加工中心刀具库系统设计论文

加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 加工中心刀具库系统设计 系 部 ： 机 械 工 程 系 学生姓名 ： 专业班级 ： 学 号 ： 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 课题简介 题 目 ： 加工中心刀具库系统设计 之电气控制 摘 要 ： 加工中心（ Machining Center）简称 NC，是由机械设备与数控系统组成的适用于复杂零件的高效率自动化机床。它能实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。 随着科学技术的发展世界先进制造技术的兴起和不断成熟，而对作为现代制造业非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技术的应用，对加工 中心的各种组成部分提出了更高的性能指标。由于加工中心备有刀具库，大大增加了刀具的储存容量。有利于提高主轴的刚度，独立的刀库，大大增加了刀具的储存数量，有利于扩大机床的功能，并能较好的隔离各种影响加工精度的干扰因素。 本设计采用 PLC 对刀具库系统的自动控制，自动换刀装置在随机换刀时只识别刀具不识别刀套，因此可以把刀具编号，并且按顺序将刀具插入刀库中对应号和刀套上。由数控系统的 PLC 设定刀号，使刀具号和刀库中的刀套地址对应的记在 PLC 上，一经设定，机床在以后的使用中，不论刀具在哪个刀套上 PLC始终记忆着它的踪迹 。简化了控制系统的硬件和界限，减小了控制器的体积，提高了控制系统的灵活性，同时， PLC 有较完善的自诊断和自保护能力，可以增强系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。应用表明， PLC 的简洁、快捷在自动换刀装置中得到了广泛的应用。 关键词：刀库；存储；功能；自动控制 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 目 录 前言 1 第一章、对加工中心刀具库的选择 3 1.1 加工中心的组成部分 3 1.2 刀库的驱动及 定位 5 第二章、刀库的自动换刀装置 6 2.1 概述 6 2.2 换刀装置 6 第三章、刀库选刀 8 3.1 解释关键词 8 3.2 选刀 8 3.3 获取 “换刀位置 ”寄存器中刀具数据 12 3.4 机械手刀库的换刀 13 3.5 刀套标签和实际刀具的对应关系 14 第四章、换刀子程序的调用 16 4.1 概述 16 4.2 换刀子程序 16 第五章、液压控制 17 5.1 概述 17 5.2 加工中心部分液压系统 17 5.3 系统特点 21 第六章、结束语 22 参考文献 23 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 第一章 前言 数控技术的发展历程 回顾数控技术的发展已经经历了两个阶段，六代的发展历程。第一个阶段叫做 NC 阶段，经历了电子管、晶体管、和小规 模集成电路三代。自 1970 年开始小型计算机开始用于数控系统就进入了第二个阶段，叫做 CNC 阶段，成为第四代数控系统：从 1974 年微处理器开始用于数控系统即发展到第五代。经过十多年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。实际上从 20 世纪末期直到今天，在生产中使用的数控系统大部分都是第五代数控系统。但第五代数控系统以及以前各代都是一种专用封闭的系统，而第六代 开放式数控系统将代表着数控系统的未来发展方向，将在现代制造业中发挥越来越重要的作用。 数控加工中心的基本功能 带有自动换刀刀具交换装置 （ ATC Automatic Tool Change）的数控机床称为加工中心。它通过刀具的自动交换，可以一次装夹完成多道工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率，减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度。加工中心是目前数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。 