hào)則停止正轉(zhuǎn)，待反向鎖緊則換刀結(jié)束。

梯形圖中，F(xiàn)150.3表示“系統(tǒng)T功能指令”信號(hào)，F(xiàn)153表示“T功能 BCD 代碼”［2］。

4 定位式刀具位置檢測(cè)原理分析

四方刀架定位式發(fā)信裝置如圖1c所示，旋轉(zhuǎn)圓盤對(duì)應(yīng)T1、T2、T3、T4位置安裝4個(gè)霍爾元件傳感器，刀具定位磁鋼固定安裝在刀架工作位置可感應(yīng)區(qū)間。

定位式刀位檢測(cè)電路、換刀流程及部分梯形圖程序詳見(jiàn)圖4。系統(tǒng)讀取換刀指令，刀具位置碼由端口X20.0、X20.1、X20.2、X20.3 輸入，高電平表示該號(hào)刀具不在工位，低電平表示該號(hào)刀具在工位。軟件獲知刀具位置之后，再通過(guò)譯碼掃描來(lái)判斷換刀是否到位，輸出信號(hào)控制刀架正反方向旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。

5 刀具位置檢測(cè)原理對(duì)維修的指導(dǎo)意義

數(shù)控車床常見(jiàn)的故障中，刀架類故障占有相當(dāng)大的比例［3］。分析解決刀架故障，應(yīng)有整體概念和經(jīng)驗(yàn)。刀架控制必須采集刀具位置信息，通過(guò)前述比較分析，我們知道了3種不同的刀位檢測(cè)方式，如果不能辨識(shí)面對(duì)的是哪一種，實(shí)踐中就不能繼續(xù)有效分析。我公司維修中，曾發(fā)生過(guò)將“計(jì)數(shù)式”誤認(rèn)為“定位式”、或?qū)ⅰ皰呙枋健闭`判為“定位式”，以致找不出刀架故障根源的事例。

刀位檢測(cè)環(huán)節(jié)的診斷是刀架故障分析中的關(guān)鍵一步，技術(shù)理論是維修實(shí)踐的先導(dǎo)，只有理解具體是哪種檢測(cè)方式和原理，才能按照邏輯關(guān)系正確判斷，提出相應(yīng)的解決方案。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)研究，對(duì)技術(shù)資料刪繁就簡(jiǎn)、集中測(cè)繪對(duì)比、重新繪制流程圖等，總結(jié)了現(xiàn)實(shí)遇到的四方刀架刀具位置檢測(cè)3種方式。并主要依據(jù)筆者測(cè)繪成果，對(duì)3種檢測(cè)原理進(jìn)行了認(rèn)真分析。實(shí)際工作中，由于設(shè)備資料繁雜、分散、不統(tǒng)一或不完整，現(xiàn)場(chǎng)維修人員不一定能很快讀懂圖紙，并與實(shí)物完全對(duì)應(yīng)準(zhǔn)確。希望本文對(duì)于指導(dǎo)立式電動(dòng)刀架故障維修、縮短故障判斷時(shí)間等，能夠起到助益作用。

［1］彭永忠.電動(dòng)刀架的換刀原理及故障診斷［J］.中國(guó)科技信息，2010(7).

［2］白斌.數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)用技巧［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［3］袁林，付福起，李海濱.數(shù)控車床刀架典型故障分析及排除［J］.制造技術(shù)與機(jī)床，2010(1):128-130.