刀库及自动换刀装置换刀精度检测研究

第 4期 2 0 1 4年 4月 机 械 设 计 与 制 造 M a c h i ne r y De s i g n Ma n u f a c t ur e 6 5 刀库及 自动换刀装置换刀精度检测研究 张跃明 王高波 牟宏明 杨 宇 1 E 京lT业大学 机械工程与应用电子技术学院 北京 1 0 0 1 2 4 2 呼和浩特众环集团公司 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 5 1 摘要 刀库及自动换刀装置 A T C 的主要功能是存储刀具和在数控 系统的控制下把 目标刀具准确地送到取刀位置 其 性能直接影响着机床整机的性能和可靠性 为探明刀库的性能尤其是刀柄的定位精度 开发了刀库及 A T C性能检测系 统 设计了抗干扰的检测电路及判向计数方案 采用 V C 6 0编写了检测程序 利用A c c e s s 2 0 0 7建立性能检测数据库 系 统对精度数据进行了实时采集和 自动存储 捕捉了刀柄的位置轨迹 分析了刀库换刀精度的变化规律 检测方法和实验 结果对于刀库及 A T C性能研究尤其是定位精度研究具有实际意义 关键词 自动换刀装置 性能检测 位置精度 C 中图分类号 T H1 6 T G 7 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 4 0 4 0 0 6 5 0 3 Th e Re s e a r c h o n To o l Ch a n g e Pr e c i s i o n o f Kn i f e L i b r a r y a n d Au t o ma t i c To o l Ch a n g e r ZHANG Yu e mi n g W ANG Ga o bo MU Ho n g mi n g YANG Yu 1 T h e C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g A p p l i e d E l e c t r o n i c s T e c h n o l o g y B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y B e i j i n g 1 0 0 1 2 4 C h i n a 2 H o h h o t Z h o n g Hu a n G r o u p C o L t d I n n e r Mo n g o l i aH o h h o t 0 1 0 0 5 1 C h i n a Ab s t r a c t T h e ma i n f u n c t i o n o fc h a i n k n l i b r a r y a n d a u t o m a t i c t o o l c h a n g e r A T C is t o s t o r e t o o l a n d s e n d t h e t ar g e t t o o l t o t h e t o o l c h a n g e l o c a t i o n a c c u r at e l y u n d e r t h e c o n t r o l of t h e C N C s y s t e m h s p e r f o r m a n e e d i r e c t l y a f f e c t s t h e p e o r m auc e a n d r e l i a b i l i t y o f t h e m a c h i n e I n o r d e r t o fi n d o u t t h e p e rf o r ma te o f k n l i b r a r y e s p e c i a l l y t h e p o s i t i o n i n g acc u r a c y of t h e t o o l h a n d l e a p e o r m auc e t e s t p l at f o r m i s e s t a b l i s h e d f o r t h e c h a i n k n if e l i b r a r y a n d A T C a n d d e t e c t i o n c i r c u i t is d e s i g n e d t o r e s i s t i n t e 咖r e n c e c o n d i t i o n e ffe c t i v e l y a n d a s c h e m e is al s o p r o p o s e d t o j u d g e t h e d i r e c t i o n oft h e c h a i n a n d c o u n t t h e t o o l n u mb e r Th e t e s t pr o c e d u r e i s w r i t t e n b y VC6 0 a n d t h e d atab a s e i s s e t u p t h r o u g h t h e A c c e s s 2 0 0 7 Th e s y s t e m c a n c o l l e c t r e al t i m e p r e c i s i o n d a t a a n d s t o r a g e d a t a a u t o ma t i c all y I t c a n als o d r a w t h e p o s i t i o n t r a j e c t o r y oft h e t o o l h a n d l e a n d a n al y z e t h e c h a n g e r u l e oft h e t o o l c h a n g e p r e c is i o n b y acc u mu l at i n g e x p e r i me n t s The t e s t i n g m e t h o d a n d t h e e x p e r i me n t a l r e s u l t h a s p r act i c a l s c auc e f o r t h e p e 咖r m帆c e s t u d y ofk n l i b r ary a n d A T C e s p e c i al l y t h e s t u d y ofl o c ali z a t i o n a c c u r acy Ke y W o r d s Au t o ma