带有刀具自动交换装置、能一次集中完成多种工序加工的数控加工设备。数控机床实现了中、小批量加工自动化，改善了劳动条件。此外，它还具有生产率高、加工精度稳定、产品成本低等一系列优点。为了进一步发挥这些优点，数控机床 遂向“工序集中”，即一台数控机床在一次装夹零件后能完成多任务序加工的数控机床 (即加工中心 )方面发展。 钻、镗、铣、车等单功能数控机床只能分别完成钻、镗、铣、车等作业，而在机械制造工业中，大部分零件都是需要多任务序加工的。在单功能数控机床的整个加工过程中，真正用于切削的时间只占 30左右，其余的大部分时间都花费在安装、调整刀具、搬运、装卸零件和检查加工精度等辅助工作上。在零件需要进行多种工序加工的情况下，单功能数控机加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 床的加工效率仍然不高。加工中心一般都具有刀具自动交换功能，零件装夹后便能一次完成钻、 镗、铣、攻丝等多种工序加工。 我国数控系统的发展概况 在对内搞活，对外开放的方针指引下，于 1980 年开始引进日本就有 70 年代末期水平的微处理器数控系统和直流伺服拖动技术。并于 1981 年开始生产，到 1988 年又开始引进美国的 GE 和 DYNAPATH 公司的数控系统和拖动技术，在上海市机床研究所和辽宁精密仪器厂组织生产。 1985 年以后，我国的数控机床的可供品种已超过 300 种，其中数控机床占 40%，加工中心占 27% ，其它品种为重型机床、镗铣床、电加工机床、磨床、齿轮加工机床等。目前我国数 控机床生产厂家共有 100 多家，其中能批量生产的企业有 42家，平均年产量 4050台，几家重点企业年产量可以达到 400700 台；数控系统生产企业约 50 家，但生产具有一定批量的只有 8 家，生产数控机床配套产品的企业共计 300 余家，产品品种包括八大类 2000种以上。我国的数控系统分为三种类型，经济型、普及型、和高级型。在经济型数控系统中，我国具有很大优势，在当前每年数千台经济型数控车床和电加工机床的市场上，国产数控系统占据了绝大份额。在普及型数控系统的市场上，我们正在取得进展。当然，拥有自主知识产权的数控系统在市 场的开拓上仍要尽更大的力量。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际 80 年代中期水平，部分达到 90 年代水平，在技术上也有所突破，如高速主轴制造技术、快速进给、快速换刀、柔性制造、快速成型制造技术等为下一代国产数控技术的发展奠定了基础。 数控系统的发展趋势 国际上，数控系统的发展趋势正朝着高速度高精度化、高可靠性、多功能化、智能化、集成化、具有开放性、网络化数控系统、并联机床及数控系统的方向发展。 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 第二章 加工中心刀具库的选择 2.1 加工中心的组成部分 2.11概述 加工中心分两大 部分：数控机床和刀具自动交换装置。刀具自动交换装置应能满足以下几个方面的要求： 换刀时间短； 刀具重复定位精度高； 识刀、选刀可靠，换刀动作简单； 刀库容量合理，占地面积小，并能与主机配合，使机床外观完整； 刀具装卸、调整、维护方便。刀具自动交换系统由刀库、刀具交换装置、刀具传送装置、刀具编码装置、识刀器等五个部分组成。 2.11、刀库 刀库存贮加工所需各种类型刀具的仓库。它是刀具自动交换系统中的重要组成部分，具有接受刀具传送装置送来的刀具和将刀具给予刀具传送装置的功能。它的容量、布局和 具体结构对整个加工中心的总体布局和性能有很大的影响，按其结构、形状可分为以下六种： 圆盘式刀库，又分为轴向式 (刀具中心线与圆盘中心线平行 )、径向式 (刀具中心线与圆盘中心线垂直 )和多盘式 (在一根旋转轴上分设几层圆盘刀库 )。 转塔式刀库，又分倾斜式和水平式。 鼓轮式刀库。 链式刀库。 格子式刀库。 直线式刀库。 应当根据被加工零件的工艺要求合理的确定刀库的存储量。根据对车床、铣床和钻床的所需刀具的数的统计表明，在加工过程中经常使用的刀具数目并不很多，对于钻削加工，用 14 把不同的规格的刀具就可以完成约 80%的加工，即使要求完成 90%的工件加工，用 20 把刀具也就足够了。