雙工作臺及液壓驅(qū)動交換站在精密臥加上的應(yīng)用

徐吉存

(沈陽機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110142)

該款五軸聯(lián)動精密臥式加工中心是沈陽機(jī)床集團(tuán)吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)開發(fā)的大型精密臥式加工中心，結(jié)合國內(nèi)航空零件加工特點及條件設(shè)計制造的；機(jī)床具有高剛性，高精度，高速度等特點，適合加工以鈦合金、合金鋼等難加工材料制成的各種復(fù)雜型面飛機(jī)零件。機(jī)床配置功能先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)和雙工作臺交換機(jī)構(gòu)，通過西門子系統(tǒng)的PLC程序及NC宏程序的控制，可實現(xiàn)A、B工作臺的自動交換，節(jié)省了工件裝夾時間，極大地提高了機(jī)床整體的加工效率。

典型的工作臺交換站有兩種:一種是旋轉(zhuǎn)式的，另一種是平行移動式的。回轉(zhuǎn)式的多用于較小的托盤630 mm×630 mm以下的，交換時間一般為8～12 s。相對比旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)形式，平行移動式的托盤交換裝置具有更大的承載能力，能夠滿足630 mm×630 mm規(guī)格以上托盤及工件的傳輸。缺點是交換時間會比回轉(zhuǎn)式的長，大約在12 s以上。

1 精密臥式五軸加工中心交換站的主要結(jié)構(gòu)

本加工中心交換工作臺機(jī)構(gòu)由平行并列布置的兩個相同的交換臺站組成，分別命名為交換臺站A和交換臺站B，如圖1所示。交換臺站A(或B)由交換臺站底座、液壓馬達(dá)、減速機(jī)、鏈輪等拖動裝置和工作臺移動導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)等部分組成。

1.1 雙工作臺交換站結(jié)構(gòu)

交換工作站包含兩個交換站點即A交換站點和B交換站點。設(shè)置在機(jī)床上下料前側(cè)，相對工作臺工作位置對稱布置。當(dāng)需要使用工作臺A時，工作臺滑板機(jī)構(gòu)移動至A交換臺站相應(yīng)交換位置實現(xiàn)A工作臺交換，同理工作臺滑板機(jī)構(gòu)移動至B交換臺站相應(yīng)交換位置實現(xiàn)B工作臺交換。

交換臺站底座通過地腳螺栓固定在機(jī)床地基上，其上裝有兩條直線導(dǎo)軌與工作臺的定位基面配合實現(xiàn)工作臺交換時的定位導(dǎo)向功能。拖動功能由液壓馬達(dá)通過減速機(jī)和鏈輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動工作臺沿直線導(dǎo)軌往復(fù)運動來實現(xiàn)，并可由固定在傳動鏈條上的推拉銷鉤住固定在工作臺上的拖鉤，帶動工作臺在機(jī)床回轉(zhuǎn)座和交換臺站之間做往復(fù)運動，從而實現(xiàn)工作臺在機(jī)床回轉(zhuǎn)座和交換臺站A(或B)間的位置自動交換。

1.2 工作臺結(jié)構(gòu)

A(或B)工作臺由伺服軸驅(qū)動，采用蝸輪蝸桿、齒輪兩級傳動，可實現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)運動，設(shè)有高精度角度編碼器，液壓夾緊裝置。在換臺過程中，可實現(xiàn)自動松夾。

在A、B工作臺面底部均設(shè)有兩條定向?qū)к壸鳛閮蓷l定位基面和兩對導(dǎo)向夾緊導(dǎo)軌條，在A、B工作臺面一端設(shè)置有拖鉤，在拖動鏈條的拖動下實現(xiàn)交換時的拖動功能。工作臺面下的兩導(dǎo)向錐銷及定位銷孔與兩定位銷配合實現(xiàn)工作臺交換時的定位功能。每條定位基面兩端各設(shè)有一個夾緊活塞機(jī)構(gòu)，當(dāng)工作臺交換到位后，檢測機(jī)構(gòu)反饋到位信號后，液壓系統(tǒng)供油夾緊工作臺。工作臺底部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2 PLC程序簡介

