智能換刀系統的集成調試與應用

宋明偉 董建榮 韓偉 劉玉菲

摘要：智能換刀系統的研發，縮減數控加工中的程序損耗時間，搭載傳感器及中央控制系統實現對整個智能操控工序的處理，完整多種加工需求，例如，鉆、擴、鉸、磨等工序。智能換刀代表著數控精加工的一種升級，通過換刀時間與工序時間的替代，增加數控加工系統運行效率，為企業創收更多的經濟收益。基于此，文章分析智能換刀系統的集成調試模式，并對智能換刀系統的實際應用進行研究。

關鍵詞：智能化;換刀系統;集成調試

引言

數控加工作為工業生產的重要保障，多結構組成的刀具可有效提高系統運行效率及質量，且在智能平臺的支撐下，降低操控誤差，緩解崗位人員的工作壓力。智能換刀系統的研發與應用，采用一體化的調試系統，在短時間內完成換刀工序，整個操控過程無需擔心誤差問題的產生，高精度、高可靠性的換刀系統，可精準驅動夾頭機構、刀具機構等，且系統自識別功能，可將當前操控工序下，刀具信息進行一體化的分析，判定出系統在運行過程中的 偏差，提高智能換刀系統的應用效能。本文則是針對智能換刀系統的集成調試與應用進行探討，僅供參考。

一、智能換刀系統的集成調試

智能換刀系統的研發與應用，是按照數控加工程序及其具體實現進行優化的，保證系統在調試過程中，同時滿足自動化操控與半手動操控訴求，同步按照系統預調程序完成既定程序的邏輯性操控，增強換刀系統的運行精度。

首先，智能刀庫旋轉參數的調試。如表一所示為刀盤旋轉軌跡的計算方式。當智能操控系統接收完上位系統傳達的指令，經由內部系統發送PLC信號，此類信號將作為一個觸發點，驅動程序向下位終端機構下達指令，實現基于子程序控制的換刀處理。如圖一為自動換刀原理。

P1作為刀盤旋轉中自程序的切入點，其中M30則作為自動換刀一個控制過程，此類變量具有記憶特征，在指令驅動與轉換下，可以完整不同指令操控訴求，且變量控制中的協同性特點，可以增強自動操控過程中對接值。

在實際計算過程中，刀盤路徑旋轉則可看成計算程序內的代表路徑，如圖二所示。在換刀程序中M30的執行下，刀庫進入初始狀態并計數脈沖，此時Da與Db之間的數值將產生變量差，當Da>Db時，則M50為1，。而當M50=1時，則應在新刀與舊刀之間及進行差值換算，Da-Db，最終得出刀盤在換刀過程的運行軌跡，此類軌跡的消耗數值將被D10所記錄。最后，比應旋轉步數與舊刀之間的關系，如果D10≤12，則正轉狀態下的M60應為1，才可正確驅動刀盤進行旋轉，如果D10>12，則應利用K24的數值減去D10存儲的數值，并將M61設定為反轉，才可最終得到換刀過程中應當遵循的數據值。

從實際調試效果來講，每一項數據參數的分析及比對，均將成為系統預設值及相關功能的表述值，即為在實際驅動過程中的數值量是目前系統綜合設定的一個基準核定值，在系統下達相關指令時，需要通過既定系統的控制功能實現對相關數據的邏輯性表達，增強換刀系統的運行精度。

二、智能換刀系統的應用

現代數控加工中心在進行智能換刀時，需要針對刀具狀態、系統預設程序、功能指令等為主，通過集成化、協同化的管控，保證數控加工中換刀的智能性與自動性。從實際應用模式來講，智能換刀系統的應用，搭載電感式傳感器，將驅動軸、終端部件、集成系統相關聯，保證功能實現期間，可以達到各個機構之間的協同操作，避免出現因信息傳輸不對稱產生的誤差問題。一方面，通過不同微型傳感器之間的整合，確保既定的空間體系下，實現點對點的數據傳輸，且此類功能在運作過程中，有效杜絕因空間狹小而產生的數據冗余問題。同時，微型傳感器在運作過程中，可靠性、集成性的應用優勢，可針對檢測范圍實現微米級別的確認，有效支撐各項數控加工的運行。此外，智能換刀系統具備的工業級操作功能，提高系統運作期間的抗干擾性，保證智能換刀系統運行的穩定性。

另一方面，測量型的數據調控形式，可對區域內的指令進行線性化表達，防止出現數據傳輸誤差的問題。利用測量型數據調控對傳統開關型的模式進行簡化處理，且在具體感應過程中，可規避外界干擾問題，通過測量型的傳感器，可以創設出具有模擬變量的數據模型，替代原有需要數據牽引的運行模式。此外，在換刀過程中，也可通過數據之間的比對自動調整刀具狀態，此時數據信息不再是以一個獨立的程序為搭載體，而是通過傳感器以及指令驅動器之間實現數據的高效化傳輸，此過程可以縮減空間資源的耗用量，且在微型傳感器的作用下，可對刀具系統及其狀態進行持續性的改進，縮減系統運行中的各項荷載。與此同時，在智能換刀的過程中，整個操控模式不再局限于單體變量之上，可以對運行狀態的刀具進行監測與分析，一旦出現刀具松動的狀態，系統將自動發生預警，并將此類信息回傳到主系統之中做出一系列的指令調整，確保換刀系統運行的持續性與穩定性。除此之外，測量型的數據調控模式，可增強系統運行的可靠性，因為在測量傳感器的應用下，不再局限于數據誤差以及空間定量傳感之上，還可通過溫度值進行力學參數的衡量，整個程序驅動下，數據的變動同步到主系統中并作為系統運行的衡量基準，輔助后期智能換刀系統運行的自調節，增強數控加工中心的運行質量。

結語：

綜上所述，智能換刀系統在運行期間，由智能系統、刀具機構以及程序指令等，完整自動化的換刀驅動，此過程極大增加換刀系統的應用效能，保證數控加工的可靠性與持續性。為此，在后續發展過程中，應加強對數控加工系統的研發，解析出換刀系統的應用屬性，結合智能控制原理，強化實際應用效果。

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作者簡介：宋明偉，出生年月：1981-9-15，男，漢族，籍貫：河北省衡水市人，所在院校：河北機電職業技術學院，職稱：副教授，學歷：博士研究生在讀，學位：碩士，研究方向：智能制造、數控技術。

課題來源：2020年邢臺市市級科技計劃自籌經費課題《基于開放式數控機床的智能換刀系統研究》課題編號：2020ZC055。