对于铣削加工，需要的刀具更少，用 4 把不同规格的铣刀就能完成约 90%加工，用 5 把不同规格的铣刀可以加工 95%的工件。因此从使用角度来看，刀库的存储量一般为 2040 把较为合适，多的可达 60 把刀，超过 60 把刀的很少。采用链式刀库。本次设计的刀库容量为 32 把加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 刀，为中型加工中心刀库。 2.12、刀具交换装置 (机械手 ) 它的职能是将机床主轴上的刀具与刀库或刀具传送装置上的刀具进行交换，其动作循环为：拔刀新旧刀具交换装刀。换刀机械手种类繁 多，可以说每个厂家都推出自己的机械手，基本上换刀装置按交换方式又分为两类。无机械手换刀，由刀库与机床主轴的相对运动实现换刀。在这类装置中，刀库一般为格子式，装在工作台上。换刀时，先使工作台与主轴相对运动，将使用过的旧刀送回刀库，然后再使工作台与主轴相对运动一次，从刀库中取出新刀。这种换刀方式的换刀时间长，另外刀库设置在工作台上，减少了工作台的有效使用面积。采用机械手换刀，机械手刀具交换装置，有单臂单手式机械手、回转式单臂双机械手、双臂机械手、多手式机械手。特别是双臂机械手刀具交换装置具有换刀时间短、动作 灵活可靠等优点，应用最为广泛。双臂机械手中最常用的几种结构有：钩手；抱手；伸缩手；叉手。双臂机械手进行一次换刀循环的基本动作为：抓刀 (手臂旋转或伸出，同时抓住主轴和刀库里的刀具 )；拔刀 (主轴松开，机械手同时将主轴和刀库中的刀具拔出 )；换刀 (手臂转180，新、旧刀交换 )；插刀 (同时将新刀插入主轴，旧刀插入刀库，然后主轴夹紧刀具 )缩回 (手臂缩回到原始位置 )。机械手的手爪，大都采用机械锁刀的方式，有些大型的加工中心，也有采用机械加液压的锁刀方式，以保证大而重的刀具在换刀中不被甩出。对于本次设计采用双机械手换刀 装置。 2.13、运刀装置 当刀库容量较大、布置得离机床较远时，就需要安排两只机械手来完成新旧刀的交换动作，一只靠近刀库，称为后机械手，完成拔新刀、插旧刀的动作；一只靠近主轴，称为前机械手，完成拔旧刀、插新刀的动作。在前后机械手之间则设有运刀装置。它一方面将前机械手从主轴上拔出的旧刀运回刀库旁，以便后机械手将该旧刀拔出并插回刀库；另一方面则将后机械手从刀库中拔出的新刀运到主轴旁，以便前机械手将该新刀拔出并插入主轴。运刀器的职能就是在前后机械手之间来回运送新、旧刀具。此设计无此动作。 2.14、刀具编码装置 将加工所需的刀具自动地从刀库中选择出来称为自动选刀，有顺序选择和编码选择两种加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 方式。顺序选择方式： 将在加工中心上加工某一零件所需的全部刀具按工序先后依次插入刀库中。加工时按加工顺序一一取用。采用这种选刀方式不需要识刀器，刀库结构及其驱动装置都非常简单，每次换刀时控制刀库转位一次即可。采用顺序选刀方式时，为某一个工件准备的刀具，不能在其他工件中重复使用，这在一定程度上限制了机床的加工能力。 固定地址选择方式：这是一种对号入座的方式，又称为刀座编码方式。这种方式是对刀库的刀座进行编码，并将与刀座编码相对应 的刀具一一放入指定的刀座中。然后根据刀座的编码选取刀具。该方式使刀柄的结构简化，刀具可以做得较短，但刀具不能任意安放，一定要插入配对的刀座中。与顺序选择方式相比较，刀座编码方式最突出的优点是刀具可以在加工过程中多次使用。 编码选择方式： 将加工某一项零件所需的全部刀具 (或刀座 )都预先编上代码，存放在刀库中。加工时根据程序寻找所需要的刀具。由于每把刀具都有自己的代码，它们在刀库中的位置和存放顺序可以与加工顺序无关。每把刀具都可被多次重复使用。刀具编码有多种方式，常用的有三种。刀具编码：在每一把刀具的尾部都用 编码环编上自己的号码。选刀时根据穿孔带所发出的刀号指令任意选择所需的刀具。由于每把刀具都有自己确定的代码，无论将刀具放入刀库的哪个刀座中都不会影响正确选刀。采用这种编码方式可简化换刀动作和控制线路，缩短换刀时间。这种编码现已获广泛应用。刀座编码：在刀库的每一个刀座上用编码板编码。这种编码方式的优点是刀柄不会因尾部有编码环而增加长度缺点是刀具必须对号入座，换刀时间长。 编码钥匙：预先给每把刀具都系上一把表示该刀具代码的编码钥匙。