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一種數(shù)控銑床加裝自動(dòng)換刀的刀庫裝置
2023-11-30  來源： 河源技師學(xué)院   作者：黃石晶

     摘要：受某單位所托需要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀的數(shù)控現(xiàn)狀，經(jīng)對(duì)比分析考慮之后選擇對(duì)已有數(shù)控銑床進(jìn)行改造，從而滿足經(jīng)濟(jì)與使用要求。本文分別從刀庫硬件結(jié)構(gòu)選型、換刀流程設(shè)計(jì)，以及程序設(shè)計(jì)三個(gè)方面分析了具體的改造設(shè)計(jì)過程，所涉及的自動(dòng)換刀刀庫裝置能夠有效應(yīng)用于設(shè)計(jì)生產(chǎn)當(dāng)中，同時(shí)費(fèi)用也相對(duì)較低。
  
    關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；自動(dòng)換刀；刀庫
  
    近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展多軸數(shù)控加工中心逐漸開始發(fā)展起來，但是數(shù)控加工中心價(jià)格較為昂貴，在實(shí)際生產(chǎn)中大部分企業(yè)依然在使用傳統(tǒng)的數(shù)控銑床。與數(shù)控加工中心相比，數(shù)控銑床缺乏自動(dòng)換刀刀庫裝置，在實(shí)際生產(chǎn)中需要頻繁換刀，嚴(yán)重降低了數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率 [1]。為了進(jìn)一步提升數(shù)控銑床工作效率，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)條件，在本文的研究當(dāng)中嘗試在傳統(tǒng)數(shù)控銑床基礎(chǔ)之上增加自動(dòng)換刀刀庫裝置，從而推動(dòng)數(shù)控銑床在實(shí)際中應(yīng)用范圍的拓展。
  
    1、數(shù)控銑床改造概況簡介
  
    某司所采用的數(shù)控銑床為漢川公司所生產(chǎn)的Xk714D 數(shù)控銑床，采用 FANUC0i-mD 操作系統(tǒng)，該數(shù)控銑床共有 24 把刀具，經(jīng)與該公司協(xié)商需要對(duì)該數(shù)控銑床進(jìn)行改造，在原有基礎(chǔ)之上增加 4 把能夠自動(dòng)換刀的刀具，同時(shí)還必須要滿足實(shí)際生產(chǎn)要求和該公司的改造預(yù)算控制要求 [2]。在本文的研究當(dāng)中綜合考慮多方面的因素，設(shè)計(jì)了一套既能滿足該公司要求，同時(shí)也能投入實(shí)際使用的數(shù)控銑床。
  
    2、數(shù)控銑床刀庫硬件結(jié)構(gòu)選擇
  
    隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前階段在數(shù)控銑床設(shè)計(jì)當(dāng)中刀庫類型多種多樣，具體來說主要有排列式刀庫、夾臂式刀庫、轉(zhuǎn)塔式刀庫、圓盤式刀庫、斗笠式刀庫、鏈?zhǔn)降稁斓葞追N形式，但是不同的刀庫結(jié)構(gòu)所適用的數(shù)控銑床也并不是完全相同的，一般情況下有排列式刀庫、夾臂式刀庫以及斗笠式刀庫并不需要配備單獨(dú)的機(jī)械臂進(jìn)行換刀處理，所以往往被應(yīng)用于小型數(shù)控銑床當(dāng)中。轉(zhuǎn)塔式刀庫結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)較為緊密，因此被應(yīng)用于功能相對(duì)較為簡單的數(shù)控銑床當(dāng)中，例如車削中心、多功能數(shù)控銑床等。圓盤式刀庫的結(jié)構(gòu)組成相對(duì)較為復(fù)雜，但是在實(shí)際工作中具有較高的可靠度，一般被應(yīng)用于大型加工中心當(dāng)中 [3]。
  
    本文所需要改造的數(shù)控銑床整體空間相對(duì)較小，無法增加大型刀庫，因此無法選擇較為復(fù)雜的刀庫結(jié)構(gòu)。經(jīng)綜合考慮之后，選擇采用最為簡單的排列式刀庫結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 1 所示 [4]。從總體上來看這種刀庫結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡單，同時(shí)加工也相對(duì)較為簡單，并不需要附加動(dòng)力裝置，只需要通過主軸與工作臺(tái)的相互移動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，最能符合本次設(shè)計(jì)要求。從圖 1 中可以發(fā)現(xiàn)，該刀庫位于工作臺(tái)的左側(cè)位置，為了便于軟件設(shè)計(jì)開展在進(jìn)行刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還需要將刀庫位置編號(hào)與刀具編號(hào)一一對(duì)應(yīng)起來，從而避免在實(shí)際換刀過程中發(fā)生刀具干擾的情況。另外，為了進(jìn)一步提升換刀效率，在本文的設(shè)計(jì)改裝當(dāng)中還對(duì)支座結(jié)構(gòu)進(jìn)行了再次改裝，具體如圖 2 所示，該支座利用卡簧中的彈簧彈力來加緊刀柄 [5]。
 