t i c To o l Ch a n g e r Pe r f o r m a n c e Te s t P o s i t i o n i n g Ac c u r a c y C十 1 引言 加工中心的关键技术在于自动换刀系统装置 根据调查 显示 近年来 我国刀库及其自动换刀装置的生产水平取得了长 足的进步 但是在性能方面和一些发达国家相比 还存在不小的 差距 并且刀库性能差已经成为制约国产数控机床发展的重要因 素 3 1 国产刀库及其 自动换刀装置的主要故障包括机械手换刀过 程中的掉刀 撞刀或插刀不到位 数控系统的功能故障 电气系统 的漏油或个别油路压力过高 刀库本体振动剧烈等 这些故障 严重制约了数控机床整机的可靠性水平 因此 加大力度研究刀 库及其 自动换刀装置的性能和可靠性水平对于提高加工中心整 体的性能水平具有重要的实际意义 对于B T 5 0 8 0 L S Y链式刀库试验机 其大体换刀过程是这 样的 选刀到位后链条电机停转 随后定位卡伸出给链条定位 使 刀柄能处于准确的换刀位置 随后油缸动作 机械手前来抓刀 并 到主轴处换刀 并将选定的刀具正确地插换到主轴上 2精度检测系统开发 根据 B T 5 0 8 0 L S Y链式刀库实际存在的问题 选择了检测 元件 并搭建了试验平台 传感器安装实物图 如图 1 所示 2 1检测元件的选型和安装 为了更好的测试刀套翻转的重复定位精度 系统采用了松 下电器 H L G1 0 5系列 S U N X C MO S激光位移传感器 用于主 轴和链条定位卡处 该传感器检测中心距离为 5 0 ra m 检测范 围 l O mm 分辨率为 1 5 1 m 按照检测要求和设置方法 将传感 器模拟输出选择设定为电压输出 并设置输出范围为 0 5 V 信号采集卡用于对传感器及相关开关量的信号进行采集和 转换以传送给 P C处理 选用凌华科技的 P C I 9 2 2 2型采集卡 包 括核心板卡 接线卡 光盘软件及通讯线 具有 1 6位 1 6 3 2通 道 2 5 O 5 0 o k s s 采样率的特性 模拟输入范围为 一 1 0 1 0 V 来稿 日期 2 0 1 3 0 9 1 4 作者简介 张跃明 1 9 5 6 一 男 北京人 副教授 硕士研究生导师 主要研究方向 研究A T C的设计与检测 王高波 1 9 8 8 一 男 湖北襄阳人 在读研究生 主要研究方向 从事机械和检测方面的研究 张跃明等 刀库及 自动换刀装置换刀精度检测研究 第 4期 闭 I f 感 器发装9 物 I冬 1 F i g 1 r I 1 l h na g lf I h l I I S O I s I n s l a l l a l i o n 对 J f 侈传感 需嘤没计 0门的支架f I 1 卜 传感器支架的 加 1 1 以及装 j 原始没汁 一定误 所以安装完成之 I f 两 个传感器的化 f 1 I 奠装 f J 笾 进i r 测 I 以确 处s rlJ f z 移数据时 的准确一 2 2链传动判向计数方案 为 lJ llJ J 化 往 J I 4 J 发 挺 r汁数削 的 l 接近肝 两个 圳 冬 4 2所爪j i t l J t J 系统 f 1 的 个磁 P I 肝关和 一个 接近歼火i l J 库链条一侧 l 从 j 个接近 火 A B S J 企底板通过时 接 近 门 火 通 没状忿 为 l f l ij 没为 0 娘系统 汁数接近 J F 关为 c 则 I B C状态仃 所 J 舆 序t f l 根 溃以的各 开火 i 号 以确定J r 反转 汁数 i R 厂 厂 厂 厂 一 r r 1 厂 1 厂 厂 厂一 厂 厂 厂 r 厂 厂 2链笊S ll l j 汁数I I F i g 2 r l1 r C o u n i h l g q u l I 1 r D I I f l i I i i i l h i d g l u f l l u I Il J 2 3设计有效抵抗干扰的检测电路 m 于检测I f 1 需 从 控制 踏t J 部 分接近 天和 l 磁一 F 火的信I f 1 为触发 I I I fl i i ct l 系统郜址 k f J t 咀 为了隔离4 电f J Z 4 1 电路之 川的 H尤 x 4 1 t T J iJ l J 0 号进 仃巾I t fl t l A 器隔离处理 能f 效解决 Ix I 扰州题 试验f 7 J 期 传感器测 l l l l j f f j 数扑 会发 跳动 造成 篪较 大 小能准确的 记求换 J r f 1 J 俩的 l 标f i 针 埘 号 f 扰 的M题 进 行 r一系列 卜 扰处 验 也折 l 扰 泺削断 俭洲 系统 独供 电 线异I U l l l 离 I j P J s l t 敝 软什滤波等 最终将采集 卜的 模拟地卡 i f J L J f l l J7 一 j I I 连 J 装 的系统J I I I 连接 实现 一 点接地 f I I 系统地绝缘 这 P b i J g J 仃效太除 r I 扰 题 使果集的f 号达刮 J 怂的稳定状怠 2 4检测数据库的建立和软件的编写调试 iJ j l j A t P s 迂 j 能 愉i 9 数 I l 1 4 V I C D a t a S t o r e f I 1 t I J 增 j1 r s j f j f 7 数 换 7 j l l j l i 1 J 抓功 故障等小川伶测项I l 的数 衷 缱 M i 1 t f 1 教 链按文件火联数 利 1 J V C 6 0建 r一个基 T I 义 的 MF C应川 序 如 1 矧 3所爪捕人 编 J 符功能 1 宝 f 体 类秆 卡 I心 数 包括化 数 据实 f f 示祠 I 误 数掂分析窗体等 插入 r 包 数 连垃功能 的 C MF C A I O C类币 1 1 读 功f i I j C MF C A 类 j 外 J J I l 找 r 采集卡的 P C I 一 9 2 2 2动态 编 包 数 采集J J j f i t l j 线 l 冬 3 f J I F i g 3 Th e Ma i n P r o g r a m l i l i e i f a l r 3刀柄实时位置曲线的绘制 1 标 J t iJ f J g 链条停止 此时 J 通过削断触发 l 外 始采集数据 采集的数据能 己 求 F从链条俘i t y ij 定化火 次定他 以及机械手拔月全过 r 1 t J 柄外 离传感器投光 的f 移变 化 J t i l 1 l 4所 绘制实时轨迹之l1 订 尢缱 一 l饷 系 将 J 俩外 的他移值转化 为刀 轴 0fl 1 位氍 一 l 标 J 4 纳实 I I 轨迹 J I捍埘 ig 4 r I 1 I l n l i I P I fl l l 1 I b I I 一 1 l i n t I o s i t