本设计采用刀具编码形式。 2.15刀具识别装置 通常有接触式和非接触式两种。本 设计采用非接触式刀具识别装置。 2.2 刀库的驱动及定位 刀库的旋转可分为电气驱动和液压驱动两种方式。电气驱动可以将伺服半闭环系统用作驱动刀库的转动 ,也可采用系统的 PLC 直接发出运转信号控制电机的运转来带动刀库旋转。液压驱动仍需电气信号的配合 ,PLC 给出运转信号 ,一般通过电磁阀来实现前级控制 ,只是执行机构是液动马达。在执行 ATC 过程时 ,除了主轴头的定向及主轴箱的定位外 ,为确保所更换的刀具准确地被机械手抓住 ,所以刀库的定位也是必要的功能。电气驱动时可在电机上安加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 装位置编码器进行定位 ,也可以在抓刀位置安装接 近开关来检测定位。液动结构的刀库往往采用机电结合式的销定位方式。半闭环伺服驱动刀库的定位精度较高 ,其它几种方式也足以满足刀库定位精度的要求。此刀库的驱动及定位采用电气驱动。 第三章 刀库的自动换刀装置 3.1 概述 带刀库的自动换刀系统由刀具换刀机构组成，目前这种换刀方法在数控机床上的应用最为广泛。带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱和转塔主轴头相比较，由于主轴箱内只有一个主轴，所以主轴部件有足够的刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。另外，刀库可以存放数量很多的刀具，可以进行复杂零件的多工序加 工，可明显的提高数控机床的适应性和加工效率。 3.2 换刀装置 3.21换刀简述 其换刀过程： （ M6 换刀指令前，用 T 指令完成选刀） 刀盘旋转选刀完成 刀套垂直放下 Z 轴运动至第一换刀点 机械手旋转卡刀 主轴松刀 机械手旋转换刀 主轴锁刀 机械手回原点 刀套水平收回刀库 换刀完成 。如 3.1 所示 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 1-机械手； 2-刀库； 3-主轴； 4-刀套； 5-刀具 图 3.1 换刀示意图 3.21换刀流程 其具体换刀过程为：本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图所示。换刀之前，刀库 2 将待换刀具送到换刀位置，之后把带有刀具 5 的刀套 4 向下翻转 90 度，使之与主轴轴线平行；在机床切屑加工过程中，机械手的手臂 1 与主轴中心换刀位置的刀具中心线的连线成 75 度，该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一给动作是顺时针转 75 度，两手分别抓住刀库中和主轴上的刀柄；然后，机械手执行拨刀动作，即机械手下降，同时拨出两把刀具；机械手将带着两把刀具逆时针转 180 度，使主轴刀具与刀库刀具交换位置；然后，机械手将上升，将刀具主轴锥孔和刀套中；刀具插入主轴锥孔后，54321加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 刀具的自动夹紧机构会将刀具自动夹紧 .然后，驱动机械手逆时 针转 180 度的液压缸复位，机械手无动作，机械手反转 75 度，回到原始位置。 第四章 刀库的选刀 4.1 解释关键词 在刀具库选择一节中已经有所提及，在此不便重复书写。 先具体说明在次系统刀库的选刀。 现在先解释几个关键词 4.11 刀具 指具体实施切削工件的工具，每把刀具可予以编号，选刀时直接指定刀具号。 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 4.12 刀套 指卡装的刀具的装置。刀套也有编号。 4.13 刀盘 刀库中的旋转体。带动刀套运动。 4.14 换刀位置 刀库中的特定位置，只有在此位置上的刀具才能换到主轴 上。 4.2 选刀 可使用的专用换刀指令有 13 条。其中有刀号的搜寻、刀盘的旋转、主轴的换刀、刀号写入 ， 刀号读出，就近选刀旋转方向，旋转步数的确定，制做一环形计数器等 。 