滕飛

摘 要：隨著工業(yè)化的發(fā)展，舊機(jī)床的數(shù)控化改造始終是一個(gè)難以解決的問題，機(jī)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(fèi)，還會對企業(yè)未來的發(fā)展造成嚴(yán)重阻礙。接近開關(guān)是一種理想型的電子開關(guān)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(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)與優(yōu)化，就可以順利的將其應(yīng)用與機(jī)床改造當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)舊機(jī)床的數(shù)控化改造。因此，本文采用實(shí)驗(yàn)測試的方法研究了接近開關(guān)在機(jī)床改造中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：接近開關(guān)；機(jī)床改造；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.028

近年來，國內(nèi)企業(yè)的舊機(jī)床故障較多，一旦將舊機(jī)床淘汰，購置新機(jī)床的費(fèi)用便會超出企業(yè)財(cái)務(wù)預(yù)算的范圍，對企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)壓力，不利于資金的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，許多企業(yè)致力于研究舊機(jī)床的數(shù)控化改造技術(shù)，使舊機(jī)床可以重新發(fā)揮作用，不僅節(jié)約了企業(yè)采購新設(shè)備的成本，還促進(jìn)了舊機(jī)床的廢物利用。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

接近開關(guān)是一種新型的電子開關(guān)量化傳感器，具有體積小、響應(yīng)速度快、頻率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，對工作環(huán)境要求較低，可以在各種惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工作，尤其是在機(jī)床改造的中作用十分明顯。接近開關(guān)在使用過程中不會增加各被感應(yīng)元件的力矩，也不會與其他元件產(chǎn)生摩擦。本次機(jī)床改造實(shí)驗(yàn)的對象是一臺進(jìn)口的大型加工中心，該設(shè)備在主軸位置上的反饋原件已經(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(shí)現(xiàn)刀庫的自動換刀，如果不對該設(shè)備進(jìn)行更換，就必須使用數(shù)控化的改造技術(shù)，對舊設(shè)備進(jìn)行改造，使其可以重新發(fā)揮作用。由于本次實(shí)驗(yàn)的目的在于研究接近開關(guān)在機(jī)床改造中的應(yīng)用，因此，采用在主軸上安裝一個(gè)接近開關(guān)的方法，間接實(shí)現(xiàn)了主軸的精確定位，達(dá)到刀庫自動換刀的目的。如圖1所示：

此圖1就是接近開關(guān)在機(jī)床改造中應(yīng)用的原理圖，電動機(jī)通過自身的運(yùn)動拖動主軸產(chǎn)生運(yùn)動，接近開關(guān)則安裝早主軸的另一端，主軸的每次旋轉(zhuǎn)都會使進(jìn)階開關(guān)輸出一次信號，系統(tǒng)可以根據(jù)接近開關(guān)輸出的信號，來決定刀庫換刀的位置。

2 接近開關(guān)輸出信號改進(jìn)

雖然，接近開關(guān)在使用的過程中優(yōu)勢較為明顯，是一種理想的電子開關(guān)量傳感器。但是，接近開關(guān)在數(shù)控機(jī)床改造的應(yīng)用中，還是存在著明顯的不足。例如：開關(guān)相應(yīng)的頻率、定位精度等方面。因此，必須要對接近開關(guān)的信號輸出系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，使其工作電壓、響應(yīng)頻率以及信號的穩(wěn)定性方面都可以滿足實(shí)際工作的要求。接近開關(guān)在信號傳輸系統(tǒng)改進(jìn)后的特征如下：

首先，接近開關(guān)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(qū)動單元，用來輸出信號。接近開關(guān)在工作的過程中，工作電流不能大于50Ma。其次，接近開關(guān)信號感應(yīng)的距離在2～3mm之間，感應(yīng)面的直徑和寬度不能超過12mm。接近開關(guān)的信號輸出系統(tǒng)，可以以NPN或者是PNP兩種型號的信號進(jìn)行輸出，參數(shù)可以靈活的進(jìn)行選擇。最后，在調(diào)試接近開關(guān)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性時(shí)，由于接近開關(guān)輸出信號鏈接了伺服驅(qū)動單元，因此，減少了其對伺服驅(qū)動單元的干擾，進(jìn)一步對接近開船的傳輸信號進(jìn)行了濾波和調(diào)理，確保信號輸出的穩(wěn)定性。

