技師學(xué)院產(chǎn)學(xué)研一體化項目探索

馮昊

摘 要：隨著該院產(chǎn)學(xué)研一體化的深入開展，越來越多的企業(yè)尋求與我們合作。設(shè)備改造、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、生產(chǎn)工藝改進等都是企業(yè)需要突破的難點。數(shù)控銑床的自動化換刀就是眾多產(chǎn)學(xué)研項目中的一個。我們通過分析企業(yè)需求，制定設(shè)備改造方案，帶領(lǐng)學(xué)生完成自動換刀裝置支架的設(shè)計和制造、刀庫的安裝及位置調(diào)整、系統(tǒng)調(diào)試及運行等任務(wù)，最終完成對數(shù)控銑床的自動化改造，使企業(yè)生產(chǎn)提高了效率，降低了成本。同時數(shù)控專業(yè)技師班的學(xué)生參與到項目中，作為技師研修的內(nèi)容，學(xué)生通過參與項目，學(xué)習(xí)鞏固了專業(yè)知識，并運用到實際當中，達到了良好的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：技師學(xué)院產(chǎn)學(xué)研數(shù)控銑床 自動換刀裝置 改造

中圖分類號：G717 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0200-02

隨著中國制造2025的提出，許多企業(yè)面臨設(shè)備的升級改造。浙江交通技師學(xué)院處于浙中地區(qū)，汽摩配企業(yè)集中，制造企業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級，同樣存在設(shè)備改造需求。該校積極開展產(chǎn)學(xué)研項目，參與企業(yè)設(shè)備改造項目，同時在校內(nèi)開展機電一體化設(shè)備研究，并將其作為技師專業(yè)班的研修課程。

企業(yè)為了進一步發(fā)揮數(shù)控機床的加工效率，在數(shù)控銑床上加裝自動換刀裝置，實現(xiàn)在加工過程中自動換刀，成為一個可行有效的做法。通過安裝自動換刀裝置將數(shù)控銑床改造為數(shù)控加工中心，可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約設(shè)備再購置資金，擴大機床加工范圍，提高機床自動化程度，保證產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，降低勞動者的工作強度。

該文以FANUC Series 0i-Mate MD系統(tǒng)為例，介紹數(shù)控銑床的自動換刀裝置改造。

1 刀庫類型的確定

自動換刀裝置有斗笠式刀庫、圓盤式刀庫、鏈式刀庫等類型。這部分內(nèi)容是學(xué)生《機床與數(shù)控機床》專業(yè)課涉及到的專業(yè)知識，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，根據(jù)企業(yè)需求進行分析，確定刀庫的使用參數(shù)，選用合適的刀庫。企業(yè)的設(shè)備為寶雞VMC650型數(shù)控銑床，所加工產(chǎn)品的刀具在20把以內(nèi)，通過分析每種刀庫的特點和企業(yè)需求，確定了自動換刀裝置選用圓盤式刀庫，刀具容量24把以及刀庫的參數(shù)指標。

2 支架的設(shè)計和加工

支架是連接刀庫和機床的連接件，支架的設(shè)計使用到《機械CAD/CAM》以及《機械基礎(chǔ)》課程中的專業(yè)知識，學(xué)生通過測量機床和刀庫尺寸以及刀庫的重量，對支架進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，運用CAD軟件實體進行造型仿真，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)，完成支架的圖紙設(shè)計。

支架的機加工部分由學(xué)生自行加工完成，包括平面銑削、槽銑削、鍵的加工。這部分專業(yè)知識在《機加工實訓(xùn)》《數(shù)控加工實訓(xùn)》課程中學(xué)習(xí)到。

3 刀庫安裝

利用龍門架將支架吊裝至主軸立柱的預(yù)留安裝位置；將立柱與支架的安裝面清理干凈，保證配合面安裝準確；將支架的定位鍵插入立柱鍵槽；移動支架使其與立柱通過定位鍵準確定位；用緊固螺栓將支架固定在立柱上；在立柱上安裝用于調(diào)整支架位置的螺栓部件。

利用龍門架將自動換刀裝置吊裝至機床附近，并拆除自動換刀裝置的支承附件；將自動換刀裝置吊裝至支架位置，調(diào)整自動換刀裝置并用螺栓將其固定在支架上。連接信號線、動力線、接通氣路。

4 機床調(diào)試

學(xué)生參與這部分任務(wù)用到了《數(shù)控機床維修》《數(shù)控原理與應(yīng)用》課程所學(xué)的專業(yè)知識。在調(diào)試之前，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，將K參數(shù)中K3.3=1，K5.5=1，實現(xiàn)單步換刀（M80-M86）。

