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分析數(shù)控加工中心斗笠式刀庫與自動換刀裝置
2024-5-6  來源： 中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機(jī)有限公司  作者：楊愷

     摘要： 針對目前數(shù)控加工中心斗笠式刀庫配合自動換刀裝置操作時存在的問題，文章從實踐角度出發(fā)，分析了斗笠式刀庫與自動換刀裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出了優(yōu)化控制的方法策略，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。結(jié)果表明，系統(tǒng)裝置設(shè)計人員應(yīng)從問題角度出發(fā)，來提高換刀宏程序與 PMC 邏輯控制程序的配合效果。
  
    關(guān)鍵詞： 數(shù)控加工中心；斗笠式刀庫；自動換刀裝置；FANYC Oi MD

    0 引言
  
     數(shù)控加工中心，作為保證工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的重要組成部分，其實踐應(yīng)用過程中，并不能滿足當(dāng)前快速建設(shè)市場環(huán)境所提出的自動化運行控制需求。此情況下，相關(guān)人員應(yīng)將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)成果充分利用起來，即在明確數(shù)控加工中心斗笠式刀庫與自動換刀裝置應(yīng)用現(xiàn)狀的前提下，找出自動化運行控制的實現(xiàn)方法。如此，工業(yè)建設(shè)背景下的制造業(yè)就能在此裝置設(shè)備高效運行使用的環(huán)境下，進(jìn)而生產(chǎn)建設(shè)，最終服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展進(jìn)程。
  
     1、研究數(shù)控加工中心斗笠式刀庫與自動換刀裝置的現(xiàn)實意義
 
     當(dāng)前階段，工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，使其對制造業(yè)與數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提出了要求，即為我國機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提供安全穩(wěn)定的功能助力。具體來說，在開發(fā)智能機(jī)械加工技術(shù)過程中，因部件需要相互配合才能實現(xiàn)運轉(zhuǎn)，所以，相關(guān)人員應(yīng)將自動化換刀裝置作為優(yōu)化控制的關(guān)鍵[1]。但在實際運用過程中，數(shù)控加工中心自動換刀裝置技術(shù)的應(yīng)用效果并不理想，仍處在發(fā)展完善階段。
  
     科研人員應(yīng)在借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)外，還要進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，以提高數(shù)加工中心自動換刀裝置應(yīng)用實踐的安全可靠性。為此，研究人員應(yīng)以數(shù)控加工中心斗笠式刀庫為例，通過明確其與自動換刀裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀，以找出最具效用的實踐控制策略。
  
     2、數(shù)控加工中心斗笠式刀庫與自動換刀裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀
  
     研究表明，由于數(shù)控加工中心是通過自動換刀系統(tǒng)的運行控制，來實現(xiàn)實際刀具使用的自動切換的。這種情況下，刀庫選取的差異性，將會對換刀系統(tǒng)的控制帶來直接影響。目前，可供選擇的數(shù)據(jù)加工中心刀庫類型主要有三種，即斗笠式、鏈條式與凸輪式。斗笠式，作為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)據(jù)加工中心過程較為常見的換刀裝置，其能夠簡化換刀過程、提高安裝便捷性以及強(qiáng)化管理維護(hù)工作開展效率。故，被廣泛運用于中小型數(shù)據(jù)加工中心[2]。如圖 1 所示，為斗笠式刀庫內(nèi)部構(gòu)造。
 
 

圖 1 斗笠式刀庫內(nèi)部構(gòu)造
  
     但經(jīng)實踐統(tǒng)計證實，數(shù)控加工中心的斗笠式刀庫對刀庫的定位要求較高，且在換刀動作中與軸進(jìn)行配合。但PLC 無法直接參與數(shù)控軸的控制，為此，相關(guān)人員應(yīng)以FANYC Oi MD 數(shù)控系統(tǒng)為例，即在系統(tǒng)運行控制過程，利用 NC 宏程序來實現(xiàn)軸與 PMC 程序的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而使系統(tǒng)能夠以一定的邏輯順序保證數(shù)控加工系統(tǒng)的運行效率。這是促進(jìn)工業(yè)化背景下數(shù)控加工中心生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域快速穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵，研究人員應(yīng)將其充分重視起來，以滿足工業(yè)化對其制造業(yè)發(fā)展的科學(xué)合理需求[3]。
  
     3、優(yōu)化數(shù)控加工中心斗笠式刀庫與自動換刀裝置的實踐分析
  
     3.1 明確斗笠式刀庫自動換刀動作過程 刀庫換刀動作是指，整個系統(tǒng)的刀庫朝著主軸方向進(jìn)行平行移動。如圖 2 所示，為斗笠式刀庫換刀動作流程示意圖。


圖 2 斗笠式刀庫換刀動作流程示意圖
  
     即通過取下刀庫主軸上的原有的刀具，進(jìn)而使主軸刀庫進(jìn)入刀庫相應(yīng)的卡槽。如此，向上移動，即可脫硫刀具。當(dāng)主軸移動至安全位置后，就能與其正下方進(jìn)行對正，并通過下移操作，來將刀具置于主軸的錐孔內(nèi)部。此時，夾緊刀具，刀庫退回原位置，就完成了所有的換刀動作。
  
     但在具體動作中，首先，如刀庫處于正常運行狀態(tài)，刀庫會停留在遠(yuǎn)離主軸中心的位置。其位置需安裝信號傳感器，以將信息數(shù)據(jù)輸送至數(shù)控機(jī)床的 PMC 中，進(jìn)而完成刀庫狀態(tài)的確定[4]。其次，系統(tǒng)應(yīng)將目標(biāo)刀具號與主軸刀具號進(jìn)行分析比對，以判斷數(shù)控機(jī)床運行是否處于鎖住狀態(tài)。
  