 

圖 1 刀庫結(jié)構(gòu)選型

 
   
圖 2 支座內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

    3、數(shù)控銑床換刀流程設(shè)計(jì)
 
    針對(duì)所涉及的刀庫結(jié)構(gòu)將具體換刀流程設(shè)計(jì)如圖 3所示。在開始換刀之前首先發(fā)出 TnM06 指令，判定當(dāng)前刀具編號(hào)與指令中的刀具編號(hào)是否是相同的，若相同則換刀流程結(jié)束，若并不是完全相同的，則繼續(xù)完成換刀動(dòng)作：首先，將主軸回復(fù)到參考點(diǎn)位置，避免換刀過程中發(fā)生碰撞；其次，通過移動(dòng)工作臺(tái)將刀具水平移動(dòng)到待定點(diǎn)，再通過主軸垂直移動(dòng)到另外一個(gè)待定點(diǎn)；最后，主軸松開刀具，將刀具放入到刀庫當(dāng)中，之后主軸按照相反順序再次回到原來的位置 [6]。


圖 3 該數(shù)控銑床自動(dòng)換刀流程

    4、數(shù)控銑床換刀軟件程序設(shè)計(jì)
  
    在完成刀庫結(jié)構(gòu)選型與換刀流程設(shè)計(jì)之后，還必須要進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。在本文的設(shè)計(jì)改造當(dāng)中程序設(shè)計(jì)主要包含參數(shù)設(shè)計(jì)、換刀子程序設(shè)計(jì)，以及 PMC 控制程序設(shè)計(jì)三個(gè)不同的方面。但是從總體上來說本文所開展的軟件程序設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)原有FANUC0i-mD 操作系統(tǒng)改造，從而有效提升了改造工作量，降低了改造成本 [7]。
  
    參數(shù)設(shè)計(jì)：將原系統(tǒng)中的系統(tǒng)參數(shù) 6821 改為 6，將M06 命令改為 M6，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出換刀命令是原有 MO6命令直接調(diào)用 09002 宏程序來啟動(dòng)自動(dòng)換刀程序。另外，對(duì)原有系統(tǒng)圖進(jìn)行查看發(fā)現(xiàn)在原系統(tǒng)當(dāng)中松刀、緊刀兩個(gè)動(dòng)作指令為 M61 與 M62，由于與改造之后的動(dòng)作命令并沒有發(fā)生沖突，因此針對(duì)這兩個(gè)動(dòng)作指令并不進(jìn)行修改。另外，該系統(tǒng)將 M81 定義為通過調(diào)用 R001.02程序來實(shí)現(xiàn)繼電器動(dòng)作，需要將 M81 改為換刀功能指令，具體修改方式為將系統(tǒng)參數(shù) #3202 的 #4 和 NE9 都設(shè)成 1[8]。

  
    換刀子程序：換刀子程序設(shè)計(jì)是程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，但是換刀子程序設(shè)計(jì)則相對(duì)較為簡單，只需要對(duì)原有程序進(jìn)行簡單修改就可以完成，即在要求人工換刀時(shí)對(duì)刀具編號(hào)進(jìn)行分析，再通過調(diào)用 09002 宏程序來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。另外，由于換刀移動(dòng)過程相對(duì)較為復(fù)雜，需要將原程序中的坐標(biāo)程序改為 G59 坐標(biāo)系 [9]。
 
    PMC 控制程序：由于參數(shù)設(shè)計(jì)改變了 09002 宏程序，因此必須要進(jìn)一步修改 PMC 控制程序才能滿足換刀要求。程序中利用永久數(shù)據(jù)表儲(chǔ)存 D0000 存儲(chǔ)主軸當(dāng)前刀具號(hào)，D0200 儲(chǔ)存 T 指令刀具號(hào)，再利用 G0054.0至 G0055.0 對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù) #1000 至 #1008 與換刀子程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
  
    5、結(jié)束語
   
    本文設(shè)計(jì)了一種能夠應(yīng)用于傳統(tǒng)數(shù)控銑床具備自動(dòng)換刀功能的刀庫裝置，該刀庫裝置具有較高的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，實(shí)際使用效果也相對(duì)較為滿意。但是在后期的使用中也發(fā)現(xiàn)了一些需要進(jìn)一步改進(jìn)的問題，例如由于空間限制缺乏刀庫罩，因此在實(shí)際生產(chǎn)中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，也不能安裝數(shù)量太多的刀，這些問題也需要后期進(jìn)一步的深入研究才能得以有效解決。


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