CN107678397B - 一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法，首先刀库伺服驱动器监测到偏移后输出报警信息，可编程逻辑控制器PLC判断确定当前Z轴位置状态是否合理的安全区域，确认在安全区域后松开机床EMG‑STOP紧急停止开关，可编程逻辑控制器PLC通过预先沟通好的指令协议通知刀库伺服驱动器按最近角度方向旋转到偏移前位置实现全自动纠偏；当偏移量过大时需要进行手动操作，更改计算机数字控制机床CNC的控制位后使用手轮移动进给轴进行半自动纠偏。该方法通过可编程逻辑控制器PLC、伺服驱动器来控制伺服刀库电机的自动纠偏功能，实现上电后刀库角度位置偏移能在满足条件的情况下,快速自动的纠偏至正确位置。

Description

一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法

技术领域

本发明涉及机床自动控制技术领域，具体涉及一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法。

背景技术

当前钻攻机床使用的伺服刀库大多为德大、圣杰、北距等品牌的斜盘式伺服刀库，这些伺服刀库所配的伺服电机基本都无刹车抱死装置，配有“增量编码器+外部电池”组成的绝对式编码器或绝对值编码器。

下面仅以绝对式编码器为例进行描述说明：伺服驱动器断电后(或者急停等造成驱动器动力供电电源断开等)，驱动器侧存储伺服断电前一刻伺服电机的位置信息A；因钻攻中心伺服刀库上装刀位置与刀具重量分布不均匀等其他外力原因，造成伺服刀库刀盘(以下简称刀库)偏移，电机编码器侧由外部电池供电读取并记录当前的位置信息B；伺服驱动器再次上电后，会对比上次断电前一刻存储的伺服电机位置信息A与当前读取的编码侧存储位置信息B进行对比，若发现角度位置偏移不在参数设定的允许范围内，驱动器会发出报警，并反馈报警信号至机床PLC，PLC中写入报警信息(刀库位置已经偏移)提示用户。

用户发现当前刀库位置已经偏移警报后，需要以下步骤操作：

①用户在手轮模式，把Z轴上升移动到刀盘可以安全旋转的无干涉区域；

②手动刀盘转到1号刀位；

③把Z轴下降移动到刀盘卡爪与主轴端面基本接触的位置；

④更改PLC的K参数(通过PLC控制切换硬件线路，使手轮脉冲能控制刀库正向或逆向旋转微调)；

⑤使用手轮控制刀盘旋转进行微调刀盘，使刀盘刀爪的中心与主轴中心同心度位置保持一致；

⑥进行刀库重新初始化，设定当前位置为1号刀；

⑦把原来更改的K参数还原。

已有技术需要终端用户或工程技术人员对刀库偏移进行手动操作恢复，操作方法繁琐，在用户不娴熟，经验不足的情况下，也很难保证刀盘刀爪的中心与主轴中心的同心度在允许范围内，造成使用过程中刀爪的损坏或者掉刀，增加用户机床使用成本或机床制造商的后期的维护成本间接的增加。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法，所述的半自动与全自动纠偏方法包括下列步骤：

S1、刀库伺服驱动器判断刀库偏移角度是否超出偏移容许值α的范围，若是，则转至步骤S2，若否，则转至步骤S9；

S2、刀库伺服驱动器发送刀库刀盘偏移报警至可编程逻辑控制器PLC；

S3、可编程逻辑控制器PLC判断当前进给轴Z轴是否在换刀区域以下，若否，则转至步骤S4，若是，则转至步骤S5；

S4、执行半自动修复过程，手动更改控制位K12.0＝1，然后在手轮模式下调整进给轴移动到换刀区域，操作刀盘正或反转键1次完成校正修复，K12.0将设置为0状态，此时半自动修复完成，刀盘偏移报警自动解除；

