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數控車床可編程臺尾的結構與控制
數控車床是現代工業(yè)中應用非常廣泛的一類金屬加工設備，下面是小編搜集的一篇數控車床探究的論文范文，歡迎閱讀參考。
摘要：文章針對數控車床的可編程臺尾結構進行專門研究，提出多種模型，并對控制模型進行逐一分析，研究了相關控制邏輯，分析了各種可編程臺尾結構的優(yōu)點與不足。
關鍵詞：數控車床,可編程臺尾,臺尾結構,控制模型,金屬加工設備
1、可編程臺尾的特點
數控車床是現代工業(yè)中應用非常廣泛的一類金屬加工設備，數控車床主要用于加工回轉件，比較常見的是加工盤類零件和軸類零件。盤類零件的加工一般僅采用卡盤卡緊方式就能滿足要求，而對于軸類零件特別是對于長軸類零件的加工，需要使用卡盤和臺尾結構，采取一卡一頂的裝卡方式，所以對于數控車床的加工而言，良好、可靠、高效的臺尾結構非常重要�？煽扛咝У呐_尾結構，不僅能保證數控車床所加工零件的加工質量，而且可以大大提高加工效率，對于提升數控車床的自動化程度也非常重要。
傳統的臺尾結構，主要是手動搬動臺尾體沿數控車床的Z軸導軌移動或沿臺尾專用導軌移動，臺尾的移動由人力搬動，臺尾體被搬到指定位置后，扳動手柄將臺尾底板鎖到臺尾移動的導軌上。用人力旋轉臺尾套筒的進退的手柄，將臺尾體內的套筒旋出頂緊工件，再通過鎖緊手柄將臺尾套筒鎖緊�？梢妭鹘y的數控車床的臺尾結構操作起來費時費力，隨著數控車床產品日新月異的發(fā)展，特別是智能化數控車床產品的涌現，為提高勞動生產率，數控車床行業(yè)特別需要一種新興的數控車床臺尾結構的出現，來代替原有傳統的數控車床的臺尾結構。
數控車床的可編程臺尾，不同于傳統臺尾結構，是一種具備可以參與數控車床加工編程的新型臺尾結構。在對可編程臺尾的控制過程中，數控車床的數控系統可以用M代碼、B代碼或其他可以參與數控車床加工編程的代碼指令，自動控制臺尾或臺尾套筒的進退，并對臺尾或臺尾套筒的位置進行檢測，控制臺尾或臺尾套筒前進或后退到數控車床加工需要的位置，來完成對數控車床加工零件的頂緊。這樣可以提高數控車床加工效率，特別是對于數控車床與自動化生產線(桁架機器手自動化生產線或關節(jié)機器手自動化生產線)組線時，可以高效、精準地提高數控車床的裝卡效率，從而大大提高數控車床的加工節(jié)拍，極大地方便數控車床的加工，實現完全自動化加工，有效地提高數控車床的智能化水平和自動化水平。
2、多種可編程臺尾的結構與控制研究
2.1 采用檢測開關的簡易可編程臺尾結構
這里介紹一種簡單的可編程臺尾結構――采用檢測開關的簡易可編程臺尾結構。
結構上：在普通臺尾結構的臺尾體后端增加一個隨臺尾套筒進退的長桿，再增加兩個與臺尾體固定的，用來檢測臺尾套筒運動位置的無觸點光電檢測開關，即構成了這種可編程臺尾結構。
控制上：臺尾套筒前后移動由數控系統輸出控制代碼M32(臺尾套筒前進);M33(臺尾套筒后退)來實現，臺尾套筒行程控制用無觸點開關檢測到的位置信號反饋給數控系統。前進開關到位信號，用來確保臺尾套筒有效的頂緊工件，后退限位開關作為臺尾套筒退回到位的確認信號。根據被加工工件長度來調整這兩個限位開關位置。如果臺尾套筒伸出不到位，臺尾套筒前進開關發(fā)不出信號，機床主軸就不能啟動。在程序編寫和自動加工過程中，臺尾套筒前進、臺尾套筒后退檢測開關分別被采集到數控系統的PLC控制程序中，作為臺尾套筒前進指令代碼M32和臺尾套筒前進指令代碼M33的應答信號。此種結構較為簡單。
2.2 采用直線光柵尺的可編程臺尾結構
在第一種可編程臺尾研究的基礎上，這里介紹另一種結構。
結構上：此種臺尾結構的特點與前面提到的第一種可編程臺尾結構相似，只是使用光柵尺結構代替了檢測臺尾套筒前進、后退的位置檢測開關。
