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0    引言
CNC加工中心，作為保證工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的重要組成部分，其實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，并不能滿足當(dāng)前快速建設(shè)市場(chǎng)環(huán)境所提出的自動(dòng)化運(yùn)行控制需求。此情況下，相關(guān)人員應(yīng)將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)成果充分利用起來(lái)，即在明確CNC加工中心斗笠式刀庫(kù)與ATC裝置應(yīng)用現(xiàn)狀的前提下，找出自動(dòng)化運(yùn)行控制的實(shí)現(xiàn)方法。如此，工業(yè)建設(shè)背景下的制造業(yè)就能在此裝置設(shè)備高效運(yùn)行使用的環(huán)境下，進(jìn)而生產(chǎn)建設(shè)，最終服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展進(jìn)程。
1    研究CNC加工中心斗笠式刀庫(kù)與ATC裝置的現(xiàn)實(shí)意義
當(dāng)前階段，工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，使其對(duì)制造業(yè)與數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提出了要求，即為我國(guó)機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提供安全穩(wěn)定的功能助力。具體來(lái)說(shuō)，在開(kāi)發(fā)智能機(jī)械加工技術(shù)過(guò)程中，因部件需要相互配合才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，相關(guān)人員應(yīng)將自動(dòng)化換刀裝置作為優(yōu)化控制的關(guān)鍵[1]。但在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，CNC加工中心ATC裝置技術(shù)的應(yīng)用效果并不理想，仍處在發(fā)展完善階段?？蒲腥藛T應(yīng)在借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)外，還要進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，以提高數(shù)加工中心ATC裝置應(yīng)用實(shí)踐的安全可靠性。為此，研究人員應(yīng)以CNC加工中心斗笠式刀庫(kù)為例，通過(guò)明確其與ATC裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀，以找出最具效用的實(shí)踐控制策略。
2    CNC加工中心斗笠式刀庫(kù)與ATC裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀
研究表明，由于CNC加工中心是通過(guò)ATC系統(tǒng)的運(yùn)行控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)際刀具使用的自動(dòng)切換的。這種情況下，刀庫(kù)選取的差異性，將會(huì)對(duì)換刀系統(tǒng)的控制帶來(lái)直接影響。目前，可供選擇的數(shù)據(jù)加工中心刀庫(kù)類型主要有三種，即斗笠式、鏈條式與凸輪式。斗笠式，作為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)據(jù)加工中心過(guò)程較為常見(jiàn)的換刀裝置，其能夠簡(jiǎn)化換刀過(guò)程、提高安裝便捷性以及強(qiáng)化管理維護(hù)工作開(kāi)展效率。故，被廣泛運(yùn)用于中小型數(shù)據(jù)加工中心[2]。如圖 1 所示， 為斗笠式刀庫(kù)內(nèi)部構(gòu)造。
但經(jīng)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)證實(shí)，CNC加工中心的斗笠式刀庫(kù)對(duì)刀庫(kù)的定位要求較高，且在換刀動(dòng)作中與軸進(jìn)行配合。但PLC 無(wú)法直接參與數(shù)控軸的控制，為此，相關(guān)人員應(yīng)以FANYC Oi MD 數(shù)控系統(tǒng)為例，即在系統(tǒng)運(yùn)行控制過(guò)程，利用 NC 宏程序來(lái)實(shí)現(xiàn)軸與 PMC 程序的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而使系統(tǒng)能夠以一定的邏輯順序保證數(shù)控加工系統(tǒng)的運(yùn)行效是生產(chǎn)效率比較低。
率。這是促進(jìn)工業(yè)化背景下CNC加工中心生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域快速穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵，研究人員應(yīng)將其充分重視起來(lái)，以滿足工業(yè)化對(duì)其制造業(yè)發(fā)展的科學(xué)合理需求[3]。
3    優(yōu)化CNC加工中心斗笠式刀庫(kù)與ATC裝置的實(shí)踐分析
3.1    明確斗笠式刀庫(kù)ATC動(dòng)作過(guò)程 刀庫(kù)換刀動(dòng)作是指，整個(gè)系統(tǒng)的刀庫(kù)朝著主軸方向進(jìn)行平行移動(dòng)。如圖 2 所示，為斗笠式刀庫(kù)換刀動(dòng)作流程示意圖。
圖 2  斗笠式刀庫(kù)換刀動(dòng)作流程示意圖
即通過(guò)取下刀庫(kù)主軸上的原有的刀具，進(jìn)而使主軸刀庫(kù)進(jìn)入刀庫(kù)相應(yīng)的卡槽。如此，向上移動(dòng)，即可脫硫刀具。當(dāng)主軸移動(dòng)至安全位置后，就能與其正下方進(jìn)行對(duì)正，并通過(guò)下移操作，來(lái)將刀具置于主軸的錐孔內(nèi)部。此時(shí)，夾緊刀具，刀庫(kù)退回原位置，就完成了所有的換刀動(dòng)作。
