中捷TH5680三坐標數控加工中心自動換刀裝置的設計及維護

徐寒冰

摘 要 自動換刀裝置是保證加工中心多工序加工的基本條件，其主要作用在于減少加工過程中的非切削時間，提高生產效率，減低生產成本。文章對中捷TH5680三坐標數控加工中心自動換刀裝置的改造設計進行了詳細的論述，介紹了自動換刀裝置的原理、PMC控制過程和裝置的維護及應用。

關鍵詞 自動換刀系統；機械手控制；故障維護

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0144-01

近年來，隨著機械制造業的不斷發展，數控加工技術得到了迅速的普及和應用。為了滿足現代化的生產需要，數控機床的加工效率在不斷地提高，各種類型的數控加工中心不斷出現。數控加工中心是從數控機床發展而來的，與數控機床的最大區別在于加工中心具有自動交換加工刀具的能力。自動換刀裝置是加工中心的重要組成部分，它可以幫助數控機床在加工過程中自動完成換刀動作，連續完成多道工序，減少了不同工序間的換刀時間。由于老式換刀裝置的控制系統經常出現換刀錯亂、失敗等現象，給加工零件的精度造成很嚴重的影響，因此需要對自動換刀裝置進行改造設計。通過對中捷TH5680三坐標數控加工中心加工特性及機械結構的分析研究，決定選用帶有圓盤式刀庫和換刀機械手的自動換刀裝置。

1 自動換刀系統的控制方式及基本要求

加工中心自動換刀系統的控制主要分為兩部分：刀庫選刀控制和刀具交換控制。具體控制方式采用電氣和機械聯合控制，控制機械手運動完成刀庫刀具與主軸刀具交換動作。刀庫旋轉采用電動機的正反轉控制，電氣檢測開關對換刀位置及刀具定位進行檢測控制。機械手通過液壓、氣動控制方式完成抓刀和松刀動作。

基本要求：①刀具換刀時間短；②刀具重復定位精度高；③足夠的刀具儲存量；④刀庫占地面積小；⑤換刀安全可靠。

刀庫在運行過程中如果發生停電等故障，系統要具備中斷點記憶和手動操作恢復功能，要有完善的電機保護和報警操作提示。

2 自動換刀裝置設計內容

設計電氣圖紙、編制PMC控制程序、對機械部分進行硬件設計改造和調試。

3 自動換刀動作的控制過程

1）程序執行選刀指令，系統對所選刀具位置進行判別后，刀庫電動機接收信號進行正轉或反轉，刀庫中刀位計數開關開始計數，當所選刀具旋轉到換刀位置時，電動機停止旋轉，選刀定位完成。

2）倒刀信號動作，氣動控制使所選刀具刀杯向下翻轉90°，倒刀到位檢測開關發出信號，完成倒刀控制，交換刀具指令開始動作。

3）執行交換刀具指令，交換刀具指令為M06，主軸在接到指令后自動返回換刀點，實現主軸準停，然后機械手電動機啟動，帶動機械手逆時針旋轉60°，進行抓刀控制，當機械手抓刀定位開關發出到位信號后，機械手電動機停止，主軸刀具夾緊裝置松開，電動機起動，帶動機械手向下運行，拔出主軸刀具。

4）機械手拔刀后，逆時針旋轉180°，使主軸刀具與所選刀具位置對調。電動機起動，機械手向上運行，把所需刀具插入主軸錐孔中，到位后主軸自動夾緊機構夾緊刀具，同時機械手將換下來的刀具插入刀庫的刀杯中。機械手完成插刀動作后，電動機停止運行。

5）機械手到位檢測開關發出到位信號，電動機起動，機械手順時針轉動60°，回到原點位置，電動機停止。

6）機械手旋轉至原始位置后，其到位檢測開關發出到位信號，氣動控制推動刀杯向上翻轉90°，刀庫恢復正常狀態，整個自動換刀動作順利完成。

4 自動換刀裝置PMC程序數據表及功能指令的編制及應用

在系統PMC中專為刀庫設置一個數據表，數據表的個數為刀庫最大裝刀量加上一（主軸刀）。刀庫數據表的首地址設定為主軸的刀座號，數據表的序號與刀庫中的刀座號一一對應，每個表中的內容就是其相對應的刀座中所存刀具的刀具號。當程序執行到選刀指令時，PMC通過數據檢索指令，把檢索到的所需刀具在刀庫中的實際位置通知給系統。PMC控制電動機帶動刀庫旋轉，把所需刀具轉到機械手換刀位置，等待換刀動作開始。

系統執行換刀指令M06時，機床主軸自動運行到設定的換刀位置等待換刀，機械手開始執行換刀動作，將主軸上的刀具和刀庫中選出的刀具進行交換。換刀動作完成后，數據表中相對應的地址中的刀具號也發生了交換。

主要功能指令的應用：

COMPB指令：比較指令，用來判別新刀號是否與主軸當前刀號相同，相同則跳出換刀程序，不相同則執行換刀程序。

ROTB指令：旋轉控制的功能指令，主要用于回轉控制，確定刀庫的旋轉方向。

COIN指令：一致性檢測的功能指令，用來判定刀庫中選擇刀具是否轉到換刀位置，到位則刀庫電動機立即停止轉動。

XMOVB指令：數據傳送指令，主要用于當刀具發生更換后，對應的刀號寄存器重新賦值。

5 刀庫及機械手的常見故障及維護

5.1 刀庫維護要點

1）嚴禁把超長超重刀具裝入刀庫，防止換刀時掉刀或與工件等發生碰撞。

2）刀具放置在刀庫中的順序要正確，防止換錯刀具導致事故發生。

3）手動裝刀要確保到位和牢靠，并檢查刀座的緊鎖裝置是否可靠。

4）要注意保持刀具刀柄和刀套的清潔。

5.2 刀庫常見故障及維護

1）刀庫不能轉動時檢查聯軸器及機械連接是否正常；刀庫轉動不到位則檢查電動機及傳動機構是否正常。

2）刀套不夾緊刀具，可能是調整螺釘松動或彈簧太松，對其進行調整。

3）刀套上下不到位，可能是裝置調整不當或加工誤差太大而造成換刀位置不正確。

5.3 機械手故障及維護

1）刀具夾不緊掉刀，可能是卡緊爪彈簧壓力過小或刀具

超重。

2）刀具夾緊后松不開，可能是松鎖的彈簧壓合過緊，卡爪縮不回，需要調松螺母。

3）刀具交換時掉刀，可能是抓刀不到位或主軸準停位置漂移，需重新設定換刀點。

6 結論

通過對中捷TH5680三坐標數控加工中心自動換刀裝置的改造和調試，減少了加工過程中的換刀時間，機床加工效率有很大提高，滿足了生產需要。

參考文獻

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