控制上：數控系統檢測臺尾所帶光柵尺的反饋位置數據，數控系統將可編程臺尾體等同于虛擬軸進行控制，通過G0等G代碼控制臺尾的運行位置，結合光柵尺的反饋位置，通過數據比較計算，來實現對臺尾的控制。此種可編程臺尾結構的優(yōu)點是控制位置相對較為靈活，難點在于對光柵尺的模擬量數據的讀入與識別，因某些數控系統不接收反饋的模擬量信號，或者需要通過特殊的DA轉換裝置來完成對數據的轉換。
2.3 通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結構
這里再介紹一種間接利用數控車床伺服軸移動來實現可編程臺尾控制的結構――通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結構。
結構上：此種可編程臺尾結構，采用液壓缸帶動液壓插銷結構、Z軸撞停到位開關結構，使臺尾體與Z軸床鞍之間有效連接，數控系統控制液壓插銷的動作，利用Z軸帶動床鞍移動到相應位置。
控制上：此種可編程臺尾的動作順序邏輯為：(1)Z軸運行到臺尾附近;(2)Z軸到位撞停開關觸發(fā);(3)數控系統通過PLC控制液壓插銷伸出;(4)檢測液壓插銷到位;(5)數控系統控制Z軸拖動臺尾運行到指定位置;(6)松開液壓插銷;(7)檢查插銷退出到位;(8)移走Z軸。此種可編程臺尾結構比較簡捷，控制難點在于PLC邏輯控制上。
2.4 采用伺服電機控制的可編程臺尾結構
有了前面的研究，這里介紹一種較為復雜的應用于數控車床的可編程臺尾結構――采用伺服電機控制的可編程臺尾結構。
結構上：采用交流伺服電機作為可編程臺尾的控制軸(W軸)，來實現對可編程臺尾的控制。由W軸交流伺服電機(帶抱閘)通過滾珠絲杠驅動，沿Z軸方向移動。W軸伺服電機(后端裝有絕對編碼器)通過聯軸器直接連接到相應的滾珠絲杠上，進而驅動臺尾的運動與完成位置控制。
控制上：W軸交流伺服電機所起的作用是驅動臺尾體快移定位到數控系統指令要求的位置，而頂緊工件主要靠可編程臺尾體上的液壓缸，同時臺尾體到位后，臺尾體的鎖緊靠臺尾體底面壓板。在數控系統的控制中，可以對控制臺尾的W軸伺服電機，采用PLC軸或IO LINK軸的形式進行控制，通過編寫PLC控制程序，使用B代碼加G0等位置移動指令控制可編程臺尾的高速精準定位。采用類似控制伺服軸一樣的方式控制此種類型的可編程臺尾。因伺服電機的移動速度快、定位精準、啟停平穩(wěn)，所以此種可編程臺尾結構在高速、高精加工應用中有很大的優(yōu)勢，此種可編程臺尾結構也是很多高檔數控車床比較青睞的臺尾結構。
3、多種可編程臺尾結構的比較分析
上文對四種應用于數控車床的可編程臺尾結構進行了研究，各種方案的優(yōu)點和不足如下：
方案1(采用檢測開關的簡易可編程臺尾結構)：優(yōu)點是結構簡單、成本低、易實現;缺點是不移動開關位置的情況下，不能任意位置靈活編程，精度與臺尾運行速度一般。方案2(采用直線光柵尺的可編程臺尾結構)：優(yōu)點是結構不復雜、較易實現;缺點是成本較高、某些數控系統不能直接接收模擬量信號，光柵尺信號處理比較繁瑣。方案3(通過液壓插銷借用Z軸拖動臺尾的可編程臺尾結構)：優(yōu)點是結構不復雜、成本適中，較易實現;缺點是定位精度一般，插銷故障率較高，需提高相關部件的剛性。方案4(采用伺服電機控制的可編程臺尾結構)：優(yōu)點是運行速度快、定位精準、鎖緊力大;缺點是成本高，設計調試較為復雜。
4、結語
可編程臺尾的結構與控制研究對于數控車床的加工效率的提升、機床可靠性研究和數控車床產品的智能化研究很有意義，相信可靠高效的可編程臺尾結構的應用必將提升數控車床的整體自動化水平。
參考文獻
[1] 顧繩谷.電機及拖動基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.
[2] 宋緒丁.機械制造技術基礎[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，2011.
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