液压刀架在数控车床维修实验台上的应用.pdf

2 0 1 3年 7月 第4 1卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE TO0L HYDRAUL I C S J u 1 ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 4l No ． 1 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 4 ． 0 5 4 液压刀架在数控车床维修实验台上的应用 方兵 ，孙连栋 ，文斌 浙江同济科技职业学院，浙江杭州 3 1 1 2 3 1 摘要 论述数控维修实验台配备液压系统的必要性，对某型液压刀架用于F A N U C 0 i T D系统数控车床维修实验台进行 研究。结合该刀架的工作原理，对刀架的 I ／ O模块连接部分、刀架动作流程及 P MC梯形图进行了详细设计，为设备的实现 打下基础。 关键词液压刀架；数控机床维修实验台；P MC 中图分类号T B 4 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 41 4 8 2 从 2 0世纪9 0年代初至今 ，我国数控机床产量和 保有量一直在迅速增长，于此同时其中相当一部分也 逐渐进入故障频发期。由于数控机床调试、维护与维 修人员的严重缺乏 ，影响了国内各行业 中的数控机床 开动率，因此培养适合我国数控机床发展的高技能数 控维修人员迫在眉睫。鉴于此 ， 2 0 0 6年，“ 数控机床 装调维修工”成为劳动和社会保障部公布的第六批 新职业之一 ，并于 2 0 0 7推出 数控机床装调维修工 国家职业标准 。由于该标准推出的年份不是很久 ， 数控机床维修人员的培养还处在一个发展上升期。 用于生产的数控机床追求的是其功能性和可靠 性，缺乏实验培训设备的直观性、开放性和灵活性， 目前我国数控维修人才的培养主要依赖于数控机床维 修实验台。 与其他传动系统相比，液压系统 由于具有灵活、 平稳、易于实现力放大、无磨损、无噪声等优点 ，在 数控机床的应用率高达 9 0 ％以上。液压系统不仅用 于主运动、进给运动 ，还可以实现机床导轨的润滑、 刀具或工件的夹持、变速箱齿轮换挡等重要辅助功 能。但是 目前国内几乎所有的数控机床维修实验台只 是实现了数控机床的最基本功能，没有将液压系统引 入实验台，造成数控维修学员 13 后排除液压系统故障 相对比较困难。液压刀架以其可靠性高、锁紧力大、 双向旋转、换刀速度快等特点 ，在中高挡数控车床上 广泛应 用。为此 ，作者就某型号 液压刀架应用 于 F A N U C 0 i T D系统数控车床维修实验台进行了研究。 1 液压刀架的工作原理及过程 液压刀架工作原理如图 1所示。控制刀盘 1 1的 旋转有两个执行元件 ，刀盘的松开和夹紧由液压缸 1 0执行 ，液压马达 4负责驱动刀盘旋转。数控系统 在执行 T换 刀指令 时 如 3 0 3 0 3 ，换 3号 刀 ，调用 3 号刀补值 ，T代码通过 F地址传送至 P MC侧 ，P M C 执行换刀程序 ，刀盘锁紧电磁阀 1 得电，液压缸活塞 9上移，将刀盘推出，刀盘与端齿盘 8脱开。当刀盘 锁紧接近开关 7检测到刀盘与端齿盘完全脱离后 ，转 位电 磁 阀 2得 电 ，马 达 带 动 刀 盘 正 转 或 反 转 由 P MC判断，按就近选刀方 向旋转 。回转过程中，当 前刀码信号通过刀位接近开关 5被不断读入，P MC 程序实时比较 ，当目标刀号的上一刀位信号到达后 ， 锁紧电磁阀断电，粗定位销插入凸轮面，压力油通过 插销上的节流阀3后进人马达 ，马达开始减速，目标 刀位越接近节流 口，马达转速越低。