第２９卷第１４期 企业技术开发 ２０１０年７月 Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．１４ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ Ｊｕｌｙ．２０１０ 伺服转塔刀架在数控车床改造中的应用 许艳霞，高杰 （沈阳天乙新数控机械有限公司，辽宁沈阳１１０１４１） 摘要：转塔刀架是数控车床的核心部件，随着数控机技术的发展，转塔刀架更新换代很快，数控车床的附件产 品也需要随之更新换代，由原来的液压转塔刀架、霍尔元件控制的电动转塔刀架、编码器控制的电动转塔刀架 发展至今天，已被伺服转塔刀架代替。伺服转塔刀架的特点是，转位速度快、转位精度高、稳定性好、维修方便、 应用逻辑简单明了、易于生产厂家设计人员、维修人员掌握，是当今新数控车床设计和旧数控机床翻新改造的 的首选转塔刀架。 关键词：伺服转塔刀架；控制逻辑；旧设备改造 中图分类号：ＴＧ６５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１０）１４—０１０５—０２ 数控机床是一种稳定性高、效率高、精度高的自动化 服转塔接收Ｔ指令后，通过ＰＬＣ控制启动伺服转塔转位， 加工装备，广泛应用于回转体零件的切削加工领域。 当伺服转塔转位信号为…１’，转塔锁紧电磁阀得电，转塔 进行现代化建设，急需现代化装备，我国是机床拥有 锁紧检测信号为…０’，转位电机按给定值运转，运转刀位 量大国，总量高达４２０万台，其中数控化率仅占６％～８％， 符合，伺服控制单元接到刀位符合信号，伺服电机停转， 远低于发达国家的２０％，加快现代化建设速度，旧需要 转位完成信号为…１’，转塔锁紧电磁阀失电，转塔锁紧， 提高装备水平，装备水平决定数控化率的高低，进行老旧 其转塔锁紧检测信号为…１’，转塔转位完成。 设备数控化改造，可以节省资金，提高装备水平，符合我 国国情，利国利民。为了节约资金，旧设备翻新和改造市 ２伺服转塔在ＣＫ７８２０型数控车床中的改造应用 场非常活越，转塔刀架是数控车床的核心组件，旧设备数 ２００５年１２月，我公司对宁夏机床厂生产的数控车床 控化改造，更换转塔刀架是非常必要的。 ＣＫ７８２０进行了数控改造，本机床转塔原采用液压转塔， ２０世纪８０年代，数控机床转塔主要采用液压转塔、 液压系统发生变化时，经常导致液压转塔转位异常，给生 霍尔元件控制的电动转塔，２０世纪９０年代初，由编码器 产带来影响，因此对该设备转塔部分进行改造，用新型的 控制刀位的电动转塔主要从国外引进，由于价格昂贵，应 伺服转塔取代液压转塔，大大提高了机床的稳定性和生 用逻辑复杂，只有高价位数控机床选用，编码器控制刀位 产效率深受用户好评。 的电动转塔控制逻辑时序严格，出现故障时，刀位调整困 为了解ＰＬＣ逻辑控制图，分析有关ＰＬＣ逻辑编制的 难，但稳定性高于液压转塔、霍尔元件控制的电动转塔。 相关信号是一个前提。首先确定所需工位的接口信号：转 ２０世纪９Ｏ年代中期，伺服转塔刀架问世，先是从国外引 塔的位置输出信号、转塔转位的启动信号、转塔转位的启 进，到近几年国产化，其国产化的伺服转塔刀架其稳定性 动方式信号、转塔到位的锁紧信号、奇偶效验信号、及转 可靠，转位速度快，价位与液压转塔刀架相差无几，成为 位故障信号，由ＮＣ发出的Ｔ码选通信号Ｆ７Ｉ３为１，Ｆ７３ 数控车床新设备生产和旧设备改造的首选转塔刀架。 