加工中心的刀库形式与自动换刀程序的调试
加工中心自动换刀功能及编程
加工中心自动换刀功能及编程加工中心自动换刀功能是通过机械手（自动换刀机构）和数控系统的有关控制指令来完成的。
换刀过程：装刀，选刀，换刀1．换刀过程（1）装刀：刀具装入刀库任选刀座装刀方式。
刀具安置在任意的刀座内，需将该刀具所在刀座号记下来。
固定刀座装刀方式。
刀具安置在设定的刀座内。
（2）选刀从刀库中选出指定刀具的操作。
1）顺序选刀：选刀方式要求按工艺过程的顺序（即刀具使用顺序）将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。
2）随意选刀：①刀座编码选刀：对刀库各刀座编码，把与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中，编程时用地址T 指出刀具所在刀座编码。
②计算机记忆选刀刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器内，刀具存放地址改变，计算机记忆也随之改变。
在刀库装有位置检测装置，刀具可以任意取出，任意送回。
（3）换刀1）主轴上的刀具和刀库中的待换刀具都是任选刀座。
刀库一选刀一到换刀位一机械手取出刀具一装入主轴，同时将主轴取下的刀具装入待换刀具的刀座。
2）主轴上的刀具放在固定的刀座中，待换刀具是任选刀座或固定刀座。
选刀过程同上，换刀时从主轴取下刀具送回刀库时，刀库应事先转动到接收主轴刀具的位置。
3）主轴上的刀具是任选刀座，待换刀具是固定刀座。
选刀同上，从主轴取下的刀具送到最近的一个空刀位。
2．自动换刀程序的编制（1）换刀动作（指令）：选刀（T XX）；换刀（M06（2）选刀和换刀通常分开进行。
（3）为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。
（4）换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。
（5）换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点（Z0）,要求在换刀前用准备功能指令（G28使主轴自动返回Z0点。
（6）换刀过程：接到T XX指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。
加工中心如何实现自动换刀(精)
要实现自动换刀功能主要就是做长度补偿值，因为半径补偿值在软件编程时已经自动加入了。
本文以云南机床厂的加工中心为例，系统为西门子802C。
一、装刀例如要装入T01、T02两把刀 1. 刀库先回零：按下回零键，再按启动按钮即可，此步骤也可不执行。
手动输入： T01 TL（有的机床不需换行也能执行） TL 为此机床自带的换刀宏程序，,不同的机床此宏程序可能名称不同，用法也不同。
在主轴上装入要使用的一号刀，此时即为T01。
2.以T01来做基准刀具，直接对刀到工件坐标系（以G54为例）Z=0,输入到G54的Z值中，此刀的长度补偿值要为0。
3.手动输入“T02 回车TL”，此时T01入库，主轴上装入二号刀，即为T02；对刀到Z=0，注意偏移值（即对刀时不能到达工件坐标系G54的Z向零点而做的偏移，如有对刀仪或偏置块时）。
4.在参数设置中找到2号刀，选择对刀(默认是
D1，在偏移处输入偏移值（为正值），零点G处输入54，按计算即可算出T02的长度补偿值D1了。
二、程序刀具号后面应加入零点偏移，如G54， UG软件中，设置刀具参数时补偿寄存器一项填入数字1就输出D1，输入2就输出D2；
刀补D0必须取消，因为要使用刀补,默认D1不必显示，若刀补为D2时,必须应在程序中加入D2。
格式大致如下： %_N_101_MPF TO1 TL G40 G17 G71 G90
G54 ...... TO2 TL G40 G17 G71 G90 G54 ...... TO3 TL G40 G17 G71 G90 G54 ...... M9 M30 %。
机械手刀库换刀宏程序的开发及调试
图 4 盘正反转指令 当刀盘 正 转 脉 冲 或 反 转 脉 冲 驱 动 上 述 指 令 后， 在显示屏幕上可观察到各刀位内 R10700 ～ R10719 内
图 5 刀具交换指令的触发
85
M 机电一体化 echatronics
4. 换刀宏程序及 PLC 程序的编制方法 换刀程序的编制有两种类型： 其一是全部动作 由 PLC 程序控制，其二是换刀动作的顺序部分由宏 程序编制，而单步的动作由 PLC 程序编制。由于宏 程序的 编 程 简 单，特 别 是 可 以 方 便 地 进 行 条 件 判 断，改变程序的流程，分析和调试程序也方便，所 以使用宏 程 序 方 式 编 制 换 刀 程 序 是 简 便 易 行 的 方 法。 机械手刀库的换刀可以分解为两部分，第 1 为 选刀，第 2 为换刀。在实际加工过程中，可先发出 选刀指令完成选刀，在需要换刀的工步再行执行换 刀，这样可以节约换刀时间。这也是机械手刀库的 优越性之一。 因此在编制机械手刀库宏程序时可编制两个宏 程序，其一是选刀宏程序，其二为换刀宏程序。在 不同的工步调用不同的宏程序。 （1） 机械手刀库的换刀顺序 （ 选刀已预先完成 状态） 各轴 （X、Y、Z 轴） 运动至第 1 换刀点→ 主轴停转→关闭切削液→Z 轴运动至第 2 换刀点→主 轴定位→刀套垂直→刀臂卡刀→主轴松刀→刀臂换 刀→主轴 锁 刀 → 刀 臂 回 原 点 → 刀 套 水 平 → 换 刀 完 成。 （2） 换刀宏程序 程序如下：
（ 收稿日期： 20101230）
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9100 N10 M10 （ 进入换刀宏程序标志） N50 M5 （ 主轴停） N54 M9 （ 冷却停） N60 M19 （ 主轴定位） N80 G30P2Z0 （ Z 轴下到换刀点，位置由#2038 设定） N90 M20 （ 发刀套垂直指令） N95 M23 （ 发机械手卡刀指令） N100 M27 （ 发主轴松刀指令） N115 M28 （ 发机械手旋转换刀指令） N120 M26 （ 发主轴锁刀指令） N130 M22 （ 发机械手回原点指令） N140 M21 （ 发刀套水平指令） N180 M80 （ 退出换刀宏程序） N190 M99 （ 宏程序结束）