M 0 0 1K 0 1K 0 2K 0 3R 2 9 5 0R 2 9 6 0R 2 9 5 3设定换刀参数设定刀库总刀具数设定屏幕显示刀具方式 图 4.1 刀库及换刀参数的设定 4.21 刀库及换刀参数的设置 在使用专用换刀指令时，文件寄存器 R2950-R3639 已被规定用于换刀指令特殊的用途， 必须通过 PLC 程序加以适当的设置 PLC 程序 。 （ 如图 4.1） 4.22 设定刀具号（以 32 把刀为例） 向刀 库中的 R3000-R3079 顺序写入刀具号 （ 如图 4.2） 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 S . A Y C K 1 1R 3 0 0 0 R 3 0 7 0 M 3 0X 1 0 0 1一次性写入全部刀具号 图 4.2 刀具号设定 （刀库就像一酒店内的环行客房， R3000-R3032 就是每个房屋的固定门牌号码，刀具就是住在每门房屋的客人。 S.ATC.K11 指令就是一次性顺序安排所有客人住进客房） 4.23 就近选刀指令 S . R O T K1R 5 0 0 R 5 1 1 M 2 0 0M 1 0就近选刀判断指令RM RN 就近选刀：即按最短的行程旋转刀盘。在编制 PLC 程序时，核心就是 “ 选刀 ” ，即发 一个选刀指令，驱动刀库正向或反向旋转，直到 “ 换刀位置刀号 ” 与 “ 所选刀号 ” 相等，才使刀盘停止旋转，执行后续的换刀动作。 如图 4.3 所示 “ 换刀位置 ” 是刀库上的一固定位置，只有在这个位置上的刀具才可能被换至主轴上。在刀盘旋转时 “ 换刀位置 ” 中的刀具号是不断变化的。在 PLC 程序中用一停电保持的文件寄存器 R 来表示 “ 换刀位置 ” （如 R3000）当刀盘旋转时，用刀盘计数器的计数脉冲改变加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 R3000 的值。 R3000 的 “ 数据 ” 就是 “ 换刀位置 ” 的 “ 刀号 ” 。 “ 选定刀号 ” 是主加工程序中，用 T 指令选取的刀号。 就近选刀这条指令能根据 “ 换刀位置刀号 ” 与所选刀号的数值自动驱动 M200=ON或 OFF。当 M200=ON 则刀盘正转， M200=OFF，则刀盘反转，但使用这条指令前必须进行若干设置，示例如下： （ Rn R500 用以指定参数设置缓冲区的起始地址。 在指定的参数设置缓冲区内，不设置具体的内容，只设置存放具体数据的文件寄存器的地址号。 如在 R500 内指定一个文件寄存器的地址号 513 ，则文件寄存器 R513 用以设置刀盘旋转的相关参数，如刀盘从 “0” 或 “1” 开始计数，是否就近选刀等。 （ Rn+1） R501 指定 “ 换刀位置 ” 文件寄存器地址号，该地址号存放于 R501 中。 （ Rn+2） R502 指定 “ 选定刀号 ” 文件寄存器地址号，该地址号存于 R502 中。 （ Rn+3） R503 指定一个文件寄存器地址号存于 R503 中，该文件寄存器中的数值是 NC 经计算出的为选刀，刀盘应转动的步数。 旋转指令的前期设置示 （ 例如图 4.4 所示） 。 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 H O VK 5 1 3R 5 0 0M 9 9 9R 5 0 1K 3 0 0 0H O VH O VK 6 3 6R 5 0 2R 2 9 6 0K 2 4H O VH O VK8R 5 1 3R 5 0 3K 1 9 2 0H O V指定用于参数设置的寄存器地址号指 定 换 刀 位 置 寄 存 器 地 址 号指 定 选 择 刀 号 寄 存 器 地 址 号指 定 旋 转 步 数 寄 存 器 地 址 号设定旋转指令的相关参数设定刀库总刀具数 图 4.4 旋转指令设置 经以上设置，则 R513 用于设置刀库旋转参数 R3000 换刀位置寄存器 R636 选定刀号寄存器 R1920 应旋转步数寄存器 则刀盘旋转动作 如图 4.5。 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 Y1M 7 5 0Y2R 1 9 0 0 R0R 3 0 0 0 R 3 6 0M 1 5 M 2 0 0 M 7 5 0M 1 5 M 2 0 0 M 7 5 0就近选刀刀号相等刀盘正转刀号相等刀盘反转 图 4.5 刀盘旋转 图 4.5 中 M15 刀盘旋转启动指令由主加工程序发出。 