加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试

加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试

一、实训目的

（ 1 ）了解加工中心的各种刀库形式；

（ 2 ）了解机械手换刀的基本动作组成；

（ 3 ）掌握加工中心自动换刀程序的编写与调试运行；

二、预习要求

认真阅读加工中心组成、换刀装置、自动换刀程序的编写等章节内容。

三、实训理论基础

1 ．加工中心的刀库形式

加工中心刀库的形式很多，结构各异。常用的刀库有鼓轮式和链式刀库两种。

图 11-1 鼓轮式刀库

（ a ）径向取刀形式（ b ）轴向取刀形式（ c ）径向布置形式（ d ）角度布置形式鼓轮式刀库结构简单，紧凑，应用较多。一般存放刀具不超过 32 把。见图 11-1 。

径向取刀形式（ a ）多用于使用斗笠式刀库的立式加工中心和使用角度布置的机械手换刀装置的加工中心；形式（ b ）应用比较广泛，可用于立式和卧式加工中心，换刀可用机械手或直接主轴移动式换刀。由于从布局设计方面的考虑，鼓轮式刀库一般都采用侧向安装的结构形式，若用于机械手平行布置的加工中心时，刀库中的刀袋（座）通常在换刀工作位可作 90 o 翻转。形式（ c ）多用于小型钻削中心；形式（ d ）一般用于专用加工中心。

链式刀库多为轴向取刀，适于要求刀库容量较大的加工中心。见图 11-2 。

图 11-2 链式刀库

2 ．自动换刀装置及其动作分解

斗笠式刀库换刀装置我们已经在实训 4 中接触过，在此就不再赘述。

对于刀库侧向布置、机械手平行布置的加工中心，其换刀动作分解见图 11-3 。换刀时， Txx 指令的选刀动作和 M6 指令的换刀动作可分开使用。

图 11-3 平行布置机械手的换刀过程

图 11-4 角度布置机械手的换刀过程

对于刀库侧向布置、机械手角度布置的加工中心，其换刀动作分解见图 11-4 。

机械手换刀装置的自动换刀动作如下：

（ 1）主轴端：主轴箱回到最高处（ Z 坐标零点），同时实现“主轴准停”。即主轴停止回转并准确停止在一个固定不变的角度方位上，保证主轴端面的键也在一个固定的方位，使刀柄上的键槽能恰好对正端面键。

刀库端：刀库旋转选刀，将要更换刀号的新刀具转至换刀工作位置。对机械手平行布置的加工中心来说，刀库的刀袋还需要预先作90 o的翻转，将刀具翻转至与主轴平行的角度方位。（ 2）机械手分别抓住主轴上和刀库上的刀具，然后进行主轴吹气，气缸推动卡爪松开主轴上的刀柄拉钉。

（ 3）活塞杆推动机械手伸出，从主轴和刀库上取出刀具。

（ 4）机械手回转180 °，交换刀具位置。

（ 5）将更换后的刀具装入主轴和刀库，主轴气缸缩回，卡爪卡紧刀柄上的拉钉。

（ 6）机械手放开主轴和刀库上的刀具后复位。对机械手平行布置的加工中心来说，刀库的刀袋还需要再作 90 o的翻转，将刀具翻转至与刀库中刀具平行的角度方位。

（ 7）限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或其它程序动作。

主轴移动式换刀装置的换刀动作见图 11-5 。其换刀动作分解如下：

图 11-5 主轴移动式换刀过程

（ 1）主轴准停，主轴箱沿 Y 轴上升。这时刀库上刀位的空挡正对着交换位置，装卡刀具的卡爪打开。如图 11-5 （ a ）所示。

（ 2）主轴箱上升到极限位置，被更换的刀具刀杆进入刀库空刀位，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时，主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具。如图 11-5 （ b ）所示。

（ 3）刀库伸出，从主轴锥孔中将刀拔出。如图 11-5 （ c ）所示。

（ 4）刀库转位，按照程序指令要求，将选好的刀具转到最下面的位置，同时，压缩空气将主轴锥孔吹净。如图 11-5 （ d ）所示。

（ 5）刀库退回，同时将新刀插入主轴锥孔，主轴内刀具夹紧装置将刀杆拉紧。如图11-5（e）（ 6）主轴下降到加工位置、启动，开始下一步的加工。如图 11-5 （ f ）所示。