立式加工中心刀库调试流程
2 注注意：意：
4
立式加工中心刀库报警调试流程
1.11平02口0虎S钳PI的ND找L正E 装TO夹O（L装N夹OT试C件L方AM法P一） 主轴刀具没有卡紧，请检查刀具的卡紧到位信号反馈开 关，并确认气管连接正确
处 理 方 案
2 1
步步骤说骤明：：
（1）把装有百分表的磁力表
座（钳1态检吸，2并）在固查将确主定打百保轴在分刀正钳油表缸侧口移缸面上松动内。方夹至。油平刀量口状虎是 （否3充）移足动X轴看百分表柱的 位2检置。查气源压力是否充 （（大足3刀表45,））气针具将调管跳夹百整动连分平紧约表口接电0.压虎2是磁m在钳m否阀钳位。正口置是上，确否。使 （正6确）锁住其中一个紧固螺栓。
逐1
2
步
排
除
报警状态
1电磁阀
2刀库气缸反馈信号
步步骤说骤明：：
（1）把装有百分表的磁力表
座1检吸在查主电轴磁正阀侧面,看。上下方 （向2是）将否百有分显表移示动等至亮平起口虎 钳（2检，3）固查移定刀动在X库钳轴气口看上百缸方分内。表的柱反的 位馈置信。号点是否到位(看信 （号4灯）将) 百分表压在钳口上。 （大（34寸将表56））针动上调锁跳方电整住动平其式键约口中旁0.虎一2的m钳个m修位紧。置固调，螺钥使栓。 （匙7拧）再到找修正调到0位.02置mm内。 （5按8）刀交库替锁水紧平两键个紧固螺栓。
（8）交替锁紧两个紧固螺栓。
3 注注意：意：
立式加工中心刀库报警调试流程
1.11平06口6虎A钳TC的N找O正T装IN夹Z（ER装O夹P试O件SI方TI法ON一）
机械手没有在0度位置，请检查机械手0度位置信号并执 行机械手旋转动作至0度
报
三个灯的含义(从左到
加工中心的自动换刀系统
加工中心自动换刀装置
一、加工中心自动换刀装置的类型 1.转塔式 更换主轴换刀装置 （1）脱开主轴传动 （2）转塔头抬起 （3）转塔头转位 （4）转塔头定位 （5）主轴传动重新接通
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
一、加工中心自动换刀装置的类型 2.成套更换式 （1）更换转塔 （2）更换主轴箱 （3）更换刀库
六、几种典型换刀过程 1、无机械手换刀
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
六、几种典型换刀过程 2、机械手换刀
加工中心自动换刀装置
六、几种典型换刀过程 3、带刀套机械手换刀
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 2.链式刀库
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 3.格子式刀库
加工中心自动换刀装置
二、加工中心刀库形式 3.格子式刀库
加工中心自动换刀装置
三、加工中心刀库结构
加工中心自动换刀装置
三、加工中心刀库结构
加工中心自动换刀装置
四、JCS-018A加工中心机械手结构 2、机械手抓刀部分的结构
五、其他类型机械手 2、两手互相垂直的回 转式单臂机械手
加工中心自动换刀装置
五、其他类型机械手 3、两手平行的回转式单臂机械手
加工中心自动换刀装置
五、其他类型机械手 4、双手交叉式机械手 （1）机械手移动到机床主轴处-卸装刀具 （2）机械手移动到刀库处送回卸下的刀具
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
加工中心自动换刀装置
四、JCS-018A加工中心 机械手结构 2、机械手抓刀部分的 结构
பைடு நூலகம் 加工中心自动换刀装置
加工中心的刀库种类及换刀形式
自动换刀数控机床多采用刀库式自动换刀装置。
带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成，它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。
换刀过程较为复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸预调整之后，按一定的方式放入刀库，换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具。
在进行刀具交换之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。
存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外。
1、刀库的种类刀库用于存放刀具，它是自动换刀装置中的主要部件之一。
根据刀库存放刀具的数目和取刀方式，刀库可设计成不同类型。
常见的几种刀库的形式有哪些。
(1)直线刀库，刀具在刀库中直线排列、结构简单，存放刀具数量有限(一般8把-12把)，较少使用。
(2)圆盘刀库。
，存刀量少则6把-8把，多则50把-60把，有多种形式。
刀具径向布置，占有较大空间，一般置于机床立柱上端。
刀具轴向布置，常置于主轴侧面，刀库轴心线可垂直放置，也可以水平放置，较多使用。
刀具为伞状布置，多斜放于立柱上端。
为进一步扩充存刀量，有的机床使用多圈分布刀具的圆盘刀库，多层圆盘刀库)和多排圆盘刀库。
多排圆盘刀库每排4把刀，可整排更换。
后三种刀库形式使用较少。
(3)链式刀库。
链式刀库是较常使用的形式，常用的有单排链式刀库和加长链条的链式刀库。
(4)其他刀库。
格子箱式刀库，，刀库容量较大。
单面式，多面式。
2、换刀方式数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
(1)无机械手换刀。
必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间长。
(2)机械手换刀。
采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间。
加工中心刀库调试方法