S5、可编程逻辑控制器PLC发送自动纠偏指令至刀库伺服驱动器；

S6、刀库伺服驱动器判断刀盘偏移量是否超出纠偏允许最大偏移量β，若是，则转至步骤S7，若否，则转至步骤S8；

S7、在解除刀库伺服驱动器励磁的前提下，人工操作伺服刀库刀盘手动扳动旋转刀盘至偏移量β范围内；

S8、松开急停按钮，刀库伺服驱动器开始执行自动纠偏，自动纠偏过程中电机旋转速度尽可能放缓，其速度数据通过刀库伺服驱动器设定；

S9、刀库偏移角度在偏移容许值α的范围内，刀盘偏移报警解除，自动校正修复完成。

进一步地，所述的步骤S2中刀库伺服驱动器发送刀库刀盘偏移报警至可编程逻辑控制器PLC后，可编程逻辑控制器PLC禁止计算机数字控制机床CNC的进给轴移动。

进一步地，所述的步骤S4中执行半自动修复过程，手动更改控制位K12.0＝1，然后在手轮模式下调整进给轴移动到换刀区域，操作刀盘正或反转键1次完成校正修复，K12.0将设置为0状态，此时半自动修复完成，刀盘偏移报警自动解除

进一步地，所述的步骤S7中人工手动扳动旋转刀盘至偏移量β范围内具体过程如下：

为了安全考虑，当偏移量超过设定的最大时需要进行手动操作，操作前需要操作者判断主轴上是否有刀具，需要判断进给轴移动上升至换刀安全区时；判断刀盘刀爪对主轴内孔的影响，如果进给轴移动到换刀区域过程中对主轴及刀库刀爪无碰撞或损坏因素影响，可以通过S4过程炒作执行Z轴到换刀安全区域内操作旋转刀盘1次；否则需要进行规避操作使进主轴及伺服刀库刀盘刀爪之间的安全影响，同时移动Z轴到换刀区域，操作机床面板上刀盘旋转指令，控制刀库刀盘向任意方向旋转1次即可完成偏移校正。

进一步地，所述的步骤S8中刀库伺服驱动器开始执行自动纠偏具体过程如下：

可编程逻辑控制器PLC通过预先沟通好的指令协议通知刀库伺服驱动器按最近角度方向旋转到偏移前位置。为了安全起见强调自动修复安全移动速度和偏移量因素考虑，但不对具体数据进行保护性说明

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1)伺服刀库角度偏移后，Z轴在换刀区域以下，刀盘偏移量未超出纠偏允许最大偏移量β时，可松开急停按钮，实现自动纠偏；

2)伺服刀库角度偏移后，Z轴换刀区域内允许刀盘旋转的安全位置，或者刀盘偏移量超出纠偏允许最大偏移量β时，亦可通过简单手动操作后，实现半自动纠偏；

3)自动偏移纠正完成后刀盘刀爪的中心与主轴中心的同心度与机器出厂设定基本保持一致，减少了掉刀等故障的发生；

4)半自动偏移纠正措施是自动纠正措施的备选方案，在大范围偏移或驱动器无法有效计算偏移量时使用，同时确保机床不会出现二次故障，是一种更为安全的保障，因此需要人工判定修复条件或规避安全隐患。

5)相比过去在发生刀盘报警后客户只能选择向机床厂商报修，机床厂商需要委派具备一定技术能力的工程师到客户现场进行各种手动操作、参数设置、在定义刀盘1号刀具位置后才能恢复机床的正常使用；而采用本发明方法技术的机床，故障发生后即使不具备相关技能的人员，通过松开急停开关即可完成修复；

6)本方法发明技术使用非常方便，可以较大地提高客户使用机床的时间，同时又能保障刀盘偏移故障发生后可以不需要专业技术人员就能进行相关修复工作，降低对机床报修维修成本，缩短故障停机时间或无影响，相比机床产出利用率大大提高。

附图说明

图1是本发明公开的一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法的流程步骤图；

图2(a)是本发明中伺服刀库刀盘超出容许值的示意图；

图2(b)是本发明中伺服刀库刀盘在刀位定位点的示意图；

图2(c)是本发明中伺服刀库刀盘容许偏微刀的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例公开了一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法，用于实现钻攻中心伺服刀库刀盘的自动纠偏过程，该过程通过可编程逻辑控制器PLC、刀库伺服驱动器来控制伺服刀库电机的自动纠偏功能，实现上电后伺服刀库刀盘库角度位置偏移后能在满足某些条件的情况下,快速、准确自动的纠偏至正确位置。