3 ．自动换刀的编程

加工中心的编程和数控铣床编程的不同之处，主要在于增加了用 M06 、 M19 和 Txx 进行自动换刀的功能指令，其它都没有多大的区别。

M06--- 自动换刀指令。本指令将驱动机械手进行换刀动作，不包括刀库转动的选刀动作。

M19--- 主轴准停。本指令将使主轴定向停止，确保主轴停止的方位和装刀标记方位一致。在大部分加工中心系统中， M19 包含在 M06 中，因此不需要另外给定。

对于不用机械手换刀的斗笠式刀库和主轴移动式换刀的立、卧式加工中心而言，其在进行换刀动作之时，是先取下主轴上的刀具，再进行刀库转位的选刀动作，然后再换上新的刀具。其选刀动作和换刀动作无法分开进行，故编程上一般用“ Txx M06 ”的形式，不能分离使用。而对于采用机械手换刀的加工中心来说，可以合理地安排选刀和换刀的指令的书写位置和格式。

在对加工中心进行换刀动作的编程安排时，应考虑如下问题：

（ 1 ）换刀动作必须在主轴停转的条件下进行。

（ 2 ）换刀点的位置应根据所用机床的要求安排，有的机床要求必须将换刀位置安排在参考点处或至少应让 Z 轴方向返回参考点，这时就要使用 G28 指令。有的机床则允许用参数设定第二参考点作为换刀位置，这时就可在换刀程序前安排 G30 指令。无论如何，换刀点的位置应远离工件及夹具，应保证有足够的换刀空间。

（ 3 ）为了节省自动换刀时间，提高加工效率，应将选刀动作与机床加工动作在时间上重合起来。比如可将选刀动作指令安排在换刀前的回参考点移动过程中，如果返回参考点所用的时间小于选刀动作时间，则应将选刀动作安排在换刀前的耗时较长的加工程序段中。

（ 5 ）换刀完毕后，不要忘记安排重新启动主轴的指令，否则加工将无法持续。

（ 6 ） M06 涉及的动作较多，一般通过 PLC 对此指令进行设计控制，不同的系统设计其动作连锁要求也不尽相同，因此参详系统编程或使用说明书是非常重要的。

图 11-6 换刀编程图例

4 ．编程实例

如图 11-6 所示零件，分别用?40 的端面铣刀铣上表面，用?20 的立铣刀铣四侧面和 A 、B 面，用?6 的钻头钻 6 个小孔，?12 的钻头钻中间的两个大孔。以毛坯中心离上表面 -15mm 处为 G54 的原点，各刀具长度和刀具直径分别设定在 H01~H04 、 D01~D04 中。编程如下：程序含义

%0002 程序番号

M30 X 、 Y 返回参考点

程序结束并复位。

四、实训仪器及设备

＜ 1 ＞台湾丽伟 V-60 立式加工中心 1 台

＜ 2 ＞ 120x100x20 金属板料 1 块

＜ 3 ＞基本装夹工具、刀具 1 套

五、实训内容及步骤

＜ 1 ＞丽伟 V-60 立式加工中心的操作使用

＜ 2 ＞加工中心刀具的装夹

＜ 3 ＞自动换刀程序调试与运行

1 ．丽伟 V-60 立式加工中心使用简介

1 ）数控操作面板

丽伟 V-60 立式加工中心使用 FANUC-18M 数控系统，如图 11-7 所示。其数控操作面板的键位功能和布局与实训 4 中介绍的 FANUC-0i 系统面板相同，只是功能键采用了图形化标志。其对应关系见表。