---- 辦晶wVr# --------加工中心刀库调试方法前言：我司常用的加工中心的刀库分为两大类： 斗笠刀库常用的两种：1、气动式；2、电动式刀臂检测没有问题后，再把 三段式校刀器 A 件、B 件分别装在主轴和刀臂上，用 位置。
三段式校刀器A 件B 件C 件1、圆盘刀库, 也叫刀臂式刀库；2、斗笠刀库。
刀库圆盘刀库气动式 斗笠刀库电动式、圆盘刀库的调试1、检查刀臂的平直度将百分表固定在主轴上，检测刀臂两端是否平直, 如果不平直则必须校正或通知刀库厂家处理。
（平直度在0.10mm C 件的松紧度作为参照来调整刀库2、大体校正刀库位置将刀臂摆到扣刀位置（即在主轴下面，注意观察位置是否已经到位：刀臂将有一段时间保持固定不动，就可以确认已到达扣刀位置），大体校正刀臂和主轴中心孔的位置。
3、调整刀库的水平度把百分表固定在工作台上，通过支架和刀库的调整块来校正刀臂前后、左右的水平度（水平度在0.15mm以内）4、准确校正刀库位置准确校正校正好刀臂和主轴中心孔的位置标准的位置应当是，C件可以轻松通过E件而进入A件的内孔。
注意：刀臂位置相对主轴要往前0.1mm-0.2mm，坚决不能往后，否则换刀时刀臂容易将主轴打坏。
5、再检查刀库水平度校正好刀臂和主轴中心孔的位置后，再检查刀臂前后、左右的水平度。
若水平度超差，则需要重新校正，如此重复第3和第4步，直到符合要求（水平度在0.15mm以内）。
6、检查刀盘电机和刀臂电机的旋转方向检查刀盘和刀臂的旋转方向是否正确。
刀盘正转正确的方向应当是刀套号在递增；刀臂正确的旋转方向应当是刀臂的缺口往前走（注意：刀臂没有反转）。
刀臂的正确旋转方向刀盘正转8检查刀套信号 用手按动刀套上下的电磁阀，检查刀套上检测到位、下检测到位的信号是否正确。
三菱系统：X20A （刀套上到位检测信号），X209 （刀套下到位检查信号） 发那科系统：X8.5 （刀套上到位检测信号），X8.6 （刀套下到位检查信号）9、检查刀臂信号用扳手旋转刀臂电机尾端，检查刀臂刹车信号、扣刀信号是否正确。
加工中心不同刀库的换刀方法和指令
加工中心是拥有刀库和自动换刀装置的数控加工设备。
刀库的种类有很多种，换刀的方法及换刀指令的编写和执行也各不相同。
下面，就为大家总结一下几种常见刀库的换刀方式及其指令。
斗笠式刀库的换刀:斗笠式刀库大多采用固定地址换刀方式，刀具号与刀座号存在一一对应的关系。
斗笠式刀库的换刀动作是依靠刀库的横向移动与主轴的上下移动来实现的，这种方式简称为主轴换刀方式。
由于没有换刀机械手，所以选刀动作不能在换刀动作之前预选，而是将换刀指令与选刀指令编写在同一个程序段中，其指令格式为M06 TXX。
执行这个指令时，刀库首先找到指令中主轴上需要换下的刀号所对应的刀座，并将其转到换刀位置，使主轴上的刀具换回到刀座中。
接下来，刀库再找到指令中需要换上的刀具，将其转到换刀位置，并换上主轴。
因为不能预选刀具，这个指令如果将Tx x放在M06之前就是无效的，最终选刀的动作还是在执行M06时执行，如果M06后面没有Tx x，系统就会报错。
圆盘式和链式刀库的换刀:圆盘式刀库和链式刀库一般会采用随机地址的换刀方式，刀具号与刀座号并不是一一对应，而是随机的，但数控系统能够记忆其对应关系。
圆盘式和链式刀库采用机械手进行换刀，换刀前可以对新换上的刀具进行预选。
刀具指令Tx x控制刀库旋转，并将选中的刀具转至换刀工作位置，而换刀指令M06控制换刀机械手的动作，实现主轴刀具与刀库换刀位置处新旧两把刀具的交换。
圆盘式和链式刀库的选刀指令与换刀指令可以编写在同一个程序段，也可以分在不同程序段编写，因此选刀与换刀动作也可以一起执行或分开执行，其指令格式为TXXM06。
执行这个指令时，刀库首先将指令中要换上的刀具转到换刀位置，然后机械手将刀库刀具与主轴刀具交换。
了解了以上两种换刀方式，我们可以对比一下哪种更好。
结果显而易见，第二种换刀方法将选刀动作与加工动作重叠在一起，这样换刀时就不必选刀而直接换刀，使加工效率得到了提高。
不同机床厂家的不同规定:不同的机床生产厂家对于换刀方法、换刀指令及其执行方式也有不同的规定。
加工中心刀库机械手换刀位置调整方法
柄的锥柄和
加工中心刀库机械手 抓刀盘两部
分， 分别制
换刀位置调整方法 作出两个独
图２
立的零件
贾连江 梁 辉
（
图
１ａ、ｂ）
。在 抓 刀 盘 和 锥 柄 上 分 别 加 工 出 直 径
２０ ｍｍ ＋０．０４０ ＋０．０１５
的圆柱
孔， 该孔与定位基准的同轴度公差为 ０．０１５ｍｍ。
另 制 作 一 检 验 棒（ 图 ２） 。 Φ２０ｍｍ 处 尺 寸 公 差 为 － ０．０２ ～
心换刀要求。
Ｗ０７．０８－ ３９
— — — — — — — — — — — — — — —
作者通联： 山东华源莱动内燃机有限公
司 生 产 部 设 备 科 山 东 莱 阳 市 五 龙 北 路 ４０
号
Ｅ－ ｍａｉｌ： ５１９１３７４９５＠ｑｑ．ｃｏｍ
图１
〔编辑 利 文〕
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
这种搅拌轴的定位方式存在以下缺点： ①由于圆螺母装在 下联轴节的凹座中， 拆装不便； ②工作可靠度偶有不足， 即圆螺 母松脱， 造成掉轴事故； ③多次拆装， 搅拌轴的螺纹及圆螺母容 易损坏， 增加了维修工作量。
图 １ 圆螺母定位示意图
图 ２ 卡环定位示意图
笔者受轴用弹性挡圈结构的启
发， 将搅拌轴与下联轴器的螺母定位
一套检测校正加工中心刀库、机械手换刀位置的专用工具， 使用 将检验棒插入抓刀盘和锥柄 Φ２０ｍｍ 孔中， 检测其相互 位 置 误
起来简便可靠。
差并进行调整， 调整到检验棒顺利插入为止。将锥柄装入刀库
刀套内， 用同样方法调整机械手与刀库的换
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————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ﻩ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”。
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加工中心是一种用于在机械制造业中进行高精度、高效率切削加工的设备。
