刨床數控改造后的自動刀架及其控制
在機械製造行業,經常需要加工截面是複雜曲線的柱面零件,如羅茨真空泵轉子。根據零件是柱面的特點易於在刨床上加工,為了在刨床上精確加工複雜曲線柱面,我們對BC6063普通牛頭刨床進行了數控改造。數控系統是自己設計的單片機系統,CPU為80C196KC,傳動部件採用滾珠絲杠,步進電機驅動,為實現平面曲線的加工,需要兩坐標聯動,原工作台縱向運動改為由步進電動驅動。考慮到工作台較重,垂直進給運動由改造后的刀架實現,工作台的垂直移動保留,用於調整不同規格零件的加工範圍。因為普通刨床無自動抬刀機構,刨刀在回程中要從工件上滑過,這不僅加大了刀具的磨損、降低了刀具耐用度,而且容易划傷工件表面。為此,我們採用下列措施對刀架加以改進:
1. 取消原刀具抬刀部分,改為刀具固定安裝;
2. 每次刀具回程時,首先自動抬刀(應用中設定抬刀高度為0.5mm),在滑枕下次前沖之前刀具下降所移動的抬刀量;
3. 為了使刀具精確移動抬刀量,在步進電機軸上連接有光電編碼盤,以精確控制步進電機運行步數,防止因電機丟步或過沖所造成的誤差。
滑枕運動位置檢測及刀架進給控制
根據刨床的切削性質,切削過程中不允許工作台或刀架進給,否則將損壞刀具和工件。因此,刀架及工作台必須在滑枕換向的空刀期間完成進給運動,包括自動抬刀。為了檢測滑枕的運動位置,在滑枕座上設置兩個接近開關,安裝位置。
接近開關的安裝位置
中虛線表示刀架運動路線,接近開關ST1、ST2的信號由80C196KC埠P0.0和P0.1接收,並且兩信號經或門輸出到高速輸入埠HSI.0。通過調整兩塊金屬塊的位置,使刀具經過圖中位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時ST1和ST2發信號的順序為:
在HSI.0的中斷處理程序中檢測P0口數據,並且循環指令給某一設定標誌單元賦值,可以得出標誌單元的數據呈規律性變化,如表1所示。由此,刀架及工作台的進給控制過程為:1)刀具過位置Ⅲ后刀架自動抬刀;2)在滑枕退回過程中並且在位置Ⅱ、Ⅰ期間內,刀架首先下降走完抬刀量,然後,刀架和工作台完成動進給運動。
自動進給中斷服務程序處理為:插補進給前先檢查標誌單元的內容,單元數值為12H時,刀架進給完成抬刀;單元數值為21H時刀架和工作台完成進給運動;同時刀架進給量與來自光電編碼盤的脈衝數進行比較,補償由於步進電機丟步或過沖引起的誤差。
應用
經過數控改造后的牛頭刨床用於加工羅茨真空泵轉子,轉子在其他機床上初步加工后,留有3mm余量,再由數控刨床完成粗、精加工,採用的刀具參數為:刀尖角約50°,主、副后角約4°~8°,刀尖直徑r為2mm。應用證明,零件加工精度符合圖紙設計要求,刀具經過修形后精加工轉子的粗糙度可達Ra3.2。