自動換刀機械手在數控技術中的應用

孔憲玉

摘要：機械制造業是一個國家的命脈，綜合國力的體現，而現代數控加工技術是制造業的支柱。自動換刀機械手促進了數控機床的發展，使數控機床朝著重復精度高、模塊化、節能化、機電一體化方向發展。

關鍵詞：數控加工技術；數控機床；自動換刀機械手

1數控技術的地位與作用

數控技術（英文：Numerical Control簡稱：NC），起源于20世紀中期，是一種由數字程序對機床執行自動控制的技術，它是由數字、文字和符號組成的數字化信號對一臺或多臺機械加工設備及其加工過程進行控制的一種技術。它通常控制加工時的位移、切削量、轉速、走刀軌跡等有關機械量以及與機械量流向相關的開關數字量。數據載體和0、1邏輯形式運算的出現是數控技術產生的基礎，在當今的機械制造業業界數控技術也被稱為計算機數控技術（Computerized Numerical Control簡稱：CNC），計算機數控技術是由計算機軟件完成對機床數字程序的控制，是現代制造業數字信息化的重要構成單元。它可由預先保存在計算機中的數字化控制程序完成對機械設備數據傳輸的存儲、處理、運算、邏輯判斷等各種功能的控制，此功能的實現是基于原來是硬件邏輯電路組成的數控運行裝置被計算機所取代，由計算機軟件來執行與控制。

數控技術是現代機械制造中先進加工制造技術的基礎，它是新時代制造業的起點，其發展和廣泛使用不僅使傳統制造業發生了翻天覆地的變化，還促使世界制造業今后的加工方向、產品的構成、產業的發展趨勢發生了革命性的變化，也促使整個制造行業的格局有了明顯的變化。現代數控加工技術在提高產品加工質量、提升勞動生產率，實現制造業現代化、智能化、集成化生產等方面是必不可少的手段和基礎。在各制造大國之間，數控技術已然成為一個時代、一個國家的象征，它代表著國家戰略地位和綜合國力水平的高低，其實現表征了一個國家現代化制造業發展的程度，而實現加工機床及生產過程數控化是現代制造業發展的大趨勢。改革開放后，我國的數控技術及產業從發展的戰略充分結合了我國經濟發展的特點進行了有針對性的研究和發展，自主研制開發出具有自主知識產權的數控平臺，具有智能化的基本操作系統，也研制出業界機床的新技術和新產品，但是與發達國家相比較仍舊存在不少問題有待于解決。

2數控技術的發展趨勢

伴隨著社會的高速發展，數控技術涉及的內容也越來越廣泛，在一些重要的國計民生行業扮演著越來越重要的角色，因為在這些行業中數字化的設備是未來社會發展的新趨勢。縱觀當今各國數控技術及裝備發展的趨勢來看，數控技術的發展趨勢主要有以下幾個方面：

2.1智能化趨勢

由于制造業的發展，現代數控技術需要具備一定的智能化系統，智能化是數控技術發展的大趨勢：

①實現提升產品加工生產效率、加工精度的智能化，如實現加工過程的自適應，自動生成工藝參數：

②實現提高驅動性能，使用方便連接的智能化，如前饋控制、學習控制、專家控制等：

③實現編程、操作的智能化，如可實現數控系統自動編制加工程序，整個加工過程的可視化，模擬仿真等；

④即時處理信息智能化，如實現現場加工實時監控，數控設備的故障診斷與處理等。

2.2開放式趨勢

為了突破傳統的數控專用封閉系統和數控應用軟件局限性的問題，實現與其他不同平臺的應用系統相互兼容，并具有特性一致的用戶操作界面，目前國內外很多專家都對開放式系統進行了研究。當前，我國自主研究的數控開放式系統與國外的系統相比較，還處于萬里長征的第一步。

2.3網絡化趨勢

在現代化、信息化的制造模式下，我國自主研發的數控系統大部分沒有大容量的存儲設備，也無法連接網絡，導致系統內存較小，存儲空間有限。通過數控系統的上網，可以實現大型復雜模具加工程序的存儲。同時，企業通過網絡可以實現對外發布信息或讓外界了解自己的制造能力，從而根據需要選擇性地組成網上虛擬車間和電子商務，最終實現異地CAD/CAM/CNC的網絡加工制造。

3自動換刀機械手在數控技術中的應用

自動換刀機械手（Automation Tool Changer簡稱為ATC），是執行刀庫和主軸之間換刀動作的裝置，可以完成數控加工中心在一次裝夾中實現多道或全部工序加工，該裝置由刀庫、自動換刀機械手及控制系統等組成。

現代機械加工中為了進一步提高數控機床的加工效率，數控機床正向著工作在一臺機床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序發展，因此出現了各種類型的加工中心。自動換刀機械手裝置一般用于加工中心，自從1952年世界上出現第一臺上數控機床后，使多品種、中小批量的機械加工設備在柔性、自動化和效率上產生了巨大變革。它用易于修改的數控加工程序進行控制，因而比大批量生產中使用組合機床生產線的凸輪、開關控制的專用機床有更大的柔性，容易適應加工關鍵品種的變化，進行多品種加工。

現代加工中心正朝著重復精度高、模塊化、節能化、機電一體化方向發展，其主要特點有：

①帶有自動換刀裝置：

②自動分度轉臺或自動旋轉角度主軸箱；

③如帶有交換工作臺，工件在工作臺上進行加工的同時，不影響其他的工件進行裝卸和加工。

4自動換刀機械手在數控技術中發展趨勢

隨著數控技術的不斷進步，自動換刀機械手在數控機床中的作用也日漸突顯，在提高產品的加工精度、減少工人勞動強度以及改善生產加工條件等方面有著日趨重要的作用。在對零部件的生產加工過程中，為了提高加工效率進一步節省工件裝夾時間，現代數控機床正朝著一臺機床在一次裝夾中完成多道工序或全部工序的方向發展。然而在多工序的數控機床中，為了完成自動換刀操作必須設置的刀具存儲裝置和刀具交換裝置等統稱為數控機床的自動換刀系統，即自動換刀機械手，由于在系統的刀庫里存放著一定數量的刀具，因此可以對形狀、尺寸復雜的零件進行不同工步、多工序加工，從而使數控機床的通用性和生產加工效率有了很大的提高。目前，數控鉆床、數控鏜床和數控銑床的刀庫都帶有這種自動換刀系統。

換刀機械手促進了數控機床的發展。主要表現在：①換刀系統在數控機床的廣泛應用，使得數控復合加工技術逐步走向成熟，相比以前機床的加工精度和加工效率有了很大的提高。②智能換刀系統提升了機床的功能和品質。③自動換刀機械手促進了柔性化加工的廣泛應用，提升了機器人與主機的柔性化組合效率。④換刀機械手的主軸箱內只有一根主軸，且具有足夠的剛度，因此能夠完成各種精密加工。

換刀機械手正朝著快速化、智能化、簡便化以及安全性能高的方向發展。數控機床自動換刀系統應當達到換刀速度快、用時短、高精度的刀具二次定位、足夠的刀庫容量、占據空間小及工作安全可靠等要求。帶有自動換刀機械手的數控系統能讓機床按照不同加工程序自動選刀、自動換刀、自動對刀、自動調整轉速、自動改變刀具進給量等其他工藝參數。可連續完成車、銑、刨、磨、鉆等多種工序，對于加工形狀、尺寸較復雜，表面粗糙度要求較高，頻繁更換加工工藝的工件應具有較好的經濟效益。endprint