本機(jī)床可通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)A、B工作臺的互換。在交換站導(dǎo)軌外沿放置了5組位置檢測開關(guān)，分別為正轉(zhuǎn)開關(guān)、反轉(zhuǎn)開關(guān)、加速開關(guān)、減速開關(guān)和噴水開關(guān)。其中正反轉(zhuǎn)開關(guān)為判定工作臺是上料前進(jìn)到加工區(qū)還是卸料返回裝夾區(qū)的條件；加減速開關(guān)為換臺過程中加速和減速的條件；而噴水開關(guān)則起到啟動噴水閥清潔工作臺的作用。

在PLC的編制過程中，應(yīng)用4組M代碼 M31、M32、M33、M34分別實現(xiàn)A臺和B臺上料與卸料。其中上料與卸料過程類似，本文僅以A臺上料過程為例，對PLC的過程控制程序加以簡要說明。

A臺的上料過程可分解為8個步驟，采用Step5中的順序控制語句加以實現(xiàn)。具體程序如下:

3 NC宏程序簡介

以上通過PLC程序的4組M代碼實現(xiàn)了A、B工作臺的上下料過程控制，但在實際換臺過程中，針對是上、下料過程，有若干種情況需要加以考慮。具體如下:

呼叫A臺或B臺上料有3種情況，分別如下:

(1)A臺和B臺都在上料區(qū)，工作區(qū)無工作臺，呼叫后可直接上料。

(2)呼叫的目標(biāo)工作臺在上料區(qū)，而另一工作臺在工作區(qū)，需首先將工作區(qū)工作臺退回上料區(qū)，然后將呼叫的目標(biāo)工作臺移動到工作區(qū)，如圖4所示。

(3)呼叫的目標(biāo)工作臺已經(jīng)在工作區(qū)，屬于無效呼叫，系統(tǒng)顯示提示信息。

呼叫A臺或B臺卸料有兩種情況，分別如下:

(1)呼叫卸料的工作臺在工作區(qū)，可直接將其退回到上料區(qū)。

(2)呼叫卸料的工作臺已經(jīng)在上料區(qū)，屬于無效呼叫，系統(tǒng)顯示提示信息。

為了實現(xiàn)上述上料過程3種情況，本機(jī)床應(yīng)用M41、M42分別調(diào)用宏程序 CALLA.SPF和CALLB.SPF實現(xiàn)對A臺和B臺的上料呼叫。下面以A臺宏程序為例加以說明，宏程序如下，其中$A_IN[9]和 $A_IN[10]兩個NC變量為PLC通過上料區(qū)的檢測開關(guān)接收到的輸入變量，然后轉(zhuǎn)換成NC變量，作用是判斷A、B工作臺當(dāng)前位置。

從以上宏程序可以看出，宏程序針對以上3種情況分成3個主要部分，通過判斷工作臺當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)行程序段跳轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)各類情況的自動換臺過程。宏程序簡單、清晰、易懂，具備較強的可讀性。

通過上文可見，此精密臥式五軸加工中心的交換工作臺機(jī)構(gòu)，通過PLC與NC宏程序的控制，可實現(xiàn)機(jī)床兩個工作臺的自動交換；可以在機(jī)床對一個工作臺上的工件進(jìn)行切削加工的同時，對交換工作臺上另一個工作臺上的工件進(jìn)行裝夾或拆卸，從而縮短機(jī)床的輔助時間，提高機(jī)床的工作效率。另外，此種結(jié)構(gòu)的交換工作臺強度高、剛性好、承載大、傳動平穩(wěn)，適合于承載較大重量工件的工作臺的自動交換。