加工中心刀库自动换刀的控制

! ! !"##$%& ’(()* 刀! ! 具 冷加工 !""# 年第 $% 期 !"### !!! " "#$% & ’ & ( ) " $*" " $’ 加工中心刀库自动换刀的控制 马钢车轮公司! （安徽马鞍山! "#$%%%） ! 许! 石 ! ! 马钢火车轮专用数控加工中心 （以下简称机床）可 以对车轮各个部位进行车、镗等加工。该机床为双刀架 立式结构，右侧有水平 +轴、垂直 ,轴；左侧有水平 - 轴、垂直 .轴，左右两侧各有一个刀库，数控系统为 #$%&’ ()*+,-./+，左右两个刀架及刀库分别由数控系统 的两个通道来控制。刀库采用德国 012345公司生产的 圆盘式刀库，每个刀库可以装 67 把刀具，通过机械手 实现自动换刀。从而实现在一台机床上完成多种工序的 加工。 !" 刀库自动换刀原理概述 该机床采用德国 012345 公司生产的 4809% : 97 型 刀库，容量为 67 把刀，它包括刀套旋转机构及换刀机 械手，如图 6。刀库外形为圆盘形，内部装有一个分度 盘，刀库的回转运动由带抱闸的三相异步电动机作动力 源，三相电源通过交流接触器提供给电动机时抱闸打 开，然后刀库进行运转，切断三相电源则抱闸闭锁，刀 库立刻停止运转。通过分度盘的运动及相关检测元件组 的逻辑组合，可使每个刀套准确停在换刀位置。刀套停 在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直状态， 以方便机械手换刀，刀套分度台可以顺时针或逆时针方 向旋转，从而可以在最短的时间内搜索到所要更换的刀 具。 图 6! 4809% : 97 刀库换刀装置示意图 刀库换刀机械手的运动同样是由带抱闸的三相异步 电动机作动力源，通过齿轮传动机构，把电动机产生的 匀速旋转运动转化为机械手的规律性前进、停止以及旋 转运动。齿轮传动装置配有微动开关组，这个开关组包 括 ; 组微动凸轮和 ; 个接近开关，每组微动凸轮上装有 ; 个微动凸轮，该微动开关组用于机械手夹住刀具、机 械手把刀具从主轴和刀套内取出、机械手处于原始位置 的控制信号。 该刀库的旋转刀套及机械手的减速传动机构内都内 置一个扭矩限制器，以防止内部机械结构损坏。 #" 刀库自动换刀具体实施 刀库机械手是实现自动换刀的主要机构。它的任务 是当一个工序完成后，将不用的刀具从主轴中卸下来送 回刀库中，同时还将下道工序的刀具装入主轴中，然后 机械手回到原始位置等待下一个工作循环 。图 7 为机械 手运动次序图。该刀库机械手的规律性运动是由通过三 相异步电动机和齿轮传动机构等来实现的，但是这些动 作还需要通过电气系统来实现。刀库中刀套按照 8 代码 的指令运转到换刀位置，然后进行刀具交换。在机床工 作过程中刀具按着指令使机械手取刀或装刀。因此，要 求电气系统需按照换刀过程的运动次序准确可靠地完成 每一个动作。以下为电气动作顺序： 图 7! 机械手运动次序图 （6）起动选刀，刀库正转或反转就近找刀。 （7）刀套计数及分度盘定位信号使刀套电动机停 止，一个刀套准确停在换刀位置。 （;）控制刀套翻转 （垂直）的电磁气阀得电。 刀! ! 具 !"##$%& ’(()* !!""" !""# 年第 $% 期 !!! " "#$% & ’ & ( ) " $*" " $’ 冷加工 （#）刀套垂直到位，发出到位信号，主轴定向给出 位置到达确认信号。 （$）机械手从原始位置起动，旋转 %&’到达机械手 夹刀位置。 （(）机械手抠刀到位发出停止信号，把刀具从主轴 和刀套中取出，机械手电动机停止。 （)）抠刀确认及刀具松开给出到位信号。 （*）刀具夹放松完毕，起动机械手旋转 +*&’，到达 刀具更换位置。 （%）机械手电动机停止信号使机械手电动机停止。 （+&）装刀确认及刀具夹紧给出到位信号。 （++）机械手电动机起动，使机械手回到原始位置。 （+,）机械手电动机停止信号，使机械手电动机停 止。 （+-）机械手原始位置开关发信号。 （+#）控制刀套翻转 （水平）的电磁气阀得电。 （+$）刀套翻转处于水平位置的接近开关发信号 （刀库换刀动作完成）。 刀库及机械手的动作可以由 ./ 来控制，也可以由 01/来控制，由于该刀库选用的普通的三相异步电动 机，故采用 01/来控制刀库及机械手的动作。由于该机 床数控系统为 *#&23 456789:;7，它内部集成了 <)— -+$—,20的 01/ 系统，为 01/ 编程控制刀库和机械手 的动作提供了方便。01/ 程序设计采用了模块化、参数 化和化的编程方法，按控制功能将程序块分成不同 的功能块，利用程序块形式的参数编程特点，将控制功 能程序标准化。程序结构如图 - 所示。 图 -! 01/程序结构图 01/程序能较好地满足刀套和机械手在换刀时的运 行次序，通过完善就近找刀缩短换刀时间等。由于左右 两个刀库分别有通道 + 通道 , 控制，在程序设计时，右 侧刀库的动作由功能块 =>%( 及背景数据块 2>+&- 来控 制，同样左侧刀库的动作由功能块 =>%( 及背景数据块 2>++,来控制。程序编制时，考虑了诸多保护因素，刀 套电动机及机械手电动机的保护，刀套翻转的电磁气阀 的保护等。