3 接近開關(guān)改進(jìn)信號實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)方法。本次實(shí)驗(yàn)的目的在于研究接近開關(guān)改進(jìn)信號的方法，實(shí)驗(yàn)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(shè)備等實(shí)驗(yàn)器材，以實(shí)現(xiàn)對改進(jìn)信號的測試。實(shí)驗(yàn)中，以一個(gè)電動機(jī)帶動一個(gè)普通的光電編碼器，而接近開關(guān)便是連接在這臺普通的光電編碼器上，通過編碼器的轉(zhuǎn)動，近接開關(guān)將編碼器轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的信號發(fā)送給測試平臺，與此同時(shí)，測試平臺也會受到編碼器傳來的信號，通過這個(gè)虛擬儀器軟件平臺，記錄它們在不同的速度、旋轉(zhuǎn)方向下的信號特征，并將其進(jìn)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(jìn)后的接近開關(guān)傳出的信號，將它們同時(shí)輸入上位機(jī)測試系統(tǒng)進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，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(jìn)行了記錄，用來確定改進(jìn)后的接近開關(guān)，在信號輸出方面的一致性與穩(wěn)定性。

（2）測試結(jié)果。此次測試實(shí)驗(yàn)，分別按照順時(shí)針以及逆時(shí)針的兩個(gè)方向，以四種不同的速度進(jìn)行了測試。并記錄下編碼器輸出信號PA、PB運(yùn)行一圈的上升沿與下降沿的個(gè)數(shù)，以及PZ和改進(jìn)后接近開關(guān)輸出信號IO的計(jì)數(shù)值。以及IO信號自身兩個(gè)沿間PA、PB的計(jì)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(zhuǎn)速以及運(yùn)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(jié)果展開了分析。

（3）結(jié)果分析。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，接近開關(guān)輸出信號和編碼器一圈信號間的計(jì)數(shù)值受電動機(jī)轉(zhuǎn)速及運(yùn)動方向的影響較小，最大脈沖數(shù)量可以達(dá)到六個(gè)。在對接近開關(guān)進(jìn)行改造以后，信號自身的最大脈沖偏差數(shù)為五個(gè)，考慮到此次實(shí)驗(yàn)使用的編碼器屬于普通編碼器。因此，可以適當(dāng)?shù)姆娇蚨ㄎ黄睿仨毐ＷC其高于普通機(jī)床所用編碼器的定位精度。如此一來，改造后的接近開關(guān)信號傳輸?shù)馁|(zhì)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(jī)床，其作用在與滿足客戶對定位精度及重復(fù)定位精度的要求，使刀庫的自動換刀工作得以實(shí)現(xiàn)。

（4）接近開關(guān)的改良。在機(jī)床改造中使用接近開關(guān)，雖然實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的數(shù)控化改造，使舊機(jī)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(guān)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(guān)會時(shí)常發(fā)生故障，導(dǎo)致信號響應(yīng)方面出現(xiàn)問題；由于接近開關(guān)缺乏保護(hù)裝置，生產(chǎn)中的粉塵或油污也會對接近開關(guān)的使用造成一定的影響。為了排除接近開關(guān)在使用中存在的問題，除了使用實(shí)驗(yàn)測試中的方法以外，還可以通過減少接近開關(guān)磨損的方法對接近開關(guān)進(jìn)行使用，確保其使用質(zhì)量及壽命。

4 總結(jié)

綜上所述，通過對接近開關(guān)在機(jī)床改造中應(yīng)用的研究實(shí)驗(yàn)，證明了使用接近開關(guān)實(shí)現(xiàn)舊機(jī)床數(shù)控化改造的可能性。針對實(shí)驗(yàn)測試中，接近開關(guān)存在的問題與缺陷，對接近開關(guān)進(jìn)行了改良，使其在使用的過程中，效果更佳。實(shí)踐證明，接近開關(guān)可以在機(jī)床改造中進(jìn)行使用，大大提高了加工中心的生產(chǎn)效率，具有廣泛的應(yīng)用意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]何林萍.電感式接近開關(guān)在礦山自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技傳播，2012（04）.