試述接近開關在機床改造中的應用

1、    試述接近開關在機床改造中的應用    滕飛摘 要：隨著工業(yè)化的發(fā)展，舊機床的數(shù)控化改造始終是一個難以解決的問題，機床的陳舊不僅會降低企業(yè)生產(chǎn)的效率，造成過多的生產(chǎn)成本浪費，還會對企業(yè)未來的發(fā)展造成嚴重阻礙。接近開關是一種理想型的電子開關量化傳感器，雖然在使用中會存在著一定的局限性。但是，只需對其進行適當?shù)母倪M與優(yōu)化，就可以順利的將其應用與機床改造當中，實現(xiàn)舊機床的數(shù)控化改造。因此，本文采用實驗測試的方法研究了接近開關在機床改造中的應用。關鍵詞：接近開關；機床改造；應用doi：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.028近年來

2、，國內(nèi)企業(yè)的舊機床故障較多，一旦將舊機床淘汰，購置新機床的費用便會超出企業(yè)財務預算的范圍，對企業(yè)造成經(jīng)濟壓力，不利于資金的正常運轉。因此，許多企業(yè)致力于研究舊機床的數(shù)控化改造技術，使舊機床可以重新發(fā)揮作用，不僅節(jié)約了企業(yè)采購新設備的成本，還促進了舊機床的廢物利用。1 系統(tǒng)結構原理接近開關是一種新型的電子開關量化傳感器，具有體積小、響應速度快、頻率高、抗干擾能力強等特點，對工作環(huán)境要求較低，可以在各種惡劣的環(huán)境下進行工作，尤其是在機床改造的中作用十分明顯。接近開關在使用過程中不會增加各被感應元件的力矩，也不會與其他元件產(chǎn)生摩擦。本次機床改造實驗的對象是一臺進口的大型加工中心，該設備在主軸位置上的

3、反饋原件已經(jīng)徹底損壞，若要安裝主軸編碼器，在空間上略微擁擠。因此，無法實現(xiàn)刀庫的自動換刀，如果不對該設備進行更換，就必須使用數(shù)控化的改造技術，對舊設備進行改造，使其可以重新發(fā)揮作用。由于本次實驗的目的在于研究接近開關在機床改造中的應用，因此，采用在主軸上安裝一個接近開關的方法，間接實現(xiàn)了主軸的精確定位，達到刀庫自動換刀的目的。如圖1所示：此圖1就是接近開關在機床改造中應用的原理圖，電動機通過自身的運動拖動主軸產(chǎn)生運動，接近開關則安裝早主軸的另一端，主軸的每次旋轉都會使進階開關輸出一次信號，系統(tǒng)可以根據(jù)接近開關輸出的信號，來決定刀庫換刀的位置。2 接近開關輸出信號改進雖然，接近開關在使用的過程中

4、優(yōu)勢較為明顯，是一種理想的電子開關量傳感器。但是，接近開關在數(shù)控機床改造的應用中，還是存在著明顯的不足。例如：開關相應的頻率、定位精度等方面。因此，必須要對接近開關的信號輸出系統(tǒng)進行技術改進，使其工作電壓、響應頻率以及信號的穩(wěn)定性方面都可以滿足實際工作的要求。接近開關在信號傳輸系統(tǒng)改進后的特征如下：首先，接近開關要采用三線制，其中兩根電線接dv24v的電源，第三根電線接伺服驅動單元，用來輸出信號。接近開關在工作的過程中，工作電流不能大于50ma。其次，接近開關信號感應的距離在23mm之間，感應面的直徑和寬度不能超過12mm。接近開關的信號輸出系統(tǒng)，可以以npn或者是pnp兩種型號的信號進行輸出

5、，參數(shù)可以靈活的進行選擇。最后，在調(diào)試接近開關信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性時，由于接近開關輸出信號鏈接了伺服驅動單元，因此，減少了其對伺服驅動單元的干擾，進一步對接近開船的傳輸信號進行了濾波和調(diào)理，確保信號輸出的穩(wěn)定性。3 接近開關改進信號實驗（1）實驗方法。本次實驗的目的在于研究接近開關改進信號的方法，實驗使用了虛擬儀器軟件平臺和配套的數(shù)據(jù)采集板卡、信號調(diào)理設備等實驗器材，以實現(xiàn)對改進信號的測試。實驗中，以一個電動機帶動一個普通的光電編碼器，而接近開關便是連接在這臺普通的光電編碼器上，通過編碼器的轉動，近接開關將編碼器轉動產(chǎn)生的信號發(fā)送給測試平臺，與此同時，測試平臺也會受到編碼器傳來的信號，通過這個虛擬

6、儀器軟件平臺，記錄它們在不同的速度、旋轉方向下的信號特征，并將其進行比較。如圖2所示。從圖2中我們可以看出，pa、pb、pz是編碼器傳出的信號，而io則是改進后的接近開關傳出的信號，將它們同時輸入上位機測試系統(tǒng)進行測試實驗，系統(tǒng)分別將pa、pb的數(shù)值以及pz、io的信號上升沿與下降沿間的數(shù)值進行了記錄，用來確定改進后的接近開關，在信號輸出方面的一致性與穩(wěn)定性。（2）測試結果。此次測試實驗，分別按照順時針以及逆時針的兩個方向，以四種不同的速度進行了測試。并記錄下編碼器輸出信號pa、pb運行一圈的上升沿與下降沿的個數(shù)，以及pz和改進后接近開關輸出信號io的計數(shù)值。以及io信號自身兩個沿間pa、pb

7、的計數(shù)值。數(shù)值記錄完成以后，虛擬測試平臺又分別在不同的轉速以及運行方向下，分別記錄下不同的波形，并以次為依據(jù)對測試結果展開了分析。（3）結果分析。從實驗結果來看，接近開關輸出信號和編碼器一圈信號間的計數(shù)值受電動機轉速及運動方向的影響較小，最大脈沖數(shù)量可以達到六個。在對接近開關進行改造以后，信號自身的最大脈沖偏差數(shù)為五個，考慮到此次實驗使用的編碼器屬于普通編碼器。因此，可以適當?shù)姆娇蚨ㄎ黄睿仨毐ＷC其高于普通機床所用編碼器的定位精度。如此一來，改造后的接近開關信號傳輸?shù)馁|量與穩(wěn)定性方面效果都不錯。作為一款用于改造的數(shù)控機床，其作用在與滿足客戶對定位精度及重復定位精度的要求，使刀庫的自動換刀工

8、作得以實現(xiàn)。（4）接近開關的改良。在機床改造中使用接近開關，雖然實現(xiàn)了機床的數(shù)控化改造，使舊機床重新投入到生產(chǎn)一線中，大大提高了加工中心的生產(chǎn)效率。但是，接近開關在使用中還是存在著一定的缺陷與問題。例如：在使用的過程中，接近開關會時常發(fā)生故障，導致信號響應方面出現(xiàn)問題；由于接近開關缺乏保護裝置，生產(chǎn)中的粉塵或油污也會對接近開關的使用造成一定的影響。為了排除接近開關在使用中存在的問題，除了使用實驗測試中的方法以外，還可以通過減少接近開關磨損的方法對接近開關進行使用，確保其使用質量及壽命。4 總結綜上所述，通過對接近開關在機床改造中應用的研究實驗，證明了使用接近開關實現(xiàn)舊機床數(shù)控化改造的可能性。針對實驗測試中，接近開關存在的問題與缺陷，對接近開關