基于伺服驅(qū)動的非標(biāo)加工中心高速刀庫系統(tǒng)及程序開發(fā)
2018-3-19 來源：佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 普拉迪數(shù)控科技 作者：李本紅 李歡
摘要：非標(biāo)數(shù)控加工中心對刀庫的要求重點(diǎn)在高速與高可靠性，論述了加工中心直取式飛碟刀庫的設(shè)計機(jī)理及結(jié)構(gòu)，設(shè)計了絕對式刀庫程序，優(yōu)化了換刀過程，并結(jié)合鋁材 3 軸加工中心進(jìn)行了實(shí)際使用。結(jié)果表明，程序可靠性與換刀準(zhǔn)確性都很高，達(dá)到了非標(biāo)設(shè)備廠家的加工要求。
關(guān)鍵詞：非標(biāo)；加工中心；刀庫；系統(tǒng)和程序設(shè)計
針對國內(nèi)制造業(yè)高精度、產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計復(fù)雜程度的增加以及非標(biāo)制造設(shè)備行業(yè)的快速發(fā)展，對非標(biāo)高速加工中心的需求越來越多，快速性、可靠性等性能要求也越來越高。高速加工中心作為數(shù)控機(jī)床的核心，其高速、高效、高精度等性能，在高精度制造業(yè)設(shè)備中占有不可替代的地位，國內(nèi)許多非標(biāo)數(shù)控機(jī)床廠的設(shè)計和開發(fā)能力具有國際水平或接近國際水平。
然而國內(nèi)許多非標(biāo)設(shè)備制造企業(yè)在高速主軸與高速進(jìn)給的前提下提出對高品質(zhì)高速加工中心提出更高的換刀要求，佛山普拉迪數(shù)控科技有限公司與佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院經(jīng)過共同開發(fā)非標(biāo)高速換刀設(shè)備，已成功開發(fā)高速飛碟式換刀程序和系統(tǒng)的設(shè)計。
本文采用臺灣東元交流伺服驅(qū)動器和臺安飛碟刀庫進(jìn)行改裝高速非標(biāo)主軸，并對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，對刀庫程序進(jìn)行了開發(fā)。
1 、非標(biāo)刀庫系統(tǒng)簡介
PYA 系列高速加工中心，是自主開發(fā)研制的高速非標(biāo)加工中心機(jī)床，主要針對鋁型材非標(biāo)加工，主軸轉(zhuǎn)速 15 000 r/min，主軸額定扭矩 52 N·m，X 軸快速移動速度為 60 m/min，Y、Z 軸快速移動速度均為48 m/min，X、Y、Z 此 3 軸進(jìn)給速度均為 36 m /s。
飛碟式刀庫的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，它是由回轉(zhuǎn)體和分布其上面的刀夾單元及伺服驅(qū)動電機(jī)等組成。通過 i= 1∶89 的擺線針輪減速機(jī)進(jìn)行刀庫的回轉(zhuǎn)驅(qū)動。刀庫伺服驅(qū)動器采用東元 JSDAP-30 交流伺服驅(qū)動器，配套伺服電機(jī)采用 JSMA-PSC08A7 （功率為0.75 k W，力矩為 2.39 N·m，轉(zhuǎn)速 3 000 r/min，額定電流 5 A，輸出電壓 0~230 V，編碼器規(guī)格為 17BIT 絕對編碼器），刀庫采用臺安飛碟式 16 位刀庫，飛碟式刀庫采用液壓驅(qū)動進(jìn)行直取式抓刀，伺服電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行到位查詢，采用絕對式編碼器對刀位進(jìn)行檢測。
圖 1 刀庫結(jié)構(gòu)示意
2 、系統(tǒng)控制設(shè)計
2.1 伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定
采用東元伺服驅(qū)動器進(jìn)行刀庫系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)定伺服驅(qū)動器為刀庫控制模式，伺服電機(jī)控制為有剎車模式，剎車采用 24 V 直流供電，伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定決定系統(tǒng)的工作模式，具體參數(shù)設(shè)定過程按照圖 2 參數(shù)設(shè)定過程進(jìn)行設(shè)定。其中加減速設(shè)定要求啟動和制動比較平滑，沒有過沖現(xiàn)象。
換刀旋轉(zhuǎn)速度最大設(shè)定為 3 000 r/min，結(jié)合系統(tǒng)要求，PYA 系列加工中心的換刀速度設(shè)定為 1 500 r/min，剎車延遲和動作時間分別為 66.67 μs，刀庫數(shù)量為 16，刀盤減速比的設(shè)定按照現(xiàn)場調(diào)試過程中的刀位定位情況進(jìn)行調(diào)整，本系統(tǒng)設(shè)定為 80。
圖 2 參數(shù)設(shè)定
2.2 刀庫系統(tǒng)宏程序設(shè)計
為避免在調(diào)用刀庫過程中出現(xiàn)調(diào)用混亂，同時絕對式飛碟刀庫退刀采用機(jī)械式退刀，退刀偏心擠壓行程大約在 10 mm 左右，退刀速度分為兩種，擠壓退刀時采用低速，以免過大的機(jī)械沖擊造成設(shè)備的損壞，其換刀宏程序程序如下：
2.3 系統(tǒng)編程思想
非標(biāo)快速刀庫程序的 PMC 程序編寫前提是必須了解飛碟式刀庫的工作原理和刀庫的動作過程，本程序按照 PYA 系列加工中心非標(biāo)快速刀庫的要求進(jìn)行編寫，不同的非標(biāo)高速加工中心，刀庫不同，工作原理基本相似，PYA 系列高速加工中心機(jī)床具體換刀過程參考圖 3。
圖 3 飛碟式快速刀庫換刀過程
2.4 PMC 程序的設(shè)計
按照換刀要求及換刀過程，針對快速刀庫的要求，編寫了 PMC 程序，此程序適合于 FUNAC 0i mateMD 系統(tǒng)。進(jìn)過現(xiàn)場調(diào)試，飛碟絕對式快速刀庫的 PMC 程序如下：
3 、小結(jié)
本刀庫程序開發(fā)完成后，已經(jīng)在 PYA 系列數(shù)控加工中心上應(yīng)用，達(dá)到了合作開發(fā)設(shè)計的目的，換刀速度與國外同類高速加工中心產(chǎn)品的水平相當(dāng)，其性能可靠，換刀過程平穩(wěn)，換刀過程無過沖，運(yùn)動平衡無沖擊，該系列非標(biāo)高速加工中心的加工速度有了很大的提高，提升了國產(chǎn)化率和自主開發(fā)的能力指數(shù)，降低了生產(chǎn)成本，對加工中心刀庫設(shè)計有一定參考價值，值得推廣。
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