数控铣床吸尘器控制方式的设计

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　　摘要：本文首先对目前几种机型的数控铣床吸尘器控制方式进行分析比较，而后根据数控铣床工作时的状况对吸尘器控制方式进一步论述并最终实施。
　　关键词：数控铣床、吸尘器、控制信号、控制方式
0 ]( B- Y7 l9 e) x3 h　　一、前言
) s0 J3 K7 x( V7 O# r1 z　　1、国产--设备的软硬
. ~( |/ k% G. e1 D7 c0 b6 {. O　　2、合资--设备的控制系统及软硬为进口、机械部分为国内生产或组装。
& W3 K8 E! L5 a　　3、国外--整机为纯进口
　　以上三种类型的数控铣床对吸尘器的控制方式可大致分为二种、即人工控制与自动控制。
' f9 f7 c9 F* @2 m, P& q　　国产与合资的数控铣床为人工控制方式；
$ H/ [+ N: n- v. q( I　　而我厂目前拥有的数控铣床就是上面所说三种类型及二种控制方式(注：进口数控铣床实际是钻/铣二用机型)。
　　人工控制吸尘器工作方式其弊端就是操作者在往数控铣床上放好待加工板后要开启吸尘器再铣板，一次板铣完后再关掉吸尘器。或者一上班准备铣板时就开启吸尘器，一直到一个批次生产完毕或下班再关掉吸尘器。这种由人为地去开启或关掉吸尘器工作的方式，给操作者带来诸多不便，要么一上班就开启吸尘器，此期内上、下加工件或更换另一型号待加工件时吸尘器一直处于工作状态，造成电能不必要的损耗。而进口设备其对吸尘器控制方式采用了全自动工作方式，操作者完全不必操心。
- U. Z# b+ b4 a　　本文将要论述的就是如何将人工控制吸尘器改造为自动控制的方式。
　　二数控铣床吸尘器控制方案的构想
) W7 Z. x6 M( x; r- J+ w' w　　1、控制信号的提取
　　由于国产与合资生产的这二类数控铣床其吸尘器的控制是采用人工控制，所示设备上也就没有提供接口。如果将这二类数控铣床改造为自动控制吸尘器工作与否首要的问题就是如何提取控制信号，这是解决问题的关键所在。
　　在日常生产中我们发现如果要铣板必须取铣刀(对有自动更换铣刀的机型)。如果利用抓、放铣刀这一动作来作吸尘器的控制信号，应当比较理想。可实际上数控铣床与数控钻床在具体操作中有不一样的地方，铣床一般较少用到多种不同直径的铣刀。而当铣完一次板后，操作者并不希望将铣刀放回刀具座内，这样做的目的是尽量减少空行程，提高生产效率，针对这种情况我们放弃了这一信号的提取。
- \3 `6 S; M5 g, l+ B) `4 E　　我们采取另一种提取控制吸尘器信号的方式，就是利用Z轴下降的动作作为控制信号，这个信号尽管有其不太令人满意的地主，但若采取一定措施还是可以实现的。
' T# Y7 |. y$ }; I　　2、自动控制吸尘器的方式
4 j! E3 y0 V* [+ X7 b, l: M　　由于控制信号的提取在实惠吸尘器的自动控制方式就有了根本的保证，其工作方式就是当放好待加工板后，抓取铣刀并即将开始铣板Z轴下降吸尘器自动开启，加工完毕后Z轴上升关掉吸尘器，机器工作台回到原始位置，操作者取下已加工好的板子，再次放入待加工板，如此周而复始。
- g& l& Q7 l/ {  O1 G! Q　　若基某一型号待加工板有不同直径铣刀(尽管很少有这种情况)，机器在自动更换刀具时吸尘器并不因为在更换铣刀时Z轴下降而开启吸尘器。(这一点后面将会详细论述)。
　　自动控制吸尘器方式对数控铣只加工外型尺寸是最好的控制方式。
　　3、半自动控制吸尘器工作方式
　　半自动概念就是有时人工干预。但这种人工干预只是一次性的，而不必每铣一次板就干预一次。
　　半自动控制吸尘器工作方式的设想是基于以下原因而设计的。
　　我们知道待加工板除了对外形要求加工外，有相当多的待加工板其内部也要求，如开槽、开窗口、加工直径较大的园以及特殊要求的窗口(凡直径大于φ6.0的园一般均由数控铣来加工)。再诸如要加工某一任务，首先要有定位，则数控铣必先钻定位孔后才能装上销钉放入待加工板再进行整形。这样由于我们采取利用Z轴的上升、下降来作为控制吸尘器的工作方式，那么在上述各种情况下很可能几秒钟之内吸尘器就会处于开/关的工作方式，在这种情况下一是吸尘器开/关太频繁，再是此时吸尘器在开启后还未到正常工作状态，马上又关掉了。因此，更谈不上来吸尘了，这就是利用Z轴的上升、下降作为控制吸尘器工作与否的弊端。而为了消除这种现象，在设计方案中加入了一种半自动控制方式，在这种方式控制下切断Z轴的控制信号由人工干预来完成。而人工干预只是一次性的，不心每铣完一次板再干预一次。