本发明方法是基于绝对式或绝对位置编码器的伺服驱动与电机的基础上进行实施，采用任意一种编码器组成的驱动系统都具备同等效力。

其中，该纠偏方法满足的应用条件为：

刀库角度偏移报警后，机床本体需要进行安全防护警示；

刀库的自动偏移，需要机床进给轴Z轴在合理的换刀安全区域下，才可以进行自动纠偏；

通过技术约定刀库刀盘允许自动纠偏的角度、方向和速度范围需要在合理范围内；

伺服驱动需要记忆并计算刀库偏移量。

机床侧程序需要判断可以执行安全修复的其它条件

该方法工作原理如下：

刀库角度偏移报警后，通过可编程逻辑控制器PLC禁止计算机数字控制机床CNC的进给轴移动，并停止加工程序，禁止再次循环启动。

若需要手动校正刀库角度偏移位置，需要由专业维修工程师或通过简单培训后的技工人员，更改计算机数字控制机床CNC的控制位K12.0＝1，方可使用手轮移动进给轴，完成半自动修复校正过程，此前更改的控制位K12.0赋值将自动复位为0状态。

为了安全起见刀库伺服驱动器应满足伺服电机偏移量数据采集、比较和计算，偏移发生后异常警示输出，接收自动纠偏控制指令等措施，伺服电机纠偏旋转方向，角度范围和纠偏过程中旋转速度。

刀盘纠偏时刀盘的旋转速度与偏移量的设置，需要在刀库伺服驱动器内部软件或参数上进行设定。

刀库伺服驱动器监测到偏移后将进行自我保护，同时输出报警信息发给可编程逻辑控制器PLC终止接收并执行正常工作指令状态，自动跳转至接收执行维修指令状态，可编程逻辑控制器PLC判断确定当前Z轴位置状态是否合理的安全区域，确认在安全的区域之后松开机床EMG-STOP紧急停止开关，可编程逻辑控制器PLC通过预先沟通好的指令协议通知刀库伺服驱动器按最近角度方向旋转到偏移前位置，该方法称之为全自动纠偏。

为保障机床的安全高效地使用，超过全自动纠偏安全保护范围后的偏移量或角度，全自动纠偏无效需要手动规避安全隐患后进行半自动纠偏校正。

手动操作自动纠偏校正方法，当偏移量过大时需要进行手动操作，操作前需要操作者判断主轴上是否有刀具，需要判断Z轴移动上升至换刀安全区时，刀盘刀爪对主轴内孔的影响，否则需要进行规避操作使Z轴安全地移动到换刀区域，操作机床面板上刀盘旋转指令，控制刀库刀盘向任意方向旋转1次即可完成偏移校正；如果Z轴移动到换刀区域过程中对主轴及刀库刀爪无碰撞或损坏因素影响，在换刀安全区域内操作旋转刀盘1次，称之为半自动纠偏。

如附图1所示，该半自动与全自动纠偏方法包括下列步骤：

S1、刀库伺服驱动器判断刀库偏移角度是否超出偏移容许值α的范围，若是，则转至步骤S2，若否，则转至步骤S9；

S2、刀库伺服驱动器发送刀库刀盘偏移报警至可编程逻辑控制器PLC；

S3、可编程逻辑控制器PLC判断当前进给轴Z轴是否在换刀区域以下，若否，则转至步骤S4，若是，则转至步骤S5；

S4、执行半自动修复过程，手动更改控制位K12.0＝1，然后在手轮模式下调整进给轴移动到换刀区域，操作刀盘正或反转键1次完成校正修复，K12.0将设置为0状态，此时半自动修复完成，刀盘偏移报警自动解除；

