Tento článok predstavuje metódu návrhu riadiacej jednotky prídavnej hlavy prispôsobenej pre CNC systémy Siemens. Riadiaca jednotka umožňuje plne automatizovanú výmenu nástrojov v zložitom päť{1}}zásobníku hláv, čím sa efektívne zvyšuje efektivita obrábania a skracuje sa čas potrebný na výmenu prídavných hláv. Hardvérový dizajn zahŕňa obvody pre zásobník hláv aj hlavy príslušenstva, zatiaľ čo softvérový dizajn pokrýva NC programovanie a PLC logiku. Praktická aplikácia regulátora je demonštrovaná na konkrétnom príklade implementácie.
Keďže výrobný priemysel stále viac vyžaduje vyššiu presnosť a efektivitu obrábania, kľúčovou oblasťou výskumu sa stalo dosiahnutie viacerých procesov obrábania na jednom obrábacom stroji. Použitie prídavných hláv umožňuje dokončenie viacerých obrábacích operácií s jediným nastavením obrobku, čím sa výrazne zvyšuje produktivita. Zložitá štruktúra hlavových zásobníkov však predstavuje výzvy pre automatizované riadenie. Tento dokument predstavuje vysoko{3}}precíznu riadiacu technológiu pre automatickú výmenu hlavy na portálovom-viacvretenovom obrábacom centre-vybavenom CNC systémom Siemens s cieľom riešiť tieto výzvy.
Hlavy príslušenstva sa široko používajú na rozšírenie možností obrábania CNC obrábacích strojov, skrátenie cyklov spracovania obrobku, umožnenie viac{0}}procesného obrábania s jediným nastavením a zlepšenie celkovej efektivity. Používajú sa predovšetkým na obrábanie špeciálnych povrchov, šikmých povrchov, drážok a vzorov otvorov. Bežné typy prídavných hláv zahŕňajú pravouhlé-frézovacie hlavy, predlžovacie frézovacie hlavy, predĺžené pravouhlé-frézovacie hlavy a univerzálne frézovacie hlavy.
GMC2550wsu vysoko{1}}precízne portálové-viac{3}}vretenové päť{4}}obrábacie centrum s piatimi{4}}čelami (pozri obrázok 1)-veľký národný projekt organizácie autorov-obsahuje pohyblivý stôl, portálový rám (zložený z dvojitých nosníkov a vertikálnych stĺpov).{8} a hornú časť{4} Je vybavený hlavným zásobníkom s piatimi{10} stanicami (pozri obrázok 2). Zostava zásobníka pozostáva zo servomotora, vodiacich líšt, držiakov hlavy, rotačného mechanizmu a prenosového mechanizmu. Zásobník je umiestnený naľavo od hlavného stroja a má na každej stanici držiaky na uchytenie hláv príslušenstva. Tri stanice sú pevné, zatiaľ čo ďalšie dve tvoria integrovanú pohyblivú jednotku; táto jednotka sa môže pohybovať pozdĺž lineárnych vodiacich koľajníc rovnobežných s osou X- stroja a využívať rotačný mechanizmus na umiestnenie vedľa piesta stroja na výmenu prídavných hláv. Zásobník nástrojových hláv s 5-stanicami je konfigurovaný so štyrmi držiakmi zásobníka a štyrmi prídavnými hlavami (štandardná frézovacia hlava,-uhlová frézovacia hlava, predlžovacia frézovacia hlava a univerzálna frézovacia hlava). Medzi držiakmi zásobníka a hlavami nástavcov je zhoda jedna{21}}k-(tj konzola zásobníka č.. 1 môže obsahovať iba hlavu č.. 1); stanice časopisov a zátvorky však možno zameniť (tj stanica č. . 1 môže obsahovať zátvorku č. . 1 alebo zátvorky č Držiaky zásobníkov umiestnené na troch pevných stanovištiach (stanoviská 1, 2 a 3) a dvoch pohyblivých stanovištiach (stanoviská A a B) si môžu vymieňať polohy prostredníctvom ťažného mechanizmu. Pretože ani držiaky zásobníka, ani nadstavné hlavy nie sú priradené k pevným staniciam, je logika ovládania automatickej výmeny nadstavcov zložitá a kladie extrémne vysoké nároky na ovládač výmeny hlavy. Poloha zásobníka nástrojových hláv na obrábacom centre je znázornená na obrázku 3.
