深孔钻镗床刀具的扭矩保护设计

鸦鸦

深孔钻镗床刀具的扭矩保护设计

1  引言
深孔钻镗床主要用于深孔钻孔，扩孔，镗孔等深孔加工。但由于加工深度常达到十几米甚至几十米，在加工过程中，刀具损坏状况很难掌握，通常都由操作者根据自己的工作经验来判断。因此当刀具损坏时，十分不容易被发现，常常会影响加工的精度，并造成生产上的损失，甚至使机床受到损坏。经过多年的摸索实践总结出如下方法，很好地解决了这一问题。
在普通的深孔钻镗床中，床头箱主轴，钻杆箱主轴通常选用直流调速装置控制直流电机来实现调速。直流调速具有调速范围宽，低速性能好等特点。

2  工作原理
在正常加工过程中，随着钻孔的深入，刀具所受钻削扭矩基本保持不变，电机的功率也基本保持不变。当刀具损坏后，则刀具所受扭矩变大，从而引起电机电流增大，通过PLC的模拟量输入模块将检测到模拟量信号转变为数字量信号，利用PLC的运算功能与设定值进行比较，来确定刀具是否损坏。
利用调速装置的模拟量输出口将检测到的电流信号转换成0~10V电压信号，输出到PLC的模拟量输入模块进行A/D模数转换，然后与设定值进行比较。这个设定值由工艺人员根据工件材质，刀具，加工量等参数计算得到，通过拔段开关来选择。当检测值大于设定值20%时，则判定扭矩过载，即刀具受损，PLC发出报警，停止加工，更换刀具, 工件加工示意图如图1所示。



图1 加工示意图


2.1 硬件配置
检测系统选件主要有直流调速装置6RA24，用于检测电机电流;PLC为欧姆龙公司的CQM1H主机，和其模拟量输入模块，用于进行模数转换及比较运算;100Ω/0.5w电阻10个，用于扭矩设定粗调;电位器3kΩ/1w1个 ,用于扭矩设定精调;拨段开关1个，用于扭矩设定选择。装置输出电压U2，给定电压U1。
2.2 检测系统
检测系统框图如图2所示, 检测数据如附表。
2.3 信号采样的处理与比较
接通刀具扭矩保护开关后，延时30S后，开始对U1，U2进行信号采样。将U1，U2信号分别采样1次，作为1组。每隔1S采样1次，并将采样信号经过模数转换，传输到PC的内部作运算。采取5组数据，并将每1组中的2个数据进行比较。只有当5组信号中的U2均大于U1的20%时，才认为扭矩过载，发出报警。如果只有1，2组信号是U2大于U1的20%，则认为是加工零件中有硬点或有其它的干扰信号，可以忽略，然后重新进行采样。



图2 系统控制框图

鸦鸦

2.4 部分控制程序
LD     0000 ;选择扭矩比较
TIM   T001
     #0300
LD     T001
AND NOT    T003
TIM   T002
     #0010
LD     T002
TIM   T003
    #0010
LD T002  
MOV(21)      232 ;读入数据
     DM0012 ;将232中内容传送到DM0012
LD     T002   
MOV(21)     233 ;读入数据
    DM0014 ;将233中内容传送到DM0014
LD   0000   
CMP(20) DM0012 ;进行比较   
     DM0014   
AND  25505 ;结果为真时则20000  输出
OUT   20000
LD      20000
SUB(31)  DM0012
     DM0014 ;从DM0012中内容减去DM0014
     DM0010 ;中内容并将结果置于DM0010
LD     20000
MUL(32) DM0010
     #0005
     DM0016
LD      20000
CMP(20) DM0016
     DM0014
AND  25505
OUT   01000 ;DM0010中内容若大于
     ;DM0014内容的20%，则
     ;01000输出报警，停止加工。


3  结论     
这种控制电路检测方法已经多次应用于机床设计，实践证明是行之有效的。如果将此设计电路稍作变化，也可以应用于数控机床上。十分方便地解决深孔加工中的刀具扭矩保护的设计。

参考文献
[1] 齐占山. 机床电气控制技术[M]. 北京:机械工业出版社,1998.
[2] 常健生. 检测与转换技术[M]. 长春:吉林工业大学出版社,1998.
[3] OMRON CQM1H可编程序控制器使用手册.
[4] 张晓坤. 可编程序控制器原理及应用[M].西安:西北工业大学出版社,2000.