在加工中心中，刀具是起到关键作用的工具，因此刀具的选择和使用十分重要。
为了提高生产效率，减少人力成本，加工中心通常配备有刀库和自动换刀程序。
刀库是用于存放和组织各种刀具的设备，可以是一个简单的工具车，也可以是一个复杂的机械自动刀库。
刀库的形式直接影响到刀具的快速更换和选择的便捷性。
刀库的形式通常有以下几种：1.手动刀库：这是一种简单的刀具存放方式，操作人员需要手动将刀具放入和取出刀库。
这种方式比较容易实现，但是效率较低，不适合高产量的生产。
2.机械式刀库：这是一种半自动的刀具存放方式，刀具的放入和取出通过机械装置来实现。
操作人员只需按下相应的按钮或操作面板上的控制按钮，机械装置就会按照预定的程序进行刀具的换取。
这种方式相对于手动刀库来说效率更高，但仍然需要操作人员的参与。
3.自动式刀库：这是一种完全自动的刀具存放方式，刀具的放入和取出由机械装置自动完成。
机械装置按照预定程序自动和选择需要的刀具，并将其取出并装入主轴。
这种方式适用于高产量、高频率的生产，减少了人工干预的时间和机会。
刀库形式的选择取决于生产的具体要求和预算，需要根据实际情况进行选择。
自动换刀程序是用于控制刀具换取的程序，其目的是实现对刀具的快速且精确的换取。
自动换刀程序的调试主要包括以下几个步骤：1.刀具测量：在自动换刀程序调试之前，需要进行刀具的测量，包括刀具长度、半径等参数的测量，以确保程序的准确性。
刀具测量可以使用专门的刀具测量仪进行，也可以使用机床自带的刀具测量功能进行。
2.建立工件坐标系：在自动换刀程序中，需要指定刀具在切削时的位置，而刀具的位置是相对于工件坐标系来确定的。
因此，在调试自动换刀程序之前，需要先建立工件坐标系，并确定刀具换取位置的坐标。
3.轨迹规划：自动换刀程序需要通过规划刀具换取的轨迹来实现换取操作。
轨迹规划的目标是确保刀具在换取过程中的安全性和准确性。
加工中心换刀程序分析
第十章、加工中心换刀程序分析10.1 加工中心的换刀程序分析10.1.1机床及换刀机构机床外观主轴和机械手刀套落下动作换刀过程中10.1.2 换刀动作分析这种类型的加工中心的整个换刀过程包括刀库找刀和换刀两个独立的动作。
刀库找刀也叫刀具调用，当机床的操作者通过程序命令，例如：T12，从刀库调用12号刀时，PMC检索12号刀具所在的刀套号，再进行刀库正反转判别，控制刀库旋转；当然还有手动刀库的旋转操作，完成手动装卸刀具。
换刀动作集合了刀库、机械手、主轴三方面的动作，整个过程是一个顺序动作的过程，本章以一台立式加工中心的换刀程序为例，分析换刀程序的程序结构、程序内容，加工中心的生产厂家为台湾丽伟计算机机械股份有限公司，VB系列机床，采用的是FANUC-0IMB系统。
该机床的换刀机构包括：刀库、机械手、主轴拉刀机构。
刀库采用侧装式，安装在立柱上，由三相异步电机通过减速机构带动刀库旋转，通过接近开关检测刀库计数和刀库回零。
换刀时位于刀库最下位置的刀套在刀套抬起/落下油缸的驱动下可完成抬起落下动作。
机械手的旋转、抬起落下等动作是在机械手电机的驱动下，通过一套凸轮机构来完成，换刀动作平滑、快速。
由接近开关检测机械手的关键位置，配合换刀时的其它机构的动作。
主轴拉刀机构完成主轴刀具的夹紧和松开操作，并有接近开关检测主轴刀具的夹紧或松开状态。
通过顺序动作的步骤一步步完成换刀。
以程序控制自动换刀来解释整个换刀过程10.1.3换刀电路:10.1.4换刀程序地址说明:加工中心的换刀程序比较复杂庞大，所涉及的地址较多，为便于阅读梯形图程序，将所涉及的地址放在附录。
10.1.5 换刀程序介绍该机床的PLC类型为SB7，下图是该程序的清单，与换刀有关的程序内容出现在一级程序、二级程序，没有为换刀专门编写子程序。
因为，换刀过程中机械手动作较快，机械手的60度、中间点、180度的检测信号出现的时间很短，所以将这部分的程序放在一级程序，保证8ms能处理到这种信号。
加工中心刀库自动换刀的控制
#" 镗刀杆! $" 镗刀! (" 上下调整螺钉 ’" 两侧调整螺钉
图! #
此刀具的特点：可用于组合机床或其他机械加工机 床，结构紧凑，制造简单，使用灵活。效率高，且在刀 具磨损后可调整继续使用，有效延长刀具寿命，减小机 床夹具调整时间。
（ 收稿日期：$&&5&$#5 ）
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冷加工
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刀! ! 具
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（ # ） 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 化和标准化的编程方法，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。
加工中心自动换刀系统设计说明书
摘要加工中心是现代机械加工中用得最多的设备之一，而自动换刀装置作为加工中心的核心部件，一直处在不断改进之中。
本课题要求设计一台小型加工中心的刀库及自动换刀装置。
本次设计分为两大部分。
首先，主要针对目前机床上常用的几种类型的刀库（鼓盘式刀库、链式刀库、格子盒式刀库等）进行了比较分析，最终选用链式刀库结构，选择伺服电机驱动，采用蜗杆蜗轮装置减速，并完成了链条的选择和链轮的设计计算。
另外，选择双臂单爪机械手结构，对其运动作了详细的分析，最终将换刀运动分解为手臂的伸缩，手架的伸缩和回转三个动作。
全部采用液压系统进行控制。
在合理选用液压缸之后，绘制出了液压系统控制图、机械手动作原理图，基本完成了自动换刀装置的设计工作。