Obrázok
Obrázok 1 GMC2550wsu vysoko-presné portálové-viacnásobné{4}}vretenové obrábacie centrum{4}}hlavy
Obrázok
a) Pravá{0}}uhlová frézovacia hlava
Obrázok
b) Univerzálna frézovacia hlava
Obrázok
c) Predlžovacia frézovacia hlava
Obrázok
d) Štandardná frézovacia hlava
Obrázok 2 Hlavy nadstavca
Obrázok
a) Univerzálna frézovacia hlava namontovaná na baran
Obrázok
b) Zásobník nástrojových hláv (pohyblivé stanice A a B umiestnené na strane vretena)
Obrázok
c) Zásobník nástrojových hláv (pohyblivé stanice A a B umiestnené na strane zásobníka)
Obrázok 3 Poloha zásobníka nástrojových hláv na obrábacom centre
Obrázok
ČASŤ 3
Obrázok
Návrh systému
Ovládač nadstavcovej hlavy pozostáva z dvoch hlavných komponentov: návrhu hardvéru a návrhu softvéru. Celkový pracovný postup návrhu je znázornený na obrázku 4.
Obrázok
Obrázok 4 Celkový pracovný postup návrhu ovládača nadstavcovej hlavy
3.1 Dizajn hardvéru
(1) Schéma zapojenia zásobníka hlavy nástrojov: Navrhnutá nasledovne.
1) Schéma obvodu pohonu osi zásobníka nástrojov ilustruje zapojenie medzi servomotorom a pohonnou jednotkou, ktorá pohybuje pohyblivými stanicami (stanice A a B) pozdĺž lineárnych vodiacich koľajníc; zahŕňa komponenty, ako je motor a kódovač. 2) Schéma signálneho obvodu hlavnej úložnej jednotky zobrazuje zapojenie signálnych spínačov, ktoré monitorujú dokončenie operácií hlavnej úložnej jednotky. Obsahuje: ① signálne spínače zisťujúce prítomnosť držiakov na uloženie hlavy na každej stanici; ② signálne spínače detegujúce kladné a záporné limity zdvihu úložnej jednotky hlavy; ③ signálne spínače zisťujúce zapojenie a odpojenie mobilného vozíka; ④ signálne spínače zisťujúce rotáciu a návrat mobilného vozíka; ⑤ signálne spínače zisťujúce vybratie a vrátenie držiakov na uloženie hlavy na pohyblivých staniciach; a ⑥ signálne spínače zisťujúce-tlak vzduchu na pohyblivých staniciach.
3) Schéma obvodu solenoidového ventilu úložnej jednotky hlavy zobrazuje zapojenie všetkých solenoidových ventilov spojených s úložnou jednotkou hlavy. Zahŕňa: ① solenoidové ventily na zapojenie a uvoľnenie mobilného vozíka; ② solenoidové ventily na otáčanie a vracanie mobilného vozíka; ③ elektromagnetické ventily na vyberanie a vrátenie držiakov na uloženie hlavy na pohyblivých staniciach; a ④ solenoidové ventily pre vzduchové-tryskanie na pohyblivých staniciach.
(2) Časť schémy obvodu hlavice príslušenstva: Schéma obvodu signálu hlavice vretena a schéma obvodu obvodu solenoidového ventilu pokrýva zapojenie pre signálne spínače a solenoidové ventily, ktoré okrem iných funkcií monitorujú uvoľnenie a upnutie hlavice príslušenstva.