　　同时设计时也充分考虑到在半自动工作状态下，吸尘器必须保证每加工完一次后，吸尘器会自动停止工作。而放好待加工板启动机器，吸尘器则再次工作。
　　4、强制关吸尘器的方式
" }+ A& O9 F( ]7 A. ?! ]. @, ~　　需要说明的是强制关掉吸尘器仅仅是当加工某些特别小的板的情况下而采取的措施。
) K+ W0 w( ]0 M4 }+ u　　我们有时会遇到某一待加工板的尺寸非常小，小到吸尘器工作进会将其吸到吸尘器里的程度。尽管有的数控铣在设计吸尘方式时考虑到这一点即采取关闭吸尘管道，这样可有效地防止加工件进入吸尘器里，但有时却会进入吸尘管道内，取出时同样麻烦。我们之所以采取强制关掉吸尘器的方式就可有效地避免这一类特殊情况的发生。但这一工作方式最大弊端就是粉尘会留在工作台板上，需要操作者及时处理。
　　5、自动更换铣刀以有半自动工作方式关吸尘器方案的设计
& v! q, ^8 [2 {- ^8 z　　在前面提到了控制信号采用Z轴下降作为启动吸尘器的信号有一定的问题，这些总是反映在自动更换铣刀时Z轴下降，在半自动工作状态尽管切断Z轴控制信号，由人工干预，但也会遇到自动更换铣刀的情况。所谓人工干预无非就是强制吸尘器工作方式的另一种说法而已，在这些情况下又如何来保证在更换铣刀时，吸尘器会自动关掉，以及在半自动状态下人工干预进加工完板后又如何实现自动关掉吸尘器的。这些问题在设计初始并未考虑，但随着问题的提出以及整体设计构想逐步地深入，同时根据机器本身的特点，我们采用了一个解决上述疑问的最佳方案。这一方案就是引入了实际工作区的概念。我们知道被加工板的尺寸一但超出机器所能加工的范围，则必须采用多次加工的手段。而多次加工的每一部分尺寸则必定应小于机器所能加工的尺寸。
　　也就是基于这一理念的原因，我们在最终设计时就引入机器实际工作区的概念，由此而顺利解决了由于利用Z轴下降作为控制吸尘器的控制信号而带来的弊端。因此在更换铣刀的区域内由于已超出了实际工作区，此时Z轴下降信号将不会对吸尘器有控制作用了。在人工干预(即半自动控制方式中)情况下尽管是切断了Z轴的控制信号，吸尘器由人工干预时启动，但同理这时在刀具更换区吸尘器也会自动关掉。即使在半自动控制方式时，没有更换铣刀情况下，由于当加工完毕后机器会回到初始位置，此时我们认为其已不在工作区内，吸尘器也将被自动关掉。
　　以上仅是对合资生产的数控铣床吸尘器控制方案的论述，而国产数控铣(仅就我们厂的)由于其没有自动更换刀具的功能，对其采用的控制吸尘器方案有所不同，在此不再叙述。
9 h9 \5 \! F! L; K- c　　三设计方案具体实施与安装
　　通过对数控铣床工作时状态的观察以及设计方案构想的出台以及最终实施，就充分考虑到其可操作性必须符合操作者的工作习惯、便利。当然全自动控制吸尘器的方式不必操心了。而半自动及强制不吸尘的工作方式，由于要人工干预，在实际设计中尽量采用与数控铣床设备上较为一致的操作方式方法。其安装的物理位置绝对不可远离操作面板，否则设计再怎么完善而不利于操作，可以说应是一败笔。基于这一基本原则，我们利用操作面板上第三号轴的控制位置(指合资生产的数控铣床为2轴加工方式，但操作面板上有三个轴的控制位置)，装入二级三状态控制开关，这样操作者在操作上十分方便可靠，同时开关的工作状态有附加的醒目的指示灯来显示，采用了普遍符合人们视觉及习惯效果的颜色及提示。在信号线的撮及所用电源电压均采用机器内部提供的电源电压，无附加电源。从安全角度上考虑均采用低电压小电流，所以绝对不会对设备造成任何危害。尽管吸尘器功率较大，但由于采用功率隔离启动方式，因此到吸尘器上的控制信号对设备上的信号不会产生任何不良影响。
　　四结束语
7 j' U6 u( [  {　　上述方案从定稿到实际安装试运行，其控制可靠、操作简便，完全达到设计要求。从安装运行约半年以来工作一直正常，从操作者反映来讲十分满意。【MechNet】
文章关键词： 数控铣床