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。