3.2 Návrh softvéru
Návrh softvéru je primárne rozdelený na programovanie NC a programovanie PLC. Zahŕňa sériu hlavných programov a podprogramov na vykonanie sekvencie vyloženia prídavnej hlavy z konca barana a jej umiestnenia do úložnej jednotky hlavy.
(1) Programovanie NC: ① Hlavný program-na zmenu hlavy je makro program, ktorý sa používa na vyloženie aktuálnej hlavy príslušenstva z konca barana a jej umiestnenie do úložnej jednotky hlavy, ako aj na vybratie štandardnej hlavy z úložnej jednotky a namontovať ju na koniec barana; tento program zvládne výmenu hláv pre štandardné hlavy, predlžovacie hlavy, pravouhlé-hlavy a univerzálne hlavy. ② Podprogram návratu hlavy stanice A-vyvolá-hlavný program zmeny hlavy, aby vrátil pomocnú hlavu z konca barana na pohyblivú stanicu A. ③ Podprogram obnovenia hlavy stanice A-vyvolal hlavný program-hlavy na namontovanie hlavy príslušenstva z pohyblivej stanice A. ④ Podprogram návratu hlavy stanice B-vyvolá hlavný program{11}}zmeny hlavy, aby vrátil pomocnú hlavu z konca barana do pohyblivej stanice B. ⑤ Podprogram „Vyzdvihnutie hlavy stanice B“ je vyvolaný hlavným programom na vyzdvihnutie hlavy; používa sa na montáž hlavy príslušenstva z pohyblivej stanice B na koniec barana.
(2) Návrh programu PLC: ① I/O vstupy: Na základe adries definovaných v schémach zapojenia sú všetky spínače detekčných signálov súvisiace so zásobníkom hlavy nakonfigurované ako vstupné adresy rozpoznateľné PLC-. ② I/O výstupy: Na základe adries definovaných v schémach zapojenia sú všetky solenoidové ventily súvisiace so zásobníkom hlavy nakonfigurované ako PLC-rozpoznateľné výstupné adresy. ③ Riadenie zásobníka hlavy: Programy riadiacej logiky, ktoré riadia operácie zásobníka hlavy, sa vytvárajú pomocou príslušných vstupných a výstupných adries; príklady zahŕňajú zapnutie/vypnutie mobilného vozíka, otočenie/vrátenie mobilného vozíka, vybratie/vrátenie pohyblivej stanice do držiaka zásobníka a vzduchové{5}}prečistenie pohyblivej stanice. ④ Ovládanie prídavnej hlavy: Programy riadiacej logiky, ktoré riadia operácie prídavnej hlavy, sú vytvorené pomocou príslušných vstupných a výstupných adries; príklady zahŕňajú upnutie/uvoľnenie prídavnej hlavy a uvoľnenie nástroja.
Obrázok
ČASŤ 4
Obrázok
Plán implementácie
4.1 Hardvér
Návrh hardvéru zahŕňa predovšetkým schémy obvodov a súvisiace komponenty-ako sú motory, spínače, vstupy a výstupy [1] a káble-vrátane schém zásobníka hlavy a hlavy príslušenstva. Schémy zásobníka hlavy zahŕňajú obvod pohonu osi [2, 3], signálny obvod (pozri obrázok 5) a obvod solenoidového ventilu (pozri obrázok 6). Schémy hlavice príslušenstva zahŕňajú obvody signálu a elektromagnetického ventilu pre vreteník vretena (tu sú uvedené len obvody primárneho signálu a elektromagnetického ventilu).
Obrázok
Obrázok 5: Schéma zapojenia signálu zásobníka hlavy
Obrázok
Obrázok 6: Schéma zapojenia solenoidového ventilu zásobníka hlavy
4.2 Softvér
(1) Programy NC: Podrobnosti o programe nájdete v tabuľke 1.
