数控钻尖磨床自动上下料机构及PLC的设计

1、数控钻尖磨床自动上下料机构及PLC的设计        随着数控机床制造业的发展，我国在钻尖磨床方面也有了新的突破。一种新型高性能数控钻尖磨床也随之被开发运用，它可以精确地刃磨国内外各种钻型钻头的钻尖。为了适应多品种大批量的自动化刃磨钻尖及提高生产效率的要求，有必要在磨床上设计自动上下料机构，以便能够自动装卸与输送尺寸不等的钻头。同时该系统还具有自动定位检测、故障诊断和报警功能，这是该机床实现大批量、快节拍和全自动化加工的关键。     一、自动上下料机构动作原理  

2、;  从用户的要求来考虑，上下料系统应有柔性。作为钻尖刃磨磨床的最关键的问题是自动上下料机构应设计合理。根据新型数控钻尖磨床的结构特点，通过机电液一体化将磨床与上下料机构有机地结合起来，用电子信息使油缸、钻头、装夹等实现“柔性”要求，形成具有柔性的自动上下料系统。本文所分析的自动上下料机构基本原理如图1。                      1、自动上下料机构的组成

3、60;   该自动上下料机构分为3个部分：上料、送料、推料机构。其中，上料、送料机构属于自动上料机构（如图2），推料机构和下料仓属于自动下料机构。           上料机构：由储料仓、上料油缸、料槽、检测开关组成。储料仓里存放待刃磨的钻头，储料仓的基座与上料油缸的推杆通过螺母锁定。当上料油缸将储料仓推到前位时，储料仓里的钻头落入料槽中。然后上料油缸带动储料仓退回至后位，推料完成。    送料机构：由送料油缸、送料杆、夹头、检测开关组成。首先送

4、料油缸带动送料杆将料槽中的钻头快速顶入已松开的夹头至中位。然后送料油缸以低速将其顶到前位，夹头将钻头夹紧，送料油缸快速退回至后位。最后推料油缸将夹头推至前位即磨削位置，送料完成。    自动下料机构：由推料油缸、夹头夹紧油缸、检测开关组成。刃磨完毕后，推料油缸带动夹头退至后位。然后夹紧油缸将夹头松开，送料油缸送下一支料的同时将夹头里已刃磨的钻头顶出，落入下料仓里，完成自动下料过程。    2、自动上下料动作分析    在上料和下料动作过程中，如果机构设计不合理，则会造成自动上料或者自动下料的不可靠。储料仓

5、的设计是自动上料的关键。一般的V 型储料仓易出现卡料的情况，如图3a。图3b 型的储料仓同样可能会出现下料不可靠的情况。经研究分析，将料仓的出料口加大至钻头直径的两倍以上后，出料口处的两个钻头便能择优落入料槽。如图3c型的储料仓能顺利出料。如果刃磨的钻头大小需要改变，则可以调节储料仓的大小及送料杆的长度。           为了保证送料的准确性，送料油缸采用了三位四通电磁阀。后位到中位时采用快速送料，中位到前位则用低速送料。这样就保证了送料过程中钻头不会因过大的速度惯性而偏

6、移最终送料位置。    3、自动上下料动作流程    要使上下料机构与磨床之间能相互协调地、连续地、自动地运行，成为比较完善的全自动数控磨床，必须通过PLC来控制上下料流水线上的各种电气与液压设备。在进行PLC设计与控制之前，分析磨床上下料动作及刃磨的过程是必需的。经分析其完整的自动上下料动作顺序为：加工上料油缸进上料油缸退回推料油缸退回送料油缸进夹头夹紧送料油缸退回执行水平定位检测程序定位完毕推料油缸进执行刃磨程序上料油缸进与上料油缸退回刃磨完毕推料油缸退回，夹头松开送料油缸进且将钻头顶出夹头夹紧循环执行。  &

7、#160; 这样的设计可使磨床工作节奏紧凑，也能节省整个刃磨循环时间，且具有较高的生产效率。    二、PLC设计与控制    自动上下料系统各个动作之间的协调是通过PLC控制的。该PLC采用的是西班牙FAGOR公司的8025CNC控制系统内置的可编程逻辑控制器。它是CNC和机床之间的接口，担负着CNC和机床之间的信息交换，控制机床从自动上料、水平定位检测、刃磨到自动下料过程中所有油缸的动作及各种辅助动作的执行。因此PLC设计与编程是该自动上下料系统的关键。      

8、60; 1、I/O信号处理模块设计    在图1中，所有输入到PLC的检测信号均通过相应的接近开关获得。为了充分考虑到磨床的安全性能，接近开关在没有发生作用或者接近开关有故障时保持低电平I=O输入给PLC，有作用时输入给PLC的信号为高电平I =1。各个油缸的相应的位置分别由检测信号12-18 输入到PLC中进行处理。钻头在水平刃磨定位时，考虑到钻头定位精度及检测距离的可调性，特意安装了一个高精度的接近开关。当执行定位检测程序时，钻头转动。如果高精度接近开关只检测到钻头的沟槽时输入信号19=0当检测到钻头的刃带时输入信号19=1，这样可以通过输

9、入信号的变化利用其上升沿来实现准确的水平定位。PLC的输出通过继电器控制各个油缸的电磁阀的通断和其他相关设备的启停。    2、自动上下料PLC 功能模块设计    根据数控磨床及自动上下料的要求与特点，自动上下料应具备多种功能。具体如下：    (1) 系统初始化PLC初始化程序首先将所有的输出O、计时器T、寄存器R、标识M 等清空置零。然后设置系统的基本状态，如允许NC程序运行、启动液压系统等等。    (2) 复位控制在启动机床后或者急停时，可以按复

10、位按钮使上下料机构自动复位到初始位置，并且让机床自动回零。    (3) 手动控制当需要刃磨不同型号的钻头或者对上下料机构进行调整时，可以手动控制上下料的各油缸动作来进行操作调试。    (4) 自动控制系统处于正常状态时，按下加工键，即可使整个机床进入自动加工循环过程中，直到按下停止键或者遇到急停情况。    (5) PLC急停控制当按下急停按钮、油缸出现动作故障或者是CNC内部出现故障等情况时，均可导致系统出现急停状态。此时PLC程序会根据不同的报警条件进行不同的急停处理，并显示故障信息和报警。

11、60;   (6) PPLC互锁控制系统如果在非正常状态下动作，则有可能发生干涉。通过PLC对可能发生干涉的动作进行互锁控制，使其相互制约，从而可避免损坏设备或发生事故。例如推料油缸或者上料油缸在前位时，送料油缸不能动作；送料油缸在前位时，推料油缸与上料油缸不能动作；在自动加工时禁止手动操作等等。由于提高了系统的安全性能，故可以有效地预防操作者按错键或者随意按键而造成事故发生。    3、自动上下料PLC 软件设计    本软件是基于FAGOR公司的控制系统进行设计的，其软件流程如图4。机床上电

12、后，PLC程序一直循环扫描执行。它获取外界输人信号，根据机床数据和各种标志位的判别来实现M、S等辅助功能，决定轨迹运动或循序动作的条件是否满足，完成手动或自动动作的控制。另外，还用来增加对机床工作过程中出错的报警和处理信息的屏幕提示。    当系统在复位完毕后，可以进行手动操作或者进入自动加工循环过程。同时软件在自动上料定位检测加工下料循环过程中设置了一个循环计时器，它用来记录一个加工循环所用的时间。在加工过程中，如果循环时间超过设定的值时，系统自动认为上下料机构的动作有故障而产生急停报警。           由软件流程图可知，上料油缸的上料动作在第一次循环过程中最先执行，