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ＭＸ加工中心自動回原位設計

2016-7-28 來源：安微理工大學研究生處作者：陶高群

機床原位，即機床各軸及運動元件皆處在一個確定的相對安全位置。在生產過程中，ＭＸ加工中必沒有自動回原位的功能。在自動化生產線開后后，一旦發生生產故障導致機床報巧急停，機工維修人員宿先進入加工中也內部對各個機構相對位置進行判斷，再對各機構有序進行手動回原位的操作。因為觀察和手動回原位動作由于工況條件的限制必須兩人或兩人以上協同進行，這樣的工作狀態下不僅對手動回原位的操作人員有較髙的技能要求，而且對加工中也內部的機工維修人員的生命安全帶來隱患。巧時耗力不僅提商了設備維修成本，更重要的是降低了維修工作的效率。因此對ＭＸ加工中也在報警急停狀態下進行各關鍵機構的自動回原位設計，其現實作用非常大。

４.１ＭＸ加工中古原位的定義

在進行回原位設計之前，先弄清楚ＭＸ加工中也的整體結構和各個機構動作機理。按工作區域劃分可將ＭＸ加工中也分為換刀區域、交換工作臺區域和加工區域Ｈ大部分。下面對每個區域中所包含各機構回原位定義進行介紹。

４.１.１換刀區

換刀區域主要包括刀爪、主軸拉刀機構等機構，對每個機構的原位狀態定義如下表４．１所示。

表４．１換刀區域原位定義

４.１.２交換工作臺區

為適應缸體缸蓋生產線自動化生產的需要，在交換工作臺區域包含兩個交換工作臺，當生產線產量進度要求不高時可只使用一個工作臺。交換工作臺區各機構的原位狀態定義如下表４．２所示。

表４．２交換工作臺區域原位定義

４．１．３加工區

加工區域主要包括Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、繞Ｙ旋轉的軸、ＳＰ軸等。加工區各機構的原位狀態定義如下表４．３所示。

表４．３加工區域原位定義

４．２回原位功能的設計

ＭＸ加工中也作為缸體自動化生產線上較為關鍵一個工位，實際生產中各功能模塊間位置緊湊，同時各個機構相對運動錯綜復雜。在進行回原位編程時，必須抓住主干，使原本看似復雜的機構動作順序看的層次分明、條理清晰。

４．２．１回原位功能實施的總體方案設計

作者査閱大量相關資料，參考歷年技改的方案計劃，再結合ＭＸ加工中也本身所特有設計理念Ｗ及功能特性，將回原位功能程序設計分為Ｈ個部分，分別為換刀區回原位ＮＣ程序塊設計、交換工作臺區回原位ＮＣ程序塊設計、加工區域回原位ＮＣ程序塊設計。其中，刀庫口與上料口作為ＭＸ加工中也加工區域與其、他兩個區域相連接的關鍵部位，可將送兩部件的工作狀態作為整個加工中必自動回原位程序的判斷旋轉環節。這樣就可Ｗ將看似復雜的機構動作控制程序有序的整合成模塊式的程序結構。經過刀庫口與上料口開關狀態的判斷便可根據需要調用相應程序模塊，簡化現有編程工作的同時也對Ｗ后的機床功能擴展工作減少工作量。整體結構流程圖設計如圖４．１所示。

圖４．１ＭＸ加工中心回原位整體控制流程圖

４．２．２ＮＣ與ＰＬＣ的通訊

加工中心各關鍵部位回原位功能得以實現，其中最關鍵的一個環節就是怎么高效快捷的完成ＮＣ與ＰＬＣ之間的通訊問題［？１。ＮＣ控制作為實現機床各軸按一定規律運動的控制元素。ＰＬＣ作為加工中屯、中一些輔助元素的控制介質，例如加工中也中的動作開關、傳感器、冷卻液、鏈式刀庫的轉動、換刀裝置的控制等等，運些都離不開ＰＬＣ的控制。而這兩種控制作為加工中也關鍵的控制方式，既有分工也充滿聯系【ｗ。有時為實現某一個功能，會同時用到兩種控制方式。因此，在實現本章節任務的過程中，弄清楚ＮＣ與ＰＬＣ之間的通訊機理。對實現各關鍵部位更加高效快速的回原位具有積極的意義。

為了便于對機床功能進行擴展和調整，ＭＸ加工中也采用獨立式ＰＬＣ控制。具體情況如圖４．２所示。

圖４．２外裝式ＰＬＣ系統框圖

此外，ＭＸ加工中也的ＰＬＣ與ＮＣ之間的數據傳遞主要是由輸入輸出端口Ｗ及串行接口來負責。一般情況當對數據的實時性要求不高時，可通過串口通信，當一些檢測、報警的數據則需要專口的Ｉ／Ｏ通道來實現。具體情況如圖４．３所示。