当插销完全插入 凸轮的粗定位槽时，刀盘基本到位，节流口也基本关 死 。此时油缸后腔与压 力油相 通 ，前腔 与 回油相 通 ， 活塞前 移至 端齿 盘锁 紧 ，刀盘 完成 精定 位 。与此 同 时，刀盘上数刀接近开关 6的信号为 1 且锁紧接近开 关7检测到端齿盘锁紧，转位电磁阀断电，并以此为 回答信号，通知数控系统换刀结束。回油路中串联节 流阀可适当调节马达转位时的背压 ，从而减小转位 冲击 。 L l 一 锁 紧 电磁 阀 2 一转位电磁阀 3 一 节 流 阀 4 _ 液 压马 达 5 一 刀 位接 近 开关 数 刀接 近 开关 7 一 锁 紧开 关 8 _ _ 端 齿盘 活 塞 1 o _ _ 液压 缸 l l 一 刀 盘 图 1 液压刀架工作原理 2刀架 P MC控制 2 ． 1 P MC输 输 出信 号及地 址分 配 图2为系统 P MC输入信号接线和地址分配 图， X 3 ． 0 ，X 3 ． 1 ，X 3 ． 2 ，X 3 ． 3为刀架上对应 的刀位 检测 接近开关信号，其组合状态值与刀号的对应关系由刀 收稿日期2 0 1 2 0 6 2 0 作者简介方兵，男，硕士，讲师，研究方向为数控技术。E ma i l 1 7 8 6 6 2 4 7 0 q q ． c o r n 。 第 1 4期 方兵 等液压刀架在数控车床维修实验台上的应用 1 4 9 架生产厂家根据接 近开关 的实 际安装情 况定义 ，如表 1 所示。X 3 ． 4为数刀接近开关信号，需要注意的是 数刀信号在每一刀位均会感应 ，但未到 目标刀位时， 不做锁紧动作。x 3 ． 5为刀盘锁紧信号接近开关信号 ， 锁 紧到位 时为 1 ，松 开时为 0 。 24V 图 2 P MC输入信号 表 1 刀位信号 、刀号对应表 图3 a 为系统 P MC输 出至继电器的信号接线 和地址分配图，Y 2 ． 0为液压马达正转信号，Y 2 ． 1 为 马达反转信号 ，Y 2 ． 2为刀盘松开锁紧信号，控制松 开时输出为 1 ，控制锁紧时输出为0 。图 3 b 为输 出信号最终至电磁 阀线圈的接线图，继 电器 K A 1 、 K A 2控制转位电磁阀的线圈 Y V 1 、Y V 2 ，继电器 K A 3 控制锁紧电磁阀的线圈Y V 3 。 系 统 I ／ O模 块 D0CoM Y2 ． 0 Y2 ． 1 Y2 ． 2 鼻 县 图5 液压刀架自动换刀控制梯形图 下转第 1 3 7页 第 1 4期 王红凯 等右手定则在滚刀安装角中的应用 1 3 7 当所加工齿轮为左旋齿轮时，伸出左手，手掌 面和滚刀 的正投 影 面平 行 ，形 状 如齿 轮那 种 长宽 比 例，即横向放置，6角就出现在大拇指和食指所组成 的角度位置 内 如 图 a 和 d ，此种 方法不 受 滚刀旋向限制。如加工的是右旋齿轮，则使用右手横 放，则安装角6出现在食指和大拇指之间的地方 如 图 b 和 c 。 2 滚刀旋转方向的判定 图中还有一个很重要的变化量需要确定，虽然在 实践中关系不大，但是在相关的传动分析以及运动分 析 中很 重要 ，就是关于滚刀转动方 向与齿轮运动方 向 的判定。经分析可知，滚刀作为执行件通过范成运动 传动链把运动传递给齿轮 ，带动齿轮旋转 ，滚刀和工 件有严格的相对运动关系滚刀转 l 转 ，工件转 K ／ z z 为工件齿数 ，K为滚刀头数 ，所以此传动链为内 联系传动链，也就是说滚刀的运动和齿坯的运动有因 果性，那么仿照蜗轮蜗杆中轴向力方向的确定，就可 以应用 “ 主动轮左右手法 则” 。