     如，目標(biāo)刀具號與主軸當(dāng)?shù)毒咛栆恢拢涂芍苯虞敵鰮Q刀動作信號；如不一致，或是機(jī)床未處于鎖住狀態(tài)，則應(yīng)啟動刀庫的換刀程序，來滿足數(shù)控系統(tǒng)的操作需求[5]。再次，在刀庫確定抓刀后，數(shù)控加工中心的主軸，就能對其進(jìn)行吹氣松刀的控制。換句話說，就是通過在機(jī)床的主軸部位安裝起松刀功能作用的傳感器。這樣一來，一旦數(shù)控機(jī)床接收到傳感器的反饋信號，就可執(zhí)行相應(yīng)的動作，并允許下一動作的開始。最后，主軸下移至 Z 軸的第二參考點換刀位置，并進(jìn)行抓刀動作。當(dāng)主軸刀具夾緊后，夾緊傳感器就可發(fā)出相應(yīng)的信號，以為系統(tǒng)判斷提供數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)控加工中心的刀庫向遠(yuǎn)離主軸中心位置進(jìn)行側(cè)平移時，應(yīng)直到PLC 接收到傳感器發(fā)出的反饋信號，來進(jìn)行主軸定位解除與換刀動作結(jié)束等操作。
  
     3.2 換刀宏程序設(shè)計 當(dāng)系統(tǒng)檢測到程序換刀指令后，NC 系統(tǒng)會自動調(diào)用換刀宏程序，并對 T 代碼進(jìn)行譯碼處理。一方面，宏程序與 PMC 程序執(zhí)行換刀動作，是采用應(yīng)答工作方式，以使宏程序向 PMC 發(fā)出刀庫具體動作的命令。當(dāng) PMC 執(zhí)行完畢后，就可將完成信息反饋至換刀宏程序中，進(jìn)而執(zhí)行下面的換刀程序。另一方面，PMC 與 NC程序的配合，應(yīng)在 PMC 的整個換刀過程中控制刀庫的正反轉(zhuǎn)、松刀緊刀閥的動作以及換刀動作順序等。此過程，主軸的上升、下降以及定位，均是由 NC 系統(tǒng)程序控制完成的。首先，應(yīng)對宏變量對應(yīng)的代碼與機(jī)床鎖住信號進(jìn)行處理，以使信號置 1 時的機(jī)床鎖住宏程序跳轉(zhuǎn)至換刀結(jié)束，進(jìn)而返回主程序。其次，判斷刀庫中目標(biāo)刀號與當(dāng)前刀號的一致性，如，換刀宏程序變量對應(yīng)的代碼信號，就可跳轉(zhuǎn)至換刀結(jié)束，進(jìn)而完成主程序的返回動作。最后，對于宏程序中刀庫的前進(jìn)后退、正反轉(zhuǎn)與緊刀閥等動作，應(yīng)通過代碼來實現(xiàn)控制。值得注意的是，要想實現(xiàn)這一系統(tǒng)控制目標(biāo)，需將代碼置于 PMC 中進(jìn)行譯碼處理。如此，換刀宏程序才能著手進(jìn)行下一步的執(zhí)行操作。
  
     3.3 PMC 邏輯控制程序設(shè)計 由于 PMC 邏輯控制程序基于 FANYC Oi MD 數(shù)控系統(tǒng)與斗笠式刀庫的，因此，程序設(shè)計人員應(yīng)綜合多方面因素，來進(jìn)行設(shè)計控制。如此，當(dāng)數(shù)控機(jī)床運行使用過程出現(xiàn)了急停或是斷電問題，刀庫仍能將當(dāng)前系統(tǒng)的運行信息數(shù)據(jù)保存在相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，并不存在丟失問題。此過程，為提高施工使用的便捷性，相關(guān)人員應(yīng)按照如下要求進(jìn)行 PMC 邏輯控制程序的設(shè)計。首先，當(dāng)數(shù)控加工中心的刀庫調(diào)試過程存在異常問題，程序設(shè)計人員通過調(diào)整參數(shù) K，來將刀庫的運行動作回零。其次，根據(jù)刀庫的容量，來計算數(shù)控加工中心刀庫的旋轉(zhuǎn)步數(shù)。這樣一來，系統(tǒng)就能在最短時間內(nèi)，找到目標(biāo)刀號，進(jìn)而提高斗笠式刀庫的運行效率。最后，在加工期間，應(yīng)設(shè)計允許手動轉(zhuǎn)動刀庫，以使其不會出現(xiàn)亂刀問題現(xiàn)象[7]。
  
     4、結(jié)束語
 
     綜上所述，數(shù)控加工中心斗笠式刀庫自動換刀裝置應(yīng)用控制目標(biāo)的實現(xiàn)，相關(guān)人員應(yīng)以 FANYC Oi MD 數(shù)控系統(tǒng)為例，即將換刀宏程序設(shè)計與 PMC 邏輯控制程序設(shè)計綜合起來，以使換刀裝置能夠以自動化的狀態(tài)作用于實踐。事實證明，只有這樣，才能將最具效用的數(shù)控加工中心作用于工業(yè)化產(chǎn)品的生產(chǎn)建設(shè)，以提高涉及市場環(huán)境的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而強(qiáng)化整個工業(yè)建設(shè)的快速發(fā)展水平。故，研究人員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研成果應(yīng)用于工業(yè)快速發(fā)展背景下的機(jī)械制造業(yè)，最終滿足行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展所提出的高生產(chǎn)效率需求。
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