键类别英文键名图标键名功能说明键类别英文键名图标键名功能说明

光标键CURSOR ←↑→↓ 光标移动用

POS 位置坐标显示

功能键

页面键PAGE 翻页用PROG 程序显示

OFFSET SETTING 刀补、设置和预置工件坐标系的显

示和设定

编辑键

SHIFT 换挡键SYSTEM

系统参数、诊断等

显示

CAN 取消键MESSAGE 报警信息等显示INPUT 数据输入键CUSTOM

GRAPH

轨迹图形显示

用户宏程序显示ALTER 改写键

INSERT 插入键复位键RESET 解除报警、复位等DELETE 删除键帮助键HELP MDI 操作帮助

2 ）手动操作面板

手动操作面板大多是英文键名，第一行是选择操作方式的开关，有以下几种方式。

① 自动（ AUTO ）存储运转方式（或称自动加工）

② 编辑（ EDIT ）编缉方式

③ MDI MDI 手动数据输入方式

④ 回零（ HOME ）回参考点操作方式选择

⑤ 手动（ JOG ）手动连续进给方式

⑥⑦ 手轮增量（ INC JOG/MPG ）手轮增量进给方式

⑧ HOME START 回参考点执行方式

⑨ 示教（ TEACH）示教方式

在 OPERATION SELECT （功能选择键区），有如下功能设置

SINGL BLOCK 单段运行方式

BLOCK DELET 选择跳段功能

OTP STOP 选择暂停功能

DRY RUN 空运行检查方式

PRG TEST 程序校验方式

AXIS INHIBT 全轴锁定

Z CANCL Z 轴锁定

另外，还有 SPEED/MULTIPLY （速度倍率修调）、 AXIS/DIRECTION （轴方向选择）等键区。其中主要英文键名的含义是： CYCLE START （循环启动）、 CYCLE STOP （进给保持）、 SPDL DEC （主轴转速递减）、 SPDL INC （主轴转速递增）、 SPDL CCW （主轴正转）、 SPDL CW （主轴反转）、 CLNT AUTO （切削液自动模式）、 CLNT ON （切削液手动模式）。

右侧是进给速度修调旋钮和急停按钮。下面板左侧为快速进给倍率修调旋钮和手动松 / 紧刀气阀控制的按钮开关。其右侧为手轮（即手摇脉冲发生器），再右侧键区有 ATC 刀库手动正、反转按钮，排屑器按钮和超程解除按钮等。

3 ）基本操作特点

丽伟 V-60 加工中心的基本操作方法可参考 XH713A 。其操作不同点主要如下：

（ 1 ）．手动回参考点

先选择回零模式（ HOME ），然后选择需要回零的坐标轴 -X 、 +Y 、 +Z ，再按回零执行（ HOME START ）按钮，则 Z 轴将先向参考点方向移动，一直至回零指示灯亮，然后 X 、 Y 轴再自动返回参考点至灯亮。

（ 2 ）．手轮操作

先选择 MPG 手轮控制方式，再选择要移动的轴和增量倍率，然后旋动手轮，右旋为正向移动，左旋为负向移动。

2 ．加工中心刀具的装夹

1 ）．刀具组成

加工中心常用 TSG 刀具系统，其刀具一般由拉钉、刀柄、夹头和刀具等组成。采用 ER 弹簧夹头（筒夹）夹持形式的刀具装夹如图 11-8 所示。

2 ）．加工中心上的刀具安装

先选择 JOG 或 MPG 操作模式，然后一边按下手动松 / 紧刀气阀控制的按钮，一边将刀具安装到主轴刀套中，然后松开手动松 / 紧刀气阀控制的按钮即可。卸刀操作也是一样，在 JOG 或MPG 模式下，待主轴停稳后，一手抓住刀具，一手按压手动松 / 紧刀气阀控制的按钮，取下刀具后即松开手动松 / 紧刀气阀控制的按钮。

如果需要将刀具预装到刀库中作为 T1 ，可用 MDI 先执行“ G91G28Z0 ； T1M6 ；”，然后将 T1 刀具安装到主轴上，再执行“ G91G28Z0 ； T2M6 ；”，接着将 T2 刀具安装到主轴上，如此接续，即可将多把刀具分别装入到刀库内对应的刀袋中。

3 ．自动换刀程序的调试运行

参照 XH713A FANUC 系统的操作方法，将前述实例中的程序输入到数控系统中，然后装夹好工件，对刀并调试运行该程序，调试通过后进行切削加工。

六、注意事项：

（ 1 ）丽伟V-60加工中心换刀前 Z 轴必须先回参考点。主轴准停包含在换刀指令的动作中。

（ 2 ）在手动装卸刀具时一定要注意按钮的操作方法，以免操作错误导致刀具掉下摔坏。（ 3 ）通常情况下出现的超程报警是由于坐标计数超出系统内设的软极限值而引起的，此时反向移动坐标轴即可解除；但当临近行程极限时还以较快的速率继续运动，将会出现行程开关碰触极限挡块的硬超程现象，此时必须先按住“超程解除”按钮，再进行反向轴移动来解除，解除硬超程后必须重新进行回参考点的操作。

七、实训报告要求：

（ 1 ）加工中心的刀库形式有哪些南通 XH713A 、丽伟 V-60 、丽弛 LV800 、小巨人加工中心分别用的是哪类刀库

（ 2 ）机械手自动换刀分为几个动作步骤

（ 3 ）说说加工中心编程和数控铣床编程的主要区别。

（ 4 ）怎样操作将刀具按号装入刀库中

（ 5 ）编写加工图示零件的程序。