如 图 2直 齿 圆柱 齿轮 主动件为滚刀，滚刀右旋 ，伸出右手 ，四指的绕向和 滚刀运动方向相同 B ，则大拇指所指的方 向就是 滚刀对 齿 坯 的 作 用 力 方 向，也 即 齿 坯 的 运 动 方 向 B， ， 。 图2 螺旋滚刀加工直齿圆柱齿轮安装角 这个定则 同样适用 于滚 切斜齿 。需要 注意 的是 ， 滚切斜齿圆柱齿轮时，除了范成运动这条内联系传动 链之外 ，还有一条差动运动传动链，用以保证刀架沿 工件轴线方向移动一个螺旋导程 P 时，通过合成机 构使工件附加转一转 ，形成螺旋齿线。当某一旋向的 滚刀加 工 相 应 旋 向 的 齿 轮 时 如 图 1中 a 和 b ，B 和 曰 方 向 相 同 ，否 则 相 反 如 图 1中 c 和 d 。 3结论 针对滚 刀安 装角 度 的确 定 ，给 出 了一 种 新 的方 法，应用此种方法，数秒之内即能准确无误地确定角 度位置和角度数值 ，是滚刀安装角度判定方法的一个 进步 。 参考文献 【 1 】张学荣． 齿轮滚刀安装角的调整方法计算 口诀 [ J ] ． 机 床与液压， 1 9 9 9 6 8 7 8 7 ． 【 2 】王飞月． 滚刀 的安装角 [ J ] ． 张家 口大学学报， 1 9 9 5 ， 2 3 6 7 6 8 ． 【 3 】 戴俊平． 滚切斜齿轮铣削方式的选择 [ J ] ． 水利电力机 械 ， 1 9 9 8 ， 4 2 2 5 2 7 ． 上接第 1 4 9页 3 液压刀架常见故障及其在维修实验台上的设置 在维修刀架故障之前，首先要熟悉其结构和工作 原理 ，而数控维修实验台的主要作用正是为了让学员 掌握数控机床各相关功能实现的结构和工作原理。 刀架故障是数控车床上最常见的故障之一 ，故障 原因总体来说可以分为机械和电气两方面。机械方面 如刀架内部机构卡住、液压管路堵塞等的故障可 以通过初步判断后拆卸、查看和调整排除，在维修实 验台上设置机械故障不太方便，学员主要通过对刀架 的机械拆装熟悉其结构。电气方面的常见故障及原因 有 1 因数刀信号不良或马达正反转接线错误引 起的刀盘非就近选刀故障； 2 因刀位信号不 良或 转位电磁阀连接不 良引起的刀盘不转或刀盘旋转不 顺、中停 、不停止故障； 3 因锁紧电磁阀或锁紧 接近开关不良引起的刀盘无法锁紧或松开的故障。这 些故障在实验台上设置起来就比较简单 ，只要在相应 的输人输出回路中接入一个手动开关就可以轻松实 现。将这些手动开关设置完毕后隐藏起来 作者单 位的实验台采用带锁的盖板 ，让学员借助万用表、 数控系统 P M C的诊断功能等手段对线路进行排查 ， 从而掌握液压刀架的工作原理和流程，为以后的数控 机床维修工作打下必要的基础。 4结束语 数控机床维修实验台在数控机床维修人才培养的 过程 中占有 十分 突出的地位 ，而液压系统在数控机床 辅助功能的实现方面起着至关重要的作用。鉴于 目前 市面上的维修实验台普遍没有配置液压系统的现状， 作者对液压刀架用于数控车床维修实验台进行较为细 致的研究，研究结果可用于设备样机的开发。 参考文献 【 1 】 汪彬， 张龙． 一种新型液压刀架 [ J ] ． 制造技术与机床， 2 0 0 4 1 2 9 91 0 1 ． 【 2 】 刘永久． 数控机床故障诊断与维修技术 F A N U C系统 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 9 ． 【 3 】北京发那科机电有限公司． B E I J I N G F A N U C P M D P A l ／ S A 1 ／ S A 3梯形图语言编程说明书[ M] ． 【 4 】常州亚兴数控设备有 限公司． H L T系列数控液压刀架 说 明书[ M] ．