王建共,馬春偉
(浙江進(jìn)泰機(jī)械設(shè)備有限公司,浙江 新昌 312500)
中大型軸承套圈(外徑大于100 mm)在液壓車床WZ6100上進(jìn)行精車加工,加工過程中刀具進(jìn)給只能做一次往復(fù),切削過程只能一次完成,存在以下問題:
(1)排屑不暢。在進(jìn)行滾道、密封槽車加工時(shí),由于車削留量大,過長的鐵屑容易纏繞在車刀上或卡在設(shè)備上,增大加工工件尺寸誤差;影響自動(dòng)上、下料,造成意外停機(jī);而且容易刮傷工件表面造成外觀缺陷。
(2)生產(chǎn)效率不高。為保證上料、裝夾穩(wěn)定,中大型套圈的上料時(shí)間要比小型產(chǎn)品更長;套圈加工需要多次裝夾,加工節(jié)拍較慢,不利于生產(chǎn)效率的提高。
針對鐵屑過長的問題,在車削過程中進(jìn)行分段進(jìn)刀,使長鐵屑變短并自行脫離,避免卷繞和堵刀。由于分段進(jìn)刀過程中切削有停頓,使工件內(nèi)部由車削產(chǎn)生的應(yīng)力得以釋放,達(dá)到了半精車、精車目的。
為提高生產(chǎn)效率,車床采用2套拖板。1#拖板由Z1軸與X1軸組成,Z1軸由汽缸驅(qū)動(dòng),完成拖板快速移進(jìn);X1軸由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)切削進(jìn)給。2#拖板由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的X2軸組成,實(shí)現(xiàn)切削進(jìn)給,僅作縱向運(yùn)動(dòng)。兩拖板可同時(shí)工作或錯(cuò)時(shí)工作,加上分段進(jìn)刀程序設(shè)計(jì),一次裝夾可完成多個(gè)加工工序。考慮到經(jīng)濟(jì)性與操作習(xí)慣,車床未設(shè)置機(jī)械零位而采用浮動(dòng)零點(diǎn)。
下文主要從車床的控制系統(tǒng)方面對解決方案進(jìn)行說明。
控制系統(tǒng)原理如圖1所示。人機(jī)界面TD220用來設(shè)置加工程序,調(diào)整工藝參數(shù),并對機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行監(jiān)控。PLC根據(jù)設(shè)置的程序、工藝參數(shù)及外部控制信號,輸出信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成加工過程。

圖1 控制系統(tǒng)原理圖
(1)人機(jī)界面選用TD220文本顯示器,其具有20個(gè)按鍵,可代替部分控制柜的機(jī)械按鈕,可顯示12×4行漢字,具備RS232/RS485通信口,可實(shí)現(xiàn)加工程序設(shè)置、參數(shù)設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能[1]。
(2)選用的PLC配置為DVP32ES200T+DVP08XP211T,具備20DI/20DO。PLC負(fù)責(zé)采集各檢測開關(guān)及控制按鈕信號,輸出各驅(qū)動(dòng)部件的控制信號,保存加工程序及參數(shù),是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。ES2具備DDRVI相對定位、DDRVA絕對定位指令,方便運(yùn)動(dòng)程序編制,滿足車床控制系統(tǒng)的需要。因?yàn)閄1,X2軸為獨(dú)立拖板,工作中要求分時(shí)或同時(shí)動(dòng)作,并無插補(bǔ)需求,一般數(shù)控系統(tǒng)不能完成同時(shí)動(dòng)作功能,而用PLC實(shí)現(xiàn)雙拖板車床控制是較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法[2]。
(3)伺服系統(tǒng)接收PLC發(fā)出的脈沖信號并完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng),通過設(shè)置參數(shù)使X1,X2軸的進(jìn)給精度達(dá)到1 μm/脈沖。伺服系統(tǒng)選用臺達(dá)ASDA-AB系列。
3.2.1 PLC程序
車床有3種工作狀態(tài):自動(dòng)加工狀態(tài)、手動(dòng)調(diào)試(含程序編輯及參數(shù)設(shè)定)狀態(tài)和報(bào)警處理狀態(tài)。這3種狀態(tài)均以順序功能圖SFC編程實(shí)現(xiàn),在適當(dāng)條件下可切換。在自動(dòng)加工中,如有故障或發(fā)生異常即會(huì)轉(zhuǎn)為報(bào)警處理狀態(tài);車床停止時(shí)可轉(zhuǎn)為手動(dòng)調(diào)試狀態(tài)。狀態(tài)切換、報(bào)警信號預(yù)處理、計(jì)算各軸位置等工作均由主程序完成,其控制流程如圖2所示。

圖2 主程序流程圖
當(dāng)各條件滿足時(shí),車床停止中按循環(huán)啟動(dòng)/停止鈕,將置位生產(chǎn)加工標(biāo)志,車床執(zhí)行加工過程,加工工藝流程如圖3所示。一次循環(huán)結(jié)束,判斷生產(chǎn)加工標(biāo)志決定是否進(jìn)行下一次加工過程。加工中按下循環(huán)啟動(dòng)/停止鈕,生產(chǎn)加工標(biāo)志復(fù)位,車床加工完當(dāng)前工件后停止。加工中如發(fā)生急停故障,加工標(biāo)志復(fù)位,車床進(jìn)入急停狀態(tài),操作人員進(jìn)行適當(dāng)干預(yù)后,按故障復(fù)位鈕后返回準(zhǔn)備狀態(tài)。

圖3 加工工藝流程圖
3.2.2 人機(jī)交互界面
TD220文本顯示器提供操作人員與車床之間的交互界面,其畫面設(shè)計(jì)要依據(jù)操作方便、直觀明了的原則。部分操作界面顯示如圖4~圖7所示。

圖4 參數(shù)設(shè)置畫面

圖6 X1軸進(jìn)給程序設(shè)置畫面

圖7 報(bào)警查詢畫面
可以設(shè)置每工步X1軸位置、速度、完成后延時(shí);Z1軸與吹氣冷卻的動(dòng)作情況。圖6中程序規(guī)劃有12步,而系統(tǒng)規(guī)定最大為32步,能滿足現(xiàn)有所有套圈的加工需求。X2軸也具有類似規(guī)劃加工程序的畫面。加工中有異常,TD220將自動(dòng)顯示故障畫面(圖7)。
經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn),車床操作方便,控制系統(tǒng)工作可靠,有效解決了排屑問題,提高了加工效率。