另外为方便操作者手动更换刀具，每个刀库 都配备了一个 ?0) 操作面板，大大方便了操作者手动换 刀及刀库的调试及维修。 从 01/程序结构图中可以看出，01/ 程序由用户程 序和西门子标准块组成，西门子这些标准块是刀具管理 的接口。在刀具管理方面西门子还有其他的标准块可供 选用，这些标准块的作用是为了完善刀库管理的人机界 面，为了更好地使用刀库自动换刀。 !" 刀具管理 该机床的数控系统配有 @@/+&- A 0/B$& 人机界面， 具有比较完善的刀具管理功能，操作者能从人机界面上 清楚地看到整个刀库中刀具的情况，并可调整刀库中的 信息，如手动换刀等。标准的西门子刀具管理功能很 多，如刀具列、装载 A卸载功能、随机换刀 A固定换刀 等。以下就该机床对刀库管理的使用情况作简单介绍。 图 # 为刀具管理中 01/与 ./C的接口图。 图 #! 刀具管理中 01/—./C的接口图 结合图 -、图 # 可以看出，刀库的刀套及机械手的 动作即刀库的控制与刀具管理是密不可分的。该机床的 刀库管理软件对右侧刀库定义为 + 号刀库，左侧刀库定 义为 , 号刀库。刀表中刀位与实际刀套一一对应。主 轴、机械手手爪 + 和手爪 , 位置的缓冲区 （>DEE78）定 义为 %%%* 号刀库。在换刀的每个阶段，只要发生了刀 具交换，刀具数据就在刀表的 + 号刀库刀套及 %%%* 号 刀库的刀套 （主轴、机械手手爪 + 和手爪 , 位置）间相 互交换。并且要求每次刀具数据传送后，必须由 01/ 接 口予以确认，并启动 @@/ 进行显示刀表数据的交换。 刀具数据传送的 01/接口确认由西门子标准功能 =/*— ! ! !"##$%& ’(()* 刀! ! 具 冷加工 !""# 年第 $% 期 !"### !!! " "#$% & ’ & ( ) " $*" " $’ 加工小孔的可调整镗刀 济南一机床集团有限公司! （山东! "#$$""） ! 牛学义! 张彩虹! 任秀青 ! ! 在 “轻骑”摩托车中，其变速箱壳体几乎都是压铸 图! # 异形铸铝件 （见图 #），其上 有些小孔、盲孔位置精度高、 表面粗糙度值低；随着产量的 增加，传统的镗床等加工手段 效率太低，用加工中心加工不 能充分发挥加工中心的效能， 远不能达到生产实际需要。下 面介绍一种在镗模夹具上使用 的可调整径向尺寸的可调整镗 刀 （见图 $），用户按此方法 已加工#% &&&件，车间操作人 员反映，效率提高很大，刀具 经修磨可多次重复使用，减小 刀具费用。 控制镗孔直径的方法是这样的：松开长槽孔的两侧 调整螺钉 ’，通过调整上下调整螺钉 ( 可使小孔镗刀移 动至加工孔所需的尺寸，上下调整螺钉 ( 拧紧后，拧紧 两侧调整螺钉 ’。同样，刀具修磨后，调整尺寸可继续 使用。注：现用户镗刀片用 )* 类硬质合金制造，可加 工 %&& + ,&& 件不重磨。 设计要点：在镗刀杆 # 与镗刀 $ 连接端面有凹凸可 移动的配合槽，由此小孔镗刀获得了 -.. 的调整量。 为保证调整精度，镗刀 $ 材料选用 ’&/0，$&1, 2 3- 配合 面要淬火 ’$ + ’%14/ （镗刀头部分淬火硬度要低一些）； 镗刀杆 # 的材料选用 ’&/0，前端淬火 ’5 + %$14/，保证 多次使用精度改变较小。 图! $ #" 镗刀杆! $" 镗刀! (" 上下调整螺钉 ’" 两侧调整螺钉 此刀具的特点：可用于组合机床或其他机械加工机 床，结构紧凑，制造简单，使用灵活。效率高，且在刀 具磨损后可调整继续使用，有效延长刀具寿命，减小机 床夹具调整时间。 （收稿日期：$&&5&$#5 ############################################ ） 67—6489来完成。刀库侧、主轴侧新旧刀的相关数据 存放在数据块 :;<& 中，:;<& 为 =;<& 的背景数据块， 换刀时，=;<& 2 :;<& 调用 =/5，使主轴侧换新刀、刀库 侧还旧刀及人机界面上刀库列表信息得到及时更新，使 换刀动作及刀具列表显示信息准确无误。以下为刀具信 息交换的部分 >?/程序。 /@?? A 67B 64@89A 2 2调用 =/5 9CD0C ： E F9CD0C 2 2启动数据传递 6DGHIJKLC ： E F6DGHIJKLC 2 2任务编号 6DGHIJKLC8M： E F6DGHIJKLC8M 2 2任务编号 8KN6MMO7DP ： E F8KN6MMO7DP 2 2新刀刀库编号 8KN6MMO?MQ ： E F8KN6MMO?MQ 2 2新刀刀套编号 ROJ6MMO7DP ： E FROJ6MMO7DP 2 2新刀刀库编号 ROJ6MMO?MQ ： E FROJ6MMO?MQ 2 2新刀刀套编号 9CDCSG ： E F9CDCSG 2 2数据传递状态 4KDJT ： E F4KDJT 2 2就绪 U00M0 ： E FU00M0 2 2报错 该机床有效地实现了刀库与主轴换刀的自动化，且 使换刀过程变得非常灵活和可靠，故障率极低。两个刀 库的应用大大提高了生产率。刀库管理的界面化，使自 动换刀和管理更加安全。 （收稿日期：$&&5&’##）