关键词：伺服电动机驱动；链式刀库；机械手换刀；液压系统控制AbstractProcessing Center is a modern mechanical processing equipment used in one of the largest and automatic tool change device as the core parts processing center, has been in the continuous improvement of. The topics designed a small knife processing center for devices and automatic tool change. The design is divided into two parts. First of all, the main view of the current machine, commonly used for several types of knives (knives drum disc library, the chain knife, knife lattice cassette library, etc.) a comparative analysis, the final choice of the chain knife structure, choice of servo motor Driver, a worm worm deceleration devices, and completed the chain and sprocket of the choice of design and calculation. In addition, the choice of single-claw manipulator arms structure, its movement made a detailed analysis will eventually ATC campaign for the decomposition of the telescopic arm, hand-stretching and rotating the three movements. All the hydraulic system used to control. A reasonable choice of hydraulic cylinders, to map out plans of the hydraulic control systems, mechanical hand movements schematics, basically completed the installation of automatic tool change the design work.Keywords：The servo motor actuates; Chain knife storehouse; The manipulator trades the knife; The hydraulic system controls目录目录摘要 (I)Abstract (Ⅲ)1 绪论1.1 本课题的来源、目的及意义 (1)1.1.1 课题的来源 (1)1.1.2 本课题研究的目的 (1)1.1.3 本课题研究的意义 (1)1.2 课题背景及国内外研究现状 (2)1.3 本课题研究的主要内容 (3)2 刀库及换刀机构总体结构设计2.1 刀库的结构设计 (3)2.1.1 方案分析比较 (3)2.1.2 刀库容量的确定 (6)2.1.3 刀库选刀方式的确定 (6)2.1.4 刀库的设计及计算 (6)2.2 自动换刀装置设计 (13)2.2.1 方案分析比较 (13)2.2.2 机械手自动换刀工作流程设计 (13)2.2.3 换刀机械手结构设计 (22)2.2.4 换刀手手臂和手爪结构设计 (23)2.2.5 液压缸、活塞杆的选择 (24)2.2.6 液压系统工作原理 (26)设计总结 (27)致谢 (29)参考文献 (30)1 绪论1.1课题的来源及研究目的和意义1.1.1课题的来源刀库和机械手是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件。
数控机床斗笠式刀库换刀宏程序的开发和调试
Ｎ ７ ４ （ 刀库 后 退 指令 ） １０Ｍ２ ；发 Ｎ１０Ｍ８ （ 出换 刀 宏 程 序 ） ８ Ｏ 退 Ｎ１０Ｍ９ 宏 程 序结 束 ） ９ ９（ Ｎ ０ ０（ 入 刀库 调 整 区 间 ） ２ ０Ｍ２ 进 Ｎ １ ５（ 库 旋转 ） ２ ０Ｍ２ 刀 Ｎ ２ １（ 出 刀库 调 整 区 间 ） ２ ０Ｍ２ 退
转 调 整 ” 区 间 （ 程 序 Ｎ Ｏ —— Ｎ ２ 步 ） 在 此 区 宏 ２０ ２０ ，
Ｎ９ Ｍ２ 发刀 库 前进 卡刀 指 令 ） Ｏ ３（
Ｇ０ Ｘ０ １ ４ ．
Ｎ１ ０Ｍ２ 发 松 刀指 令 ） ０ ７（
（ ４ ． ＸＯ １
间，刀库旋转的停止条 件是 “ 当前 刀号 ”与 “ 主轴 刀
Ｎ ＯＭ５ （ ５ Ｍ９ 主轴停／ 冷却停 ）
Ｎ６ １ ； 主轴 定 位 ） ０Ｍ ９ （
Ｎ ０Ｇ ０ ２ ０（ 轴 下 到 换 刀 点 ，位 置 由 ＃２ ３ ８ ３ Ｐ Ｚ Ｚ ０８
设定）
执行 “ 当前刀号 ”与 “ 主轴刀号 ” 是否相等 的判断 （ 见 宏程序第 Ｎ ５步） ４ 。如果不相等 ，那 么跳转到 “ 刀库旋
号” 相等，而常规 的刀库旋 转 的停 止条件是 “ 当前刀
号 ” “ 令 刀 号 ” 等 。 这 点 必 须 充 分 注 意 ，且 须 与 指 相 在 Ｐ 程 序 中处理 ，程 序处 理 如 图 １ 示 。 Ｉ 所 （ 转第 ６ 下 ０页）
电工技术 ｆ０ ０ｌ １ ２ ７期 ｆ ３ ９
刀 。如果在 手 动 维修 状 态 转 动 了刀 盘 ，那 么 换 刀点
“ 当前位 置 刀 号 ”发 生 了 变 化 ， 如 果 再 按 宏 程 序 规 定 的顺 序 动作 ，就 会 发 生 刀 具 与 主 轴 碰 撞 的 严 重 事 故 ， 因此 必 须 加 上 保 护 程 序 。 其 动 作 为 ： 如 果 “ 前 刀 当 号 ” “ 轴 刀 号 ”不 相 等 ，那 么 命 令 刀 盘 旋 转 ， 直 与 主 到 “ 前 刀 号 ”与 “ 轴 刀 号 ”相 等 ， 刀 盘 停 止 旋 当 主 转 ，再 执行 正 常 换 刀 程 序 。 在 宏 程 序 上 要 做 的 处 理 是
加工中心刀库控制与调试方法研究