信号是ＮＣ向ＰＬＣ发出的执行Ｔ码指令的信号，目标位 １伺服转塔的性能指标和工作原理 已存在Ｆ２６地址中。 ２．１伺服转塔控制信号说明 下面以沈阳机床股份有限公司数控刀架分公司生产 ①伺服刀架设置６种运行模式。由输入信号ＭＯＤＥｌ， 的八工位伺服转塔ＳＦＷ１２型为例介绍一下伺服转塔的 ＭＯＤＥ２，ＭＯＤＥ３设定输入信号模式。代码模式功能说明 工作原理和性能指标。 如下： １．１技术参数 １ｏ０１一刀架回零刀架转到零位（基准位）；１００１一自 型号：ＳＦＷ１２；转动惯量：０．８ ｋｇ・ｍ ；转位时间：１８０。０．６ 动就近选刀刀架最短路径转位；０ｌ０２一自动正转刀架顺 ｓ；松开或锁紧时间：０．２ｓ；；转位频率：１５次／ａｒｉｎ；重复定 时针转位；１１０３一自动反转刀架逆时针转位；００ｌ４一点动 位精度：±２ ；定位分度精度：±４”；工作液体压力：２ 换刀刀架点动（手动）转下一工位；１０１５一内嵌花样循环 ＭＰａ；环境温度：５～４０ｑＣ；冷却液压力：０．２５ ＭＰａ；主输入 刀架按控制器内嵌程序转位演示。 电源：单相ＡＣ２２０ Ｖ±１０％，５０ Ｈｚ±３％，３ Ａ。 ②刀架回零。刀架回零即刀架转位到一工位，并锁 １．２载荷性能 紧，检查刀架运转环境正常否。刀架回零需满足以下条 切向载荷性能一许用最大切向扭矩：１ ０００ Ｎｍ 件： 轴向载荷性能一许用最大轴向扭矩：１ ２００ Ｎｍ 模式代码设置为…１’，即ＭＯＤＥＩ＝Ｉ，ＭＯＤＥ２＝０， １．３工作原理 ＭＯＤＥ３＝０；刀架转位目标码为“０”即ＰＢＩＴ１＝０，ＰＢＩＴ２＝０， 伺服转塔的工作原理很简单，由ＮＣ给定Ｔ指令，伺 ＰＢＩＴ４＝０，ＰＢＩＴ８＝０；启动信号使能即ＰＳＴＡＲＴ＝ｌ，且至少 保持３０ｍｓ。伺服刀架运行前，必须回零。 作者简介：许艳霞（１９６３一），女，大学本科，工程师，主要研究方 ③自动转位。刀架按照系统设置的模式代码值进行 向：数控机床的电气开发及设计。 ｌＯ６ 企业技术开发 ２０１０年７月 Ｇ４３．２：状态选择的点 自动就近转位、顺时针转位和逆时针转位。刀架自动转位 ７ ＬＯＣＫＥＤ：伺服转塔的卡紧信号；动状态信号；Ｇ４３．７：状态选择的回零状态信号；Ｇ４．３：Ｍ、Ｓ、 Ｔ辅助功能完成信号；Ｒ６１１．０：转塔自动转位指令；Ｒ６１１．２： 转塔手动转位指令；Ｒ６１ｌ＿３：转塔转位指令；ＴＭＲ２４：转塔 转位启动信号保持时间计时器（一般为３０ ｍｓ）；ＳＵＢ３ ＴＭＲ：定时处理器；ＳＵＢ８ ＭＯＶＥ：逻辑积后数据传送指令； ＳＵＢ３２ ＣＯＭＰＢ：－￣进制数据比较指令；ＳＵＢ２５ ＤＥＣＢ：－＂进 动，点动换刀需满足以下条件： 模式代码为４；启动信号ＰＳＴＡＲＴ＝１，且至少保持 制数据译码指令；Ｒ５６２：刀位存储地址。 条件： 模式代码设置为“ｌ”、…２’、“３”；设置刀架转位码即 ＰＢＩＴ１、；ＰＢＩＴ２、ＰＢＩＴ４和ＰＢＩＴ８值；启动信号使能即 ＰＳＴＡＲＴ：ｌ，且保持至少３０ ｍｓ。 ④点动换刀。点动换刀即刀架顺时针方向单工位转 ３０ｍｓｏ ２．３伺服转塔的使用方法 机床上电后，在回零状态下执行回零操作，回到伺服 ⑤内嵌花样循环。内嵌花样循环模式下，刀架可按照 控制器内部所设置的程序进行转位演示，此时刀架 转塔的第一工位，确保正确选择转塔刀位。 