M200 用于确定刀盘正反转。由就近选刀指令发出。 M750 刀号相等用于切断刀盘正反转。 4.3 获取 “换刀位置 ”寄存器中刀具数据 刀库的旋转由刀库计数器予以检测，刀盘不断旋转， “ 换刀位置 ” 寄存器中刀具数也断改变，检知 “ 换刀位置 ” 中的数据则由以下两条指 令予以完成。 4.31 刀盘正转 （如图 4.6） S . A T C R7 R 2 9 6 0 M 5 5M 7 8 0 正转脉冲 刀盘正转指令 图 4.6 刀盘正转 4.32 刀盘反转 （如图 4.7） S . A T C K8 R 2 9 6 0 M 5 8M 7 8 1 反转脉冲 刀盘反转指令 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 图 4.7 刀盘反转 当刀盘正转脉冲或反转脉冲驱动上述指令后，在换刀位置 R3000 中的数据不断变化 ，R3000 的数值就表示了出现在 “ 换刀位置 ” 中的刀号。 “ 选择刀号 ” 由 R36 中的数据表示，这是 NC 中已经规定了的。由于 R3000和 R36 中出现的是 BCD 码，所 以进行比较之前还须进行二进制转换（如图 4.8）。 B I N R 3 0 0 0B I N R 3 2M 1 0 0 0二进制转换 图 4.8 选择刀号 经过图 4.8 处理，获得了： “ 换刀位置 ” 的刀号数据和 “ 选择刀号 ” 的刀号数据，这就可以进行比较，以获取停止旋转条件。 通过 S. ROT. K1 指令获取旋转方向，最终完成旋转选刀。 4.4 机械手刀库的换刀 4.41 概述 机械手刀库与斗笠式刀库的最大区别在于，斗笠式刀库的刀套号始终于刀具号相对应。刀具号始终是环形排列。而机械手刀库中的刀套号 与刀具号是不一致的。因为机械手刀库在换刀时是通过机械手将主轴刀具与换刀位置刀具相交换，其刀具号就不是环形顺序排列，而是环形随机排列。因此在 PLC 程序中处理稍显复杂些，换刀指令有一条专用于主轴换刀（如图 4.9）。 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 X 1 4 6M 9 9 9M 8 0M O V K0 R 2 9 7 0M O V X 2 9 7 0 R 2 3 0 0S . A T CK3 R 2 3 0 0 R 2 9 6 0 M 5 2设定主轴刀具号设定主轴刀具寄存器地址地址号主轴换刀指令换刀完成信号 图 4.9 换刀指令 该指令的含义就是当换刀信号 =ON 时，将主轴刀具号与换刀位刀具号相交换。该指令执行前要做相应的设置。 4.5 刀套标签和实际刀具的对应关系 在 NC 的 “ 刀具登录 ” 画面上，每驱动 “ 刀盘正转 ” 或 “ 刀盘反 转 ” 指令，就可观察到 MG1 -MG80（对应 R3000 R3079）中的数据在改变，实际上是在做环行移动。 如果驱动主轴换刀指令，则环行刀具排列就不是顺序的，而是随机排列。在实际调试中，对于机械手刀库，经过多次换刀后，刀套标签所对于的实际刀具已完全不同，用户要求随时了解每一刀套内的实际刀具，这可以通过程序处理后在 “ 刀具登录 ” 画面上观察到。 在 PLC 程序中 ，做一环行计数器，用其代表刀套的实际运动。再将该环行计数器的值送入专用指令所规定的指针寄存器 R2965，这样 在 “ 刀具登录 ” 画面上就可观察到每一刀套内的实际刀具。 PLC 程序处理 如图 4.10。 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 D 1 0 R 9 0K1I N C D 1 0D E C D 1 0M O VM O VM O VK1K 8 0D 1 0 R 2 9 5 6D 1 0D 1 0M 6 5 0D 1 0 为环行计数器设定指针号M 6 5 3D 1 0 图 4.10 PLC 程序处理 综上：在使用专用换刀指令的前提下，整个刀库可以看成是酒店内的环形客房。R3000-R3079 是客房的固定门牌号码。刀具是住在每间客房的客人。刀盘每旋转一次，房间里的客人就整体顺时针或逆时针移动一次。斗笠式刀库中，客人全部是环行顺序排列，而机械手刀库中的刀套号与刀具号是不一致的，客人是环形随机排列。 