S5、可编程逻辑控制器PLC发送自动纠偏指令至刀库伺服驱动器；

S6、刀库伺服驱动器判断刀盘偏移量是否超出纠偏允许最大偏移量β，若是，则转至步骤S7，若否，则转至步骤S8；

S7、在解除刀库伺服驱动器励磁的前提下，人工操作伺服刀库刀盘手动扳动旋转刀盘至偏移量β范围内；

S8、松开急停按钮，刀库伺服驱动器开始执行自动纠偏，自动纠偏过程中电机旋转速度尽可能放缓，其速度数据通过刀库伺服驱动器设定；

S9、刀库偏移角度在偏移容许值α的范围内，刀盘偏移报警解除，自动校正修复完成，正常使用刀库。

可编程逻辑控制器PLC收到刀库刀盘偏移报警后，禁止所有轴移动,可通过更改控制位K12.0＝1使轴锁定解除。

当Z轴位置在非换刀区域内，有刀盘偏移报警，非急停状态，非选刀过程中，机床PLC发送自动纠偏指令至刀库伺服驱动才允许自动纠偏；

半自动修复完成后刀库刀盘偏移报警解除，控制位K12.0自动复原到初始0状态。

其中，刀盘刀位偏移容许值α：

当伺服电机切到Servo off或急停后，恢复到运转状态时，若马达仍定位在刀位定位点与偏移容许值α范围内，则由输出点显示该刀位。

其中，刀盘自动纠偏允许刀位最大偏移容许值β：

当伺服电机切到Servo off或急停后，恢复到运转状态时，若马达定位在刀位定位点与偏移容许值α范围外，且在自动纠偏允许刀位最大偏移容许值β内，则不显示刀号，由PLC发出指令，控制刀盘的自动纠偏，(为包含)。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法，其特征在于，所述的半自动与全自动纠偏方法包括下列步骤：

S1、刀库伺服驱动器判断刀库偏移角度是否超出偏移容许值α的范围，若是，则转至步骤S2，若否，则转至步骤S9；

S2、刀库伺服驱动器发送刀库刀盘偏移报警至可编程逻辑控制器PLC；

S3、可编程逻辑控制器PLC判断当前进给轴Z轴是否在换刀区域以下，若否，则转至步骤S4，若是，则转至步骤S5；

S4、执行半自动修复过程，手动更改控制位K12.0＝1进入半自动修复过程，然后在手轮模式下调整进给轴移动到换刀区域，操作刀盘正或反转键1次完成校正修复，K12.0将设置为0状态，此时半自动修复完成，刀盘偏移报警自动解除；

S5、可编程逻辑控制器PLC发送自动纠偏指令至刀库伺服驱动器；

S6、刀库伺服驱动器判断刀盘偏移量是否超出纠偏允许最大偏移量β，若是，则转至步骤S7，若否，则转至步骤S8；

S7、在解除刀库伺服驱动器励磁的前提下，人工操作伺服刀库刀盘手动扳动旋转刀盘至偏移量β范围内；

S8、松开急停按钮，刀库伺服驱动器开始执行自动纠偏，自动纠偏过程中电机旋转速度尽可能放缓，其速度数据通过刀库伺服驱动器设定；

S9、刀库偏移角度在偏移容许值α的范围内，刀盘偏移报警解除，自动校正修复完成。

2.根据权利要求1所述的一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法，其特征在于，所述的步骤S2中刀库伺服驱动器发送刀库刀盘偏移报警至可编程逻辑控制器PLC后，可编程逻辑控制器PLC禁止计算机数字控制机床CNC的进给轴移动。

3.根据权利要求1所述的一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法，其特征在于，所述的步骤S4中调整进给轴移动到换刀区域以内或偏移量超过偏移量β范围之后，通过手动修改控制位K12.0实现半自动校正修复。

4.根据权利要求1所述的一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法，其特征在于，所述的步骤S8中刀库伺服驱动器开始执行自动纠偏具体过程如下：

可编程逻辑控制器PLC通过预先沟通好的指令协议通知刀库伺服驱动器按最近角度方向旋转到偏移前位置。

5.根据权利要求1所述的一种斜盘式伺服刀库刀盘偏移的半自动与全自动纠偏方法，其特征在于，所述的步骤S7中偏移量超过偏移量β范围时需人工手动扳动旋转刀盘至偏移量β范围内再执行半自动或全自动校正修复，具体过程如下：

当偏移量过大需要进行手动操作时，操作前需要操作者判断主轴上是否有刀具，需要判断进给轴移动上升至换刀安全区时，刀盘刀爪对主轴内孔的影响，如果进给轴移动到换刀区域过程中对主轴及刀库刀爪无碰撞或损坏因素影响，在换刀安全区域内操作旋转刀盘1次；否则需要进行规避操作使进给轴安全地移动到换刀区域，操作机床面板上刀盘旋转指令，控制刀库刀盘向任意方向旋转1次即可完成偏移校正。