于ＣＮＣ系统，自行演示换刀过程，内嵌花样循环需满足 按ＮＣ给定的信号判断旋转方向，进行短路径选刀。 以下条件： 伺服转塔按其工作原理进行换刀动作，ＰＬＣ接到换 刀架运行说明：刀架控制器实时检测刀架运行状态， 刀完成信号后，Ｔ码辅助功能完成。 若有异常则报警。ＣＮＣ系统执行选刀指令后，首先设置刀 ２．４转塔故障处理 架选刀目标工位信号（ＰＢＩＴ１、ＰＢＩＴ２、ＰＢＩＴ４和ＰＢＩＴ８）， 当转塔出现故障或者是加工时机床突然停电导致转 机床上电后，在回零状态下，按转塔回零按 Ｔ１≥２０ ｍｓ后，ＰＳＴＡＲＴ（选刀开始）信号置…１’且Ｔ２≥ 塔不正位时，３０ ｍｓ。刀架控制器接到ＣＮＣ系统的选刀指令后，刀架控 钮，让转塔执行回零操作回到转塔零位，即转塔的一号刀 制器定位输出信号ＩＮＤＥＸＤ置“０”，刀架控制器自动进 位。维修快捷方便，省时省力。从而提高了生产效率。 行选刀逻辑运算，自动确定转位方向和转动工位数；同 就设备突然停电而言，当转塔出现故障或者是加工 时刀架控制器发出松开指令，松开阀启动，刀架松开；锁 时机床突然停电导致转塔不正位时，只要机床从新上电， 紧信号由有至无，刀架控制器锁紧输出信号ＬＯＣＫＥＤ置 在回零状态下，进行回零操作即可，这只需要一两分钟即 “０”；刀架伺服电机转动，刀架转动到目标工位；刀架控 可，而电动转塔在记住停电前转向的情况下，可以尝试用 制器发出锁紧指令，锁紧阀闭合，刀架传感器锁紧信号 手动转位的方法进行转塔正位修复，需要时间长度不一， 来，刀架锁紧；刀架控制器发出选刀完成指令和锁紧指令 如果没有记住停电前转向的情况下，只能用人工调整转 即ＩＮＤＥＸＤ置“１”和ＬＯＣＫＥＤ置“１”，选刀结束。任何 塔到一工位，一位熟练的维修工至少也需要十几分钟，甚 模式下刀架转位方式相同。 至更长时问。 ２．２伺服转塔ＰＬＣ逻辑控制图所用接口信号及指令代 码 ３结语 ①刀位的接口信号及刀位编码如表１所示。 表１刀位的接口信号及刀位编码表 ＣＫ７８２０数控机床进行数控改造已经四年半，据统计 四年半的时间里，转塔故障率为零，而原有的液压转塔故 障频繁出现，特别是冬季尤为严重，温度的变化会影响液 压系统的稳定性，液压系统发生变化时，液压转塔就会出 现转位故障，严重影响生产。另外，从转塔转位时间上，液 压转塔转位时间长于伺服转塔，液压转塔转位转位时间： １８０。３ｓ，伺服转塔转位时间：１８０。０．６ｓ，由此可见，伺服 转塔转位时间比液压转塔转位转位提高了五倍，从而提 高了加工效率。对于数控机床来说，转塔是必不可少的， 能满足控制机床要求的转塔很多种，而换刀速度快、故障 率低、ＰＬＣ逻辑易于编辑、易于理解和掌握得伺服转塔， 无论是从经济方面、加工效率方面，伺服转塔已经成为当 今数控车床改造产业的首选附件，我国的旧设备翻新和 改造带来生机。 ②转塔转位逻辑控制接口信号及相关应用指令： Ｆ７．３：ＮＣ发出的Ｔ码选通信号；Ｆ２６：刀位目标码存 储地址；Ｒ５００．２：逻辑…０’；Ｒ５００．１：逻辑“１”；Ｙ０：伺服转塔 参考文献： 的刀位接口信号地址；Ｙ１．２ ＭＯＤＥｌ：伺服转塔的自动转 位方式信号；Ｙ１．４：伺服转塔的手动或回零转位方式信 【１］周保庆，谭春晖．ＦＡＮＵＣ系统ＰＭＣ程序设计与调试技巧 号；Ｙ１．５：伺服转塔的奇偶效验信号；Ｙ１．６：伺服转塔的 ［Ｊ］．制造技术与机床，２００４，００）． 转位启动信号；Ｘ９．６ ＩＮＤＥＸＤ：伺服转塔的转位信号；ｘ９．