加工中心刀库控制与调试方法研究李继中【摘要】加工中心刀库控制与调试是实现加工中心控制功能的难点.加工中心刀库控制功能的实现方法一般有2种,一种是通过调用宏程序与数控系统变量及参数设置、PLC/PMC控制程序相结合的实现方法;另一种完全由PLC/PMC编程控制.本文以深圳职业技术学院数控技术专业自行开发的加工中心实训设备为例,介绍了调用宏程序实现自动换刀的刀库控制与调试方法,并给出了宏程序的编制思路与参考程序、相关参数的设置、刀库控制及调试的方法与注意事项,并对2种实现方法的优缺点进行了比较.【期刊名称】《深圳职业技术学院学报》【年(卷),期】2011(010)003【总页数】7页(P7-13)【关键词】加工中心;刀库控制;数控系统;可编程控制器/可编程机床控制器;宏程序;调试【作者】李继中【作者单位】深圳职业技术学院,广东深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TG659加工中心是实现高效数控加工的基础，也是柔性制造系统（FMS）和无人工厂或车间的基本组成单元.加工中心控制功能的实现与调试难点是刀库的控制与调试.加工中心的刀库形式有盘式（或称为“斗笠”式）刀库与刀袋式刀库等2种结构形式，但刀库控制功能的实现及其调试方法相同.下面以FANUC 0i-MC控制系统立式加工中心盘式刀库控制功能的实现与调试为例，介绍加工中心刀库控制与调试的方法[1]，该方法已应用于深圳职业技术学院数控技术专业自行开发的加工中心实训设备的调试中，该设计思路也适用于刀袋式刀库的控制与调试.刀库控制功能的实施方法主要有2种，一种是全部通过PLC/PMC编程实现，另一种是通过调用宏程序与PLC/PMC编程、系统参数相结合的实现方式.文章主要介绍调用宏程序与可编程逻辑控制器（PLC）/（PMC-可编程机床控制器）编程、系统参数相结合的实现方法.1 刀库控制需求图1 盘式刀库刀盘、主轴、换刀准备及换刀等位置间的相互关系立式加工中心盘式刀库换刀过程中，刀盘、主轴、换刀准备及换刀等位置的相互关系如图1所示.刀库的控制分为手动控制和程序自动控制两种方式.手动控制主要用于刀库的安装与调试或维护等，主要有刀库手动回零、手动选刀及单段辅助控制指令（M指令）操作等；程序自动控制主要用于生产中的自动换刀控制.自动换刀控制过程如图2所示.深圳职业技术学院数控技术专业某加工中心的刀库电气控制如图3所示.图2 自动换刀控制过程图3 某加工中心刀库电气控制关系2 宏程序的编程思路宏程序的编制思路与步骤如下：（1）保存数控系统的编程状态：尺寸单位的公/英制状态、进给量是绝对值编程还是增量值编程，宏程序中采用增量值编程；（2）主轴初始化：主轴停转后，移至换刀点；主轴准停；读主轴刀号；（3）比较主轴刀号与刀库刀号是否相等：必须保证主轴刀号等于刀库刀号；（4）判断主轴上是否有刀：若无刀，直接换所需刀号，若有刀则进入下一步；（5）判断主轴刀号是否为所需换刀刀号：若是，结束换刀，若不是则进入下一步；（6）所需换刀刀号是否大于刀库刀号：若是，则报警退出；若不是则进入下一步；（7）判断所需换刀刀号是否为零号：若是，同报警退出；若不是则进入下一步；（8）刀库推出，主轴还刀，刀库选刀，主轴抓刀，刀库退回；（9）换刀结束，并恢复系统的编程状态（主程序模态），返回主程序；自动换刀所调用的宏程序的编程思路如图4所示.图4 自动换刀宏程序的编制思路3 实现宏程序调用的系统变量及参数设置以数控技术专业开发的FANUC0i-MC控制系统加工中心实训设备为例说明.1）输入信号变量（G54.0～G54.2）[2]740～741为了实现宏程序与PMC（梯形图程序）间的跳转控制，使用系统的3个输入信号作为刀号判别.具体内空如表1所示.表中G54.0，G54.1，G54.2是0还是1由PMC的梯形图程序的运行结果决定[3-4]（梯形图程序可参见参考文献[1]光盘中附录9的程序），其结果在宏程序中调用（参见附录：宏程序例）.2）报警变量在判别刀号时可能出现错误，需要报警，必须通过宏程序实现，FANUC 0iC系统的“#3000”变量用于宏程序报警[3]310，可显示报警号和报警信息.使用格式为：报警号为变量“#3000”的值（0～200）加上3000；报警信息为其表达式后指定的报警信息（不超过 26个字符）.例如“#3000=1（TOOL NOT FOUND）”对应屏幕上的显示为“3001 TOOL NOT FOUND”（参见附录：宏程序例）.3）系统模态信息变量（#4003，#4006）[5]313由于宏程序中使用增量编程，在执行宏程序前必须保护主程序的系统模态，在执行完成宏程序后必须恢复主程序的系统模态，因此需用到系统模态信息变量.主程序中的系统模态主要有公/英编程和绝对值/增量值编程模态，对应的系统变量为“#4003”（对应系统当前所处的编程坐标模态值G90/G91）和“#4006”（对应系统当前所用的编程单位系统G20（英制）/G21（公制）.4）宏程序调用及刀库相关系统参数[6][2]742-746用“M06”调用宏程序实现刀库的自动换刀控制所涉及到的有关参数如下表2所示.表1 调用宏程序实现换刀所用的输入信号变量PMC→NC的信号输入信号变量名系统变量名变量值对应的意义G54.0 UI000 #1000 “1”表示编程刀号大于等于刀库容量G54.1 UI001 #1001 “1”表示主轴刀号等于编程刀号（T码值）G54.2 UI002 #1002 “1”表示编程刀号为0表2 用M06调用宏程序O9023实现换刀控制的有关参数及其设置参数号（PRM#）意义设置值说明6083 用M指令调用宏程序O9023 6 指定M06调用宏程序O9023 4031 设置主轴准停位置数据主轴准停位置数据保存主轴准停的位置数据4077 设置主轴准停时位置偏移量准停时的偏移值保存主轴准停时的位置偏移值4038 设置主轴进行准停的转速准停过程中主轴转速保存主轴准停过程中转速1241 设置换刀点位置数据换刀点位置数据保存主轴换刀点的位置数据4000.0 设定主轴与电机的旋转方向 0/1 使用主轴内置编码器时，0表示主轴与电机旋转方向相同4002 4002.3 0 4002.2 0 4002.1 0表示使用主轴位置编码器作为位置反馈4002.0 1 4015.0 定向是否有效 1 设为“1”表示定向有效4010.2 0 4010.1 0 4010对应设置为“0、0、1”时表示使用内置位置编码器4010.0 14056～4059 设置主轴与主轴电机间的传动比 0 全为0表示主轴与主轴电机间的传动比为1：1 3202.4 设置宏程序禁止编辑 1 设为“1”时表示保护宏程序O9000～9999被编辑4 刀库控制的设计与调试4.1 刀库手动回零为了避免断电停机后刀库刀号出错，加工中心一般均具有手动刀库回零功能.