圖４．３外裝式ＰＬＣ與ＮＣ通信結構示意圖

對于ＭＸ加工中也外裝式ＰＬＣ中采用非主動式的通信模塊與ＲＳ２３２串口進行點對點式的通信，通信模塊必須接受到主計算機命令才能工作。

一般的通信情況可分為兩種：第一種為可編程控制器對數字控制的參數進行讀取和修改；第二種為數字控制程序對可編程控制器內部的數據進行讀取和修改。在第一種狀態下，可利用西口子的ｔoolbox提供的ＦＢ２讀取功能模塊Ｗ及ＦＢ３寫ＮＣ變量的功能模塊完成ＰＬＣ對ＮＣ的通信。當進行宏程序的編寫，進行安全監控Ｗ及刀庫確定位置等功能時都會運用到ＦＢ２／３這兩種功能模塊。

第二種通信狀態及ＮＣ對ＰＬＣ的通信時，西口子的toolbox提供了ＦＣ２１功能模塊。再結合具體ＮＣ系統變量就可Ｗ完成某項數據的通信。ＮＣ系統變量分為四種狀態：￥ＡＤＢＢ［ｎ］（８位字節），＄Ａ＿ＤＭＸ［ｎ］（１６位字），＄Ａ＿ＤＢＤ［ｎ］（３２位雙字），￥Ａ＿ＤＢＲ［ｎ（３２實數），其中ｎ為地址的偏移量。但對ＰＬＣ數據進行讀寫訪問時，巧Ｗ字節為最小工作單位，且ＦＣ２１功能模塊可被立即調用，數據傳送的速度非常快。ＦＣ２１是西口子８４０Ｄ系統己經編好的一個功能，用于數據的讀寫訪問，需要進行通訊時只需直接調用即可。外裝式ＰＬＣ—個優點就是編程者可Ｗ自由地定義變量類型，使得編程更加多元化，方便工程人員操作。另外，一次通訊可包含１０２４字節的數據量。在本設計中，換刀手及交換工作臺程序部分都涉及到了ＦＣ２１的調用[47]。

為便于數據的信息的交換，在ＰＬＣ與ＮＣ之間ＳＩＮＵＭＥＲＩＫ數控系統提供ＤＰＦ公共存儲區，大小為４０％字節。ＰＬＣ定義的接口地址與ＮＣ定義的系統變量都統一和公共存儲區一一對應通過地址一一對應方式就能實現ＮＣ與ＰＬＣ之間數據的同步［４０-４１］。Ｗ本次編程中所需部分對應地址信息為例，查閱相關資料明確ＰＬＣ定義的接口地址所對應ＮＣ系統變量，如表４．４所示。

表４．４胞系統變量與ＰＬＣ信號對照表

４．３回原位ＮＣ程序設計

４．３．１換刀區回原位ＮＣ程序設計

根據換刀區域各機構相關動作順序分析，結合各順序動作的特點，確定了四個能執行換刀臂回原點功能的位置節點。要想確定換刀區所處于哪個位置節點，必須對換刀區域中Ｑ軸位置、換刀手處處于新刀位還是舊刀位、刀爪是否處于夾緊狀態。通過這Ｈ個問題的考量，就能很明確換刀區域所處的工作狀態，再根據不同的工作狀態明確巧用哪種回原位ＮＣ程序。換刀過程流程圖如圖４．４所示。

通過研巧換刀區程序流程圖，再結合相應信號所對應的ＮＣ系統變量，對換刀區各運動部件的位置節點判斷程序和各位置節點所對應的換刀區回原位程序進行編制，具體內容如下：

判斷換刀機構的物理位置，跳轉到相關插入點程序：

４．３．２交換工作臺回原位ＮＣ程序設計

與換刀區程序設計構思相同，交換工作臺區域回原位程序的調用，也是通過判斷上料口＾＾Ｊｌ及工作臺的狀態來判斷他們的狀態位畳然后分別調用相關程序的。交換工作臺回原位程序設計流程如圖４．５所示。

圖４．５交換工作臺回原位程序設計流程圖

由交換工作臺回原位程序設計流程圖可知，＾＾Ｊｌ上通過判斷上料口是否關閑、ＰＷｌ是否在原位、ＰＷ２是否在原位可確定兩個工作臺分別所處狀態，１＾＾便調用相關糧序回原位。同時通過査閱相關資料得到：上料ｎ的狀態所對應系統變量為＂＄Ａ＿ＤＢＢ［４（Ｈ］Ｂ＿ＡＮＤ１＂；判斷工作臺是否處于上、下料過程的程序語句為＂ＩＦ＄Ａ＿ＤＭＸ［４２２］〇０＂；明確所需回原點的工作臺程序語句為＂ＩＦ＄Ａ＿ＤＭＸ［４２０］＝＝？＂。再結合交換工作臺回原位程序設計流程圖，編寫交換工作臺回原位ＮＣ程序如下：

４．３．３加工區域回原位ＮＣ程序設計

與換刀工作區域和交換臺工作區域相比，加工區域的回原位程序設計就沒有那么復雜，回原位流程的判斷也很簡單，只需要將加工區域內的各軸退回安全位置即可。在加工區域中的軸主要包括有Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ及主軸，根據經驗要求需先將Ｚ軸回原位，然后分別為Ｘ、Ｙ、Ｂ回原位，最后主軸停止轉動。其中有種特殊情況是當Ｚ軸出現位置超前報普提示時，需要先手動將Ｚ軸退進，然后再進行Ｚ軸的回原點程序運行。加工區域回原位ＮＣ程序如下；