基于伺服驅動的非標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)技術學院 普拉迪數(shù)控科技 作者：李本紅 李歡
摘要：非標數(shù)控加工中心對刀庫的要求重點在高速與高可靠性，論述了加工中心直取式飛碟刀庫的設計機理及結構，設計了絕對式刀庫程序，優(yōu)化了換刀過程，并結合鋁材 3 軸加工中心進行了實際使用。結果表明，程序可靠性與換刀準確性都很高，達到了非標設備廠家的加工要求。
關鍵詞：非標；加工中心；刀庫；系統(tǒng)和程序設計
針對國內制造業(yè)高精度、產品工業(yè)設計復雜程度的增加以及非標制造設備行業(yè)的快速發(fā)展，對非標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)控機床的核心，其高速、高效、高精度等性能，在高精度制造業(yè)設備中占有不可替代的地位，國內許多非標數(shù)控機床廠的設計和開發(fā)能力具有國際水平或接近國際水平。
然而國內許多非標設備制造企業(yè)在高速主軸與高速進給的前提下提出對高品質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)技術學院經過共同開發(fā)非標高速換刀設備，已成功開發(fā)高速飛碟式換刀程序和系統(tǒng)的設計。
本文采用臺灣東元交流伺服驅動器和臺安飛碟刀庫進行改裝高速非標主軸，并對系統(tǒng)進行了設計，對刀庫程序進行了開發(fā)。
1 、非標刀庫系統(tǒng)簡介
PYA 系列高速加工中心，是自主開發(fā)研制的高速非標加工中心機床，主要針對鋁型材非標加工，主軸轉速 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 軸進給速度均為 36 m /s。
飛碟式刀庫的結構如圖 1 所示，它是由回轉體和分布其上面的刀夾單元及伺服驅動電機等組成。通過 i= 1∶89 的擺線針輪減速機進行刀庫的回轉驅動。刀庫伺服驅動器采用東元 JSDAP-30 交流伺服驅動器，配套伺服電機采用 JSMA-PSC08A7 （功率為0.75 k W，力矩為 2.39 N·m，轉速 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動進行直取式抓刀，伺服電機驅動進行到位查詢，采用絕對式編碼器對刀位進行檢測。
圖 1 刀庫結構示意
2 、系統(tǒng)控制設計
2.1 伺服驅動器參數(shù)設定
采用東元伺服驅動器進行刀庫系統(tǒng)設計，設定伺服驅動器為刀庫控制模式，伺服電機控制為有剎車模式，剎車采用 24 V 直流供電，伺服驅動器參數(shù)設定決定系統(tǒng)的工作模式，具體參數(shù)設定過程按照圖 2 參數(shù)設定過程進行設定。其中加減速設定要求啟動和制動比較平滑，沒有過沖現(xiàn)象。
換刀旋轉速度最大設定為 3 000 r/min，結合系統(tǒng)要求，PYA 系列加工中心的換刀速度設定為 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，刀盤減速比的設定按照現(xiàn)場調試過程中的刀位定位情況進行調整，本系統(tǒng)設定為 80。
圖 2 參數(shù)設定
2.2 刀庫系統(tǒng)宏程序設計
為避免在調用刀庫過程中出現(xiàn)調用混亂，同時絕對式飛碟刀庫退刀采用機械式退刀，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，以免過大的機械沖擊造成設備的損壞，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 系列加工中心非標快速刀庫的要求進行編寫，不同的非標高速加工中心，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)。進過現(xiàn)場調試，飛碟絕對式快速刀庫的 PMC 程序如下：
3 、小結
本刀庫程序開發(fā)完成后，已經在 PYA 系列數(shù)控加工中心上應用，達到了合作開發(fā)設計的目的，換刀速度與國外同類高速加工中心產品的水平相當，其性能可靠，換刀過程平穩(wěn)，換刀過程無過沖，運動平衡無沖擊，該系列非標高速加工中心的加工速度有了很大的提高，提升了國產化率和自主開發(fā)的能力指數(shù)，降低了生產成本，對加工中心刀庫設計有一定參考價值，值得推廣。
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