Tabuľka 1 Podrobnosti NC programu
[obrázky]
(2) Logika riadenia programu NC: V tomto článku sa ako príklad používa proces vrátenia hlavy nadstavca na stanici A a vyzdvihnutia hlavy nadstavca na stanici B. Tok logického riadenia pre hlavný program-výmeny hlavy (HEAD) je znázornený na obrázku 7; tok logického riadenia pre podprogram L2000 (vrátenie hlavy na stanici A a zdvihnutie hlavy na stanici B) je znázornené na obrázku 8; a tok logického riadenia pre podprogram L4005 (vracanie hlavy do stanice A) je znázornený na obrázku 9.
[obrázky]
Obrázok 7 Logický tok riadenia-hlavného programu na zmenu hlavy (HEAD)
[obrázky]
Obrázok 8 Logický tok riadenia podprogramu L2000 (vrátenie hlavy na stanici A a zdvihnutie hlavy na stanici B)
[obrázky]
Obrázok 9 Logický tok riadenia podprogramu L4005 (vrátenie hlavy do stanice A)
(3) Program PLC: Návrh programu PLC [4] zahŕňa vstupy/výstupy, výstupy vstupov/výstupov, ovládanie zásobníka hlavy a ovládanie hlavy nadstavca. Podrobnosti o programe PLC sú uvedené v tabuľke 2.
Tabuľka 2 Podrobnosti o programe PLC
[obrázky]
4.3 Head{1}}Zmena príkazov a implementácia akcií
Vďaka racionálnemu návrhu vyššie uvedeného hardvéru a softvéru v kombinácii s koordináciou medzi programom NC a programom PLC je možné vykonať akciu zmeny hlavy- vykonaním jednoduchých príkazov. Príkaz na zmenu-hlavy: HEAD(X); kde X predstavuje kód hlavy prílohy. Napríklad, keď X=1, znamená to, že hlava č. 1 (tj pravá-uhlová frézovacia hlava) sa má namontovať na koniec barana atď.
[obrázky]
ČASŤ 5
[obrázky]
Záver
Hardvérový dizajn v tomto príklade poskytuje potrebné vstupné a výstupné signály pre 5-hlavný zásobník a štyri nadstavbové hlavy vrátane detekcie polohy osi C-pripojovacej hlavy. Softvérový dizajn umožňuje koordináciu medzi hardvérom, NC programom systému a riadiacou logikou PLC. Na základe tohto hardvérového a softvérového dizajnu môže veľký-obrábací stroj vybavený komplexným zásobníkom hlavy s 5{10}}stanicami dosiahnuť plne automatickú výmenu viacerých prídavných hláv vykonávaním jednoduchých príkazov v rámci systému CNC. To zjednodušuje proces výmeny, šetrí čas a zvyšuje efektivitu obrábania. Projekt vývoja vysokopresného portálového-typu GMC2550wsu, viac{13}}vretenovej{14}hlavy, päť{15}}stranného obrábacieho centra-spolu s riešením jeho kľúčových technických výziev-bol úspešne dokončený. Jedna jednotka vybavená riadiacim systémom Siemens bola zákazníkovi dodaná v apríli 2024 a demonštrovala stabilnú prevádzku-radiča na zmenu hlavy. V porovnaní s tradičnými systémami uloženia hlavy, ktoré sa spoliehajú na koľajničky{24}namontované na podlahe, tento dizajn ponúka vynikajúcu presnosť polohovania držiakov hlavy príslušenstva a zvyšuje-účinnosť výmeny hlavy najmenej o 50 %. Dizajn navyše uprednostňuje používateľskú-prívetivosť, udržiavateľnosť a rozšíriteľnosť, čo vedie k výraznému zvýšeniu efektivity pri inštalácii, uvádzaní do prevádzky a údržbe. Táto metóda-výmeny hlavy je veľmi vhodná na široké prijatie medzi používateľmi strojov s pohyblivým stolom, ktorí vyžadujú efektívne možnosti výmeny hlavy.