加工中心在进行手动刀库回零操作后，设计上必须保证主轴刀号与刀库刀号一致，避免因刀号出错而发生主轴还刀时与刀库相撞；不一致时，设计上必须具有“刀库刀号与主轴刀号不同”的报警功能，提示操机员或调试员排除此故障.4.2 手动选刀功能加工中心一般均具有刀库正转和反转手动操作功能，每按一次相应的按键，刀库向相应方向转动一个刀位，便于刀库故障排除、刀库安装调试、刀库刀号“乱码（主轴刀号与刀库刀号不一致）”故障的排除等.在编制PLC/PMC程序时，必须保证刀库正转一档时，刀库计数器加 1，当计数值达到刀库容量值时，再正转一档时，计数值为“1”；反之，刀库反转一档时，刀库计数器减 1，当计数值为1时，刀库再反转一档时，计数值为刀库容量值.在排除刀库刀号“乱码”故障时，必须保证刀库刀号存储器中的数值等于主轴刀号存储器中的数值（通过PMC的梯形图程序实现），否则，自动换刀时会出现撞刀库现象.刀库正反向转动的设计除了电气控制的硬联锁外，PLC/PMC程序中还必须设计相应的软联锁功能.4.3 保证自动换刀的效率自动换刀的效率保证了生产效率.有两种情况涉及到换刀时间，一种是主轴上没刀需换T码刀号；另一种是主轴上有刀换为T码刀号.当主轴上没刀时，宏程序或PLC/PMC程序设计上应取消还刀操作，只进行选刀与抓刀操作，以便保证换刀时间最短.当主轴上有刀时，PLC/PMC程序设计上应保证选刀时间最短，即在设计“ROT（旋转）”指令的功能时，选择就近选刀功能.4.4 刀库的功能调试刀库是一个精密装置，在刀库的安装及功能调试过程中，因功能（程序）设计不对极易损坏刀库，因此在刀库功能的调试过程中必须注意以下事项.（1）主轴准停角度的测量与设置主轴准停角度的测量与设置出现较大偏差时，在主轴还刀或取刀时容易撞坏刀库的刀位装置或主轴，因此必须保证主轴准停角度测量准确，同时保证数控系统参数（FANUC 0i系统的PRM#4031、#4077）值设置正确.（2）Z轴第二参考点位置测量与设置Z轴第二参考点即主轴换刀点位置不准确时，主轴还刀或取刀时容易将刀库或主轴撞坏，且刀库的推出或退回一般均采用气动或液压控制装置，一旦位置不准，就会发生刀库与主轴相撞的现象，若是采用机械臂换刀的刀袋式刀库，则容易将刀库和主轴打坏，因此，在测量Z轴第二参考点位置数据时，一定要测准，且数控系统对应的参数值设置一定要正确.（3）刀库选刀定位调试在刀库的安装调试时，通过手动选刀控制操作，确定刀库转动过程中的定位是否出现提前或滞后的停止位置现象，若有，必须进行调整，确保定位准确；调试相应的PLC/PMC程序时，检查正转和反转寄存器中的数值是否与设计要求相符.（4）刀库推出或退回位置检查盘式刀库在还刀或换刀过程中，刀库需要进行推出与退回动作，调试时必须保证其推出或退回位置准确.可在MDI模式下运行对应的辅助功能（M）指令，并检查位置关系及对应的“推出到位”或“退回到位”的行程开关信号，确保正确. （5）刀库推出功能调试盘式刀库的推出一般采用气动或液压控制，若刀库推出由气动控制，首先在确保PLC/PMC程序或宏程序设计正确（即保证刀库刀号与主轴刀号相同）的前提下，才能让刀库具有推出功能，然后在刀库推出期间必须保证刀库推出电磁阀保持通电，使刀库处于推出状态，否则刀库就会退回，造成刀库或主轴的损坏.刀库推出前，宏程序或PLC/PMC程序设计必须进行主轴刀号与刀库刀号是否相等的判别，若不相等时，程序设计上必须让刀库旋转，保证刀库刀号与主轴刀号相等时方可推出，否则会发生刀库与主轴相撞的事故.（6）调用宏程序换刀的全过程调试在刀库控制功能的宏程序及PLC/PMC程序功能单独调试全部正确后，最终必须验证调用宏程序换刀的全部过程，以便调试程序的全局正确性及功能的协调性.首先，保证刀库及主轴上都不装刀，在单段运行模式下执行自动换刀程序，每执行一段程序后，检查加工中心及刀库的动作与功能是否正确、位置是否到位等，确保每步对应的功能及动作、位置都正确后，再在刀库上装上刀再进行单段运行验证，若单段运行模式下的整个换刀过程都正确，最后再在MDI或AUTO模式下进行全过程的验证，若所有功能和动作都正确，且刀库及主轴都安全，则说明刀库控制功能已全部调试好.4.5 加工前检查当上述调试全部正确，且满足要求时，说明加工中心刀库的控制功能已全部实现，可以交付使用.但在交付使用后，操作中可能会发生人为错误而出现刀库与主轴相撞的事故，即主轴上有刀，刀库对应的刀位上也有刀，此时，若进行自动换刀，就会发生刀库与主轴相撞的事故，因此，在开机后，加工前，必须检查这一情况，避免该情况的发生.5 不同实现方法的比较除了调用宏程序实现加工中心的自动换刀功能外，另外一种实现方法就是全部利用PLC/PMC的指令进行编程，两者各有特点.调用宏程序实现自动换刀方法的优点是宏程序编制思路清晰、明了，对应的PLC/PMC程序简短，可读性好，扫描周期短，控制功能的调试简单，但控制功能的实现需要数控系统变量/参数设置、宏程序设计、PLC/PMC程序设计相互配合，因此，要求编程或调试员熟练掌握数控系统的参数及变量、宏程序编制、PLC/PMC程序设计等.采用PLC/PMC编程实现自动换刀功能的优点是不需熟悉数控系统的变量、参数、宏程序编制等，只需利用PLC/PMC的指令编程，但PLC/PMC的程序容量较大，程序的扫描周期较长，程序逻辑关系复杂，阅读与分析容易出错.主要是利用“COIN（一致性检测）”指令与“COMP（数值大小判别）”指令实现逻辑比较与跳转.对于PLC/PMC编程能力较强的工程技术人员比较适合采用这种方法.深圳职业技术学院数控实训室的台湾“协鸿”加工中心，其自动换刀功能的实现就是采用这种方法.附录：自行开发的加工中心实训设备所采用的宏程序（参考宏程序例），供同行参考.参考文献：[1] 李继中.数控机床调试与维修[M] （附光盘中附录9）.高等教育出版社，2009.[2]日本发那科公司.FANUC Series 0i-MODEL C/0i-Mate-MODEL C CONNECTION MANUAL—FUNCTION（B-64113EN-1）[Z].