但在具體動(dòng)作中，首先，如刀庫(kù)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，刀庫(kù)會(huì)停留在遠(yuǎn)離主軸中心的位置。其位置需安裝信號(hào)傳感器，以將信息數(shù)據(jù)輸送至數(shù)控機(jī)床的 PMC 中，進(jìn)而完成刀庫(kù)狀態(tài)的確定[4]。其次，系統(tǒng)應(yīng)將目標(biāo)刀具號(hào)與主軸刀具號(hào)進(jìn)行分析比對(duì)，以判斷數(shù)控機(jī)床運(yùn)行是否處于鎖住狀態(tài)。如，目標(biāo)刀具號(hào)與主軸當(dāng)?shù)毒咛?hào)一致，就可直接輸出換刀動(dòng)作信號(hào)；如不一致，或是機(jī)床未處于鎖住狀態(tài)，則應(yīng)啟動(dòng)刀庫(kù)的換刀程序，來(lái)滿足數(shù)控系統(tǒng)的操作需求[5]。再次，在刀庫(kù)確定抓刀后，CNC加工中心的主軸，就能對(duì)其進(jìn)行吹氣松刀的控制。換句話說(shuō)，就是通過(guò)在機(jī)床的主軸部位安裝起松刀功能作用的傳感器。這樣一來(lái)，一旦數(shù)控機(jī)床接收到傳感器的反饋信號(hào)，就可執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并允許下一動(dòng)作的開(kāi)始。最后，主軸下移至 Z 軸的第二參考點(diǎn)換刀位置，并進(jìn)行抓刀動(dòng)作。當(dāng)主軸刀具夾緊后，夾緊傳感器就可發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，以為系統(tǒng)判斷提供數(shù)據(jù)。當(dāng)CNC加工中心的刀庫(kù)向遠(yuǎn)離主軸中心位置進(jìn)行側(cè)平移時(shí)，應(yīng)直到
PLC 接收到傳感器發(fā)出的反饋信號(hào)，來(lái)進(jìn)行主軸定位解除與換刀動(dòng)作結(jié)束等操作。
3.2    換刀宏程序設(shè)計(jì) 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到程序換刀指令后，NC 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用換刀宏程序，并對(duì) T 代碼進(jìn)行譯碼處理。一方面，宏程序與 PMC 程序執(zhí)行換刀動(dòng)作，是采用應(yīng)答工作方式，以使宏程序向 PMC 發(fā)出刀庫(kù)具體動(dòng)作的命令。當(dāng) PMC 執(zhí)行完畢后，就可將完成信息反饋至換刀宏程序中，進(jìn)而執(zhí)行下面的換刀程序。另一方面，PMC 與 NC程序的配合，應(yīng)在 PMC 的整個(gè)換刀過(guò)程中控制刀庫(kù)的正反轉(zhuǎn)、松刀緊刀閥的動(dòng)作以及換刀動(dòng)作順序等。此過(guò)程，主軸的上升、下降以及定位，均是由 NC 系統(tǒng)程序控制完成的。首先，應(yīng)對(duì)宏變量對(duì)應(yīng)的代碼與機(jī)床鎖住信號(hào)進(jìn)行處理，以使信號(hào)置 1 時(shí)的機(jī)床鎖住宏程序跳轉(zhuǎn)至換刀結(jié)束， 進(jìn)而返回主程序。其次，判斷刀庫(kù)中目標(biāo)刀號(hào)與當(dāng)前刀號(hào)的一致性，如，換刀宏程序變量對(duì)應(yīng)的代碼信號(hào)，就可跳轉(zhuǎn)至換刀結(jié)束，進(jìn)而完成主程序的返回動(dòng)作。最后，對(duì)于宏程序中刀庫(kù)的前進(jìn)后退、正反轉(zhuǎn)與緊刀閥等動(dòng)作，應(yīng)通過(guò)代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。值得注意的是，要想實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)控制目標(biāo)，需將代碼置于 PMC 中進(jìn)行譯碼處理。如此，換刀宏程序才能著手進(jìn)行下一步的執(zhí)行操作。
3.3    PMC 邏輯控制程序設(shè)計(jì) 由于 PMC 邏輯控制程序基于 FANYC Oi MD 數(shù)控系統(tǒng)與斗笠式刀庫(kù)的，因此， 程序設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合多方面因素，來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)控制。如此， 當(dāng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行使用過(guò)程出現(xiàn)了急?；蚴菙嚯妴?wèn)題，刀庫(kù)仍能將當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行信息數(shù)據(jù)保存在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，并不存在丟失問(wèn)題。此過(guò)程，為提高施工使用的便捷性，相關(guān)人員應(yīng)按照如下要求進(jìn)行 PMC 邏輯控制程序的設(shè)計(jì)。首先，當(dāng)CNC加工中心的刀庫(kù)調(diào)試過(guò)程存在異常問(wèn)題，程序設(shè)計(jì)人員通過(guò)調(diào)整參數(shù) K，來(lái)將刀庫(kù)的運(yùn)行動(dòng)作回零。其次，根據(jù)刀庫(kù)的容量，來(lái)計(jì)算CNC加工中心刀庫(kù)的旋轉(zhuǎn)步數(shù)。這樣一來(lái)，系統(tǒng)就能在最短時(shí)間內(nèi)，找到目標(biāo)刀號(hào)，進(jìn)而提高斗笠式刀庫(kù)的運(yùn)行效率。最后，在加工期間，應(yīng)設(shè)計(jì)允許手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)刀庫(kù)，以使其不會(huì)出現(xiàn)亂刀問(wèn)題現(xiàn)象[7]。
4    結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，CNC加工中心斗笠式刀庫(kù)ATC裝置應(yīng)用控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，相關(guān)人員應(yīng)以 FANYC Oi MD 數(shù)控系統(tǒng)為例，即將換刀宏程序設(shè)計(jì)與 PMC 邏輯控制程序設(shè)計(jì)綜合起來(lái)，以使換刀裝置能夠以自動(dòng)化的狀態(tài)作用于實(shí)踐。事實(shí)證明，只有這樣，才能將最具效用的CNC加工中心作用于工業(yè)化產(chǎn)品的生產(chǎn)建設(shè)，以提高涉及市場(chǎng)環(huán)境的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而強(qiáng)化整個(gè)工業(yè)建設(shè)的快速發(fā)展水平。故，研究人員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研成果應(yīng)用于工業(yè)快速發(fā)展背景下的機(jī)械制造業(yè)，最終滿足行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展所提出的高生產(chǎn)效率需求。