一个刀库可以看成三套运动系统 ,R3000-R3079 是固定的门牌号码，它的数值由刀盘运动指令确定。 刀套也可以看做是一环形运动系统，用环行计数器指示其运动位置。将其数值赋予指针 R2965，在显示屏上可观察到 MG 刀套对应的实际刀具。 刀具也做环形运动，由 S.ATC.K7/S.ATCK8 驱动其做环形运动，其刀具号在R3000-R3079 中反映。而且只要驱动 S.ATC.K7/S.ATCK8 指令，则在屏幕上 MG1 -MG80 立即对应显示为 R3000-R3079 的值。 虽然使用其他的指令也可以编制换刀程序，但使用专用换刀指令更快捷一些。而且可 以在屏幕上观察到刀具的变化，对于机械手刀库尤为适用。只是使用专用指令的前期设置比较繁难，使用时应予以注意 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 第五章 换刀子程序的调用 5.1 概述 由于加工中心的加工特点，在编写加工程序前，首先要注意换刀程序的应用， 在不同的加工中心，其换刀过程是不完全一样的，通常选刀和换刀可分开进行。换刀完毕启动主轴后，方可进行下面程序段的加工内容。选刀动作可与机床的加工重合，既利用切削时间进行选刀。本加工中心采用了固定的换刀点位置，每个运动部件只有移到这个位置才能进行换刀动作。 5.2 换 刀子程序 其换刀过程可以用子程序描述，此加工中心刀库的换刀子程序如下所示， O9000 N10 G90 /选择绝对方式 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 N20 G53 Z-124.8 /主轴 Z 向移动至到换刀点位置 (即与刀库在 Z 方向上相应 ) N30 M06 /刀库选刀完毕旋转至与主轴对准 ,主轴准停 N40 M12 /刀库刀具向下翻 90 度与主 轴轴线平行 N50 M17 /机械手顺时针转 75 度，进行抓刀动作 N60 M11 /主轴放松刀柄 N70 M52 /机械手下降至换刀安全点，机械动作至点由液压控制 N80 M63 /机械手旋转 180，将刀具交换 N90 M54 /机械手上升，并将刀具插入主轴 N110 M10 /主轴紧刀 N120 M18 /机械手逆转 75 度，回到原位 N130 M99 /换刀子程序结束，返回主程序 在此必须注意的是 ,为保证换刀安全 ,换刀子程序不能被随意更改 ,最好管理人员可将该程序隐藏起来 .当加工程序中需要换刀 ,调用 O9000 号子程序即可 .调用程序段可用如下格式 : NTM98 O9000 其中： N 后为程序顺序号； T 后为刀具号，一般去两位； M98 为调用换刀子程序； P9000为换刀子程序号。 第六章 液压 6.1、概述 加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它将数控铣床、数控镗床和数控钻床的功能组合在一起，工件在一次装夹后，可完成大部分表面的铣、镗、钻、扩、铰和攻螺纹等工序加工。其特点是采用计算机控制实现工件的自动加工，同时可根据不同加工工件的加工要求编制加工程序，而实现多种工件的自动加工。 由于时间问题，对于本加工中心的液压部分，仅对刀库和机械手部分进行了简单的介绍；对于其他部分，如回转台的夹紧、托盘运换等就不加以介绍。 加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 6.2 加工中心部分液压系统 图 6.2 为加工中心部分液压 系统图。该液压系统的电磁铁在计算机控制系统的程序控制下，按一定程序通断电，相应个液压缸和马达按一定程序动作，从而完成自动换刀等动作。 图 6.2 液压系统原理图 6.21 工作原理 开动机床，电磁铁 1YA 通电，限压式变压泵 1 向蓄能器 10 充油，当充油压力升到变量泵的极限压力时，泵的理论输出流量为零，从而减少功率损耗；各液压缸和马达所需流量有蓄能器和泵共同供给，系统主油路压力在蓄能器作用下维持在 56Mpa。 6.22 刀库链定位 电磁铁 25YA 不通电时，换向阀 58 右位接入系统， 刀库链定位其油路为 进 油路：蓄能器 10截止阀 9 变量泵 1单量阀 2换向阀 7减压阀 57换向阀 58液压锁 59刀库链定位缸左腔； 回油路：刀库链定位缸右腔液压锁 59换向阀 58过滤器 3油箱。 