4.1 自動換刀裝置位置調(diào)整

這部分內(nèi)容自動換刀裝置與主軸相對位置的確定十分重要，關(guān)系到換刀能否順利完成。順序執(zhí)行M80（刀套垂直）、M81（刀臂持刀）、M82（刀位松）、M83（換刀）、M84（刀位緊）、M85（刀臂原點）、M86（刀套水平）指令，使換刀臂處于換刀位置（M83），將一刀柄錐面均勻涂抹紅丹油放置在刀臂上，用于調(diào)整自動換刀裝置位置，這時調(diào)整支架上X向、Y向微調(diào)螺釘用來調(diào)整自動換刀裝置位置，同時在手輪模式下，Z軸上下移動主軸，使主軸錐孔與刀柄錐面輕輕接觸，觀察主軸錐孔上紅丹油的分布情況，直至紅丹油均勻分布在主軸錐孔面上。鎖緊支架螺釘，這樣自動換刀裝置的位置調(diào)整完畢。

4.2 機床第二參考點設(shè)置（換刀點）

在調(diào)試之前，機床回機械原點，執(zhí)行回零操作，一般機械原點高于換刀點。

設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，將K參數(shù)中K3.3=1，K5.5=1。輸入#1326號系統(tǒng)參數(shù)Z50，#1851號參數(shù)APC置1，重新開關(guān)機，#1851號參數(shù)APZ置1，再次重新開機，此時調(diào)整前的參數(shù)設(shè)置完畢。

在手輪模式下移動Z軸，使主軸錐孔與刀柄輕微接觸，Z軸上移0.3mm，將這一位置作為Z軸第二參考點即換刀點，將換刀點與機床原點Z向差值輸入到#1241號參數(shù)Z值，機床第二參考點即換刀點設(shè)置完畢。

4.3 主軸定位的設(shè)置

數(shù)控機床為了完成ATC的動作過程，必須設(shè)置主軸準停機構(gòu)。由于刀具裝在主軸上，切削時切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前端設(shè)置一個突鍵，當?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對準，才能順利換刀。為此，主軸必須準確停在某固定的角度上。由此可知主軸準停是實現(xiàn)ATC過程的重要環(huán)節(jié)。

主軸準停的設(shè)定通過#4031號參數(shù)設(shè)置，保證主軸凸鍵與刀柄鍵槽對準。

4.4 換刀操作驗證

順序執(zhí)行M80-M86指令，單步完成換刀動作，檢查換刀動作是否正確順利。

4.5 刷新自動換刀裝置

通過PMC將刀座號與刀具號設(shè)為一致，即主軸為零號刀，1號刀位對應(yīng)1號刀、2號刀位對應(yīng)2號刀。

4.6 參數(shù)復(fù)位

調(diào)試結(jié)束之后，要將參數(shù)復(fù)位，需要復(fù)位的參數(shù)有#1320、#1326、K3.3、K5.5。

5 結(jié)語

參與該項目的學(xué)生為數(shù)控專業(yè)技師班學(xué)生，作為技師研修項目，在這個項目中應(yīng)用到了《機床與數(shù)控機床》《機械CAD/CAM》《機械基礎(chǔ)》《機加工實訓(xùn)》《數(shù)控加工實訓(xùn)》《電工與電子技術(shù)》《機床電控與PLC》《數(shù)控機床維修》《數(shù)控原理與應(yīng)用》等課程所涉及的專業(yè)知識，根據(jù)企業(yè)需求進行分析，確定刀庫的參數(shù)，選用了合適的刀庫；通過測量機床和刀庫尺寸以及刀庫的重量，對支架進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，運用CAD軟件實體進行造型仿真，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)，完成支架的圖紙設(shè)計；完成了刀庫位置的調(diào)整任務(wù)；能根據(jù)要求對機床參數(shù)進行設(shè)置，學(xué)生們邊學(xué)習(xí)邊應(yīng)用，對知識點有了更深刻的認識，達到了良好的學(xué)習(xí)效果。

數(shù)控銑床自動換刀裝置改造項目的完成在同時也促進了校企之間的技術(shù)交流。企業(yè)提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了人力資源；改造后的機床能夠承擔工藝復(fù)雜、工序繁多和批量生產(chǎn)等零件的加工任務(wù)。通過測試，熟練操作工手動換刀一次平均時間為19 s，而自動換刀一次時間為6 s。對于多工序、多刀具的的產(chǎn)品生產(chǎn)可以大大提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本。

參考文獻

[1] FANUC.FANUC Series Oi MateMODEL D維修說明書.B-64305CM/01[Z].

[2] FANUC.FANUC Series Oi MateMODEL D參數(shù)說明書.B-64310CM/01[Z].

[3] FANUC.FANUC Series Oi MateMODEL D加工中心系統(tǒng)用戶手冊.B-64304CM-2/01[Z].

[4] VMC系列立式加工中心使用說明書電氣部分（FANUC 0i/0i-Mate系統(tǒng)）[Z].

[5] 首輪圓盤式自動換刀裝置操作說明書[Z].首輪機械工業(yè)有限公司.

[6] 劉永久.數(shù)控機床故障診斷與維修技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.