1234567 1 Y ATP12118109加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 电磁铁 25YA 通电，换向阀 58 左位接入系统，刀库链定位解除。采用电磁换向阀 58 失电定位和液压锁 59，可在保证突然停电和负载失常时刀库链定位缸的可靠工作。 图 6.22 刀库链定位、刀库移动、 松刀 6.23 刀库移动 电磁铁 22YA 通电，换向阀 53 左位接入系统，刀库正向移动， 其油路为 进油路 ： 蓄能器 10截止阀 9变量泵 1单 量阀 2 换向阀 7节流阀 52换向阀 53刀库移动马达进油口； 回油路：刀库移 动马达出油口 换向阀 53单向节流阀 54换向阀 55过滤器 3油箱。 电磁铁 23YA 通电而 22YA 断电，换向阀 53 右位接入系统，刀库反向移动。节流阀 52和单向节流阀 54 可调节刀库正反向移动速度。由于刀库移动惯量较小，刀库正反向移动接近终点时，电磁铁 24YA 通电，刀库移动马达的回油都必须经节流阀 56，从而实现平稳减速。 6.24 松刀 TP52562 4 Y A552 2 Y A 2 3 Y A刀库移动54刀库链定位 松刀5962582 5 Y A573 0 Y A加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 电磁铁 30YA 通电，换向阀 62 左位接入系统，刀柄松开，其油路为； 进油路：蓄能器 10截止阀 9 变量泵 1单量阀 2换向阀 7换向阀 62松刀缸右腔； 回油路：松刀缸左腔换向阀 62过滤器 3油箱。 电磁铁 30YA 断电，换向阀 62 右位接入系统，刀柄夹紧。 6.25 机械手拨刀 电磁铁 20YA 断电，换向阀 45 右位接入系统，机械手将刀具拨出，其油路为； 进油路：蓄能器 10截止阀 9 变量泵 1单量阀 2换向阀 7换向阀 45单向阀 47机械手拨刀缸左腔 回油路：机械手拨刀缸右腔节流阀 46换向阀 45过滤器 3油箱。 电磁铁 19YA 通电而 20YA 断电，换向阀 45 左位接入系统，机械手将刀具插入。机 械手拨插刀速度可通过单向节流阀 46、 47 调节。 机械手回转 逆 转 1 8 0 度 顺 转 1 8 0机械手拨刀手动换刀5051492 1 Y A482 0 Y A1 9 Y A1 8 Y A1 7 Y A1 6 Y A1 5 Y A3942 45464743444041TP加工中心刀具库系统设计之电气控制 四川职业技术学院 图 6.25 机械手拨、机械手回转、手动换刀 6.26 机械手回转 电磁铁 15YA、 17YA 通电，换向阀 39、 42 左位接入系统，机械手逆转 180 度，机械手回转油路为； 进油路：蓄能器 10截止阀 9 变量泵 1单量阀 2换向阀 7换向阀 42单向阀 43机械手回转缸右腔； 回油路：机械手回转缸左腔节流阀 44换向阀 42过滤器 3油箱。 机械手回转缸活塞杆油路为 进油路：蓄能器 10截止阀 9 变量泵 1单量阀 2换向阀 7换向阀 39单向阀 40机械手 回转缸活塞杆右腔； 回油路：机械手回转缸活塞杆左腔节流阀 41换向阀 39过滤器 3油箱。 电磁铁 15YA、 17YA 断电、电磁铁 16YA、 18YA 通电，换向阀 39、 42 右位接入系统，机械手顺转 180 度。机械手回转和终点缓冲定位速度可由单向节流阀 40、 41、 43、 44 调节。 6.27 手动换刀 电磁铁 21YA 通电，换向阀 49 左位接入系统，可手动换刀，其油路为； 进油路：蓄能器 10截止阀 9 变量泵 1单量阀 2换向阀 7减压阀 48换向阀 49单向阀 50手动换刀缸右腔； 回油路：手动换刀缸左腔节流阀 51换向阀 49过滤器 3油箱。 手动换刀缸活塞移动速度可由单向节流阀 50、 51 调节。 6.3 系统特点 蓄能器 10 可与限压式变压泵 1 共同向各液压缸和马达供油，而祈祷增速稳压作用。此外，蓄能器 10 还能吸收液压冲击能量，使系统工作稳定可靠。 减压阀 48、 57，保证了手动换刀和刀库链定位油路有较系统底的稳定压力。 机械手回转、机械手拨刀、刀库移动油路的换向阀采用 Y 型中位机能，保证了中位停止时各执行元件的浮动要求。 电磁换向阀、压力继电器容易与电气控