日本，FANUC Ltd，2004-06.[3] 北京发那科机电有限公司.BEIJING-FANUC PMC MODEL PA1/SA1/SA3 梯形图语言编程说明书[Z].B-61863C，BEIJING-FANUC，2001.[4] 北京发那科机电有限公司.BEIJING-FANUC PMC SA1/SB7 梯形图语言补充编程说明书（B-61863C-2/01）[Z].北京：北京发那科机电有限公司，2003.[5] 北京发那科机电有限公司.FANUC Series 0i-MC操作说明书（B-64124CM）[Z].北京：北京发那科机电有限公司，2004-07.[6] 北京发那科机电有限公司.FANUC Series 0i-MODEL C/ FANUC Series 0i Mate-MODEL C参数说明书（B-64120CM/01）[Z].北京：北京发那科机电有限公司，2004-11：137-177.。
加工中心自动换刀程序的设计与调试
ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｕ ｃ ｈ ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ．Ｆ ａ ｃ ｔ ｈ ａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ Ａ Ｔ Ｃ ｍａ ｋ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ｒ ｕ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｐ ｕ ｔ ｓ ｕ ｐ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ —
Ｌ Ｉ Ｕ Ｌ ｕ．Ｃ ＨＡＮＧ Ｘｉ ａ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ
（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ ５ １ ０ ３ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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关键词 ：加工 中心 ；自动换 刀；Ｐ Ｌ Ｃ ；触摸屏
中 图分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ １— ３ ８ ８ １（ ２ ０ １ ３ ）２ ０—０ ６ ４— ４
Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｂｕ ｇ ｇ ｉ ｎｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＡＴＣ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｃｅ ｎｔ ｅ ｒ
三菱CNC专用换刀指令在加工中心刀库中的应用
三菱CNC专⽤换⼑指令在加⼯中⼼⼑库中的应⽤三菱CNC专⽤换⼑指令在加⼯中⼼⼑库中的应⽤本⽂叙述了三菱CNC专⽤换⼑指令在加⼯中⼼的⽃笠式⼑库和机械⼿⼑库中的使⽤⽅法。
关键词：三菱CNC专⽤换⼑指令⽃笠式⼑库机械⼿⼑库⽬前在加⼯中⼼和车铣中⼼的⼑库⼀般可分为两种：⼀种是⼑套中的⼑具固定，即⼯作过程中每⼀⼑套中装的⼑具是固定的。
其代表是⽃笠式⼑库。
另⼀种类型的⼑库在⼯作过程中，每⼀⼑套中所装的⼑具可能是变化的，其代表是机械⼿⼑库。
由于这两类⼑库的换⼑⽅式不同，调试⼈员在编制换⼑程序时要采⽤不同的⽅法，在三菱CNC的PLC开发软件中提供了专⽤的换⼑指令。
现结合机械⼿⼑库的换⼑宏程序，详述如下：1．名词术语由于GX-DEVELOP软件应⽤⼿册中的名词术语较为混乱，在本⽂中予以的规范如下：1.1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。
1.2⼑套—指卡装的⼑具的装置。
⼑套也有编号。
1.3⼑盘—⼑库中的旋转体。
带动⼑套运动。
1. 4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。
2．换⼑过程中的动作顺序2.1 ⽃笠式⼑库的换⼑顺序各轴（X，Y，Z轴）运动⾄第1换⼑点→⼑库前进卡⼑→主轴松⼑→Z轴上升⾄第2换⼑点→⼑库后退→旋转选⼑→⼑库前进→Z 轴下降⾄第1换⼑点→主轴锁⼑→⼑库后退→换⼑完成2.2⽴式⼑库换⼑顺序Z轴运动⾄第1换⼑点→主轴松⼑，吹屑→Z轴运动⾄第2换⼑点→关闭吹屑拔出定位销→⼑盘旋转选⼑→打⼊⼑盘定位销→Z轴下降⾄第1换⼑点→主轴锁⼑→Z轴运动⾄原点→换⼑完成2.3机械⼿⼑库换⼑顺序（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→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2.4简易转塔换⼑X、Z轴运动到换⼑点→⼑塔正向旋转选⼑→暂停0.3分→⼑塔反向旋转锁紧→换⼑完成。
加工中心刀库的安装与调试
与之前的文件名对应，该参数设为“Toolchange”
完成参数设置
（三）PLC程序编制
第一步：通过电磁阀动作气缸活塞推出（M21）
第二步：将刀库推至右位，右位传感器发出有效信号， 刀库按照就近原则将目标刀具旋转至换刀位。 （M23）
右位传 感器
换位电机
气缸 刀库左位传感器 刀库右位传感器
开关型霍尔传感器 永久磁铁 与换位电机同轴相连
红色棘轮与 伞状刀库同 轴相连
棘轮机构
白色主动轮 由电机驱动
实现电机每转一圈，刀库更换一个刀位
拉钉 刀柄
铣刀
松刀、 抓刀 气缸
气缸
通过主轴准停来保证主 轴上的键正好插到刀柄 的槽中，从而传递扭矩 到刀具上
PROFIBUS总线 输出端X6
PP72/48模块
PROFIBUS 电缆的准备 PCU 为PROFIBUS 的主设备，每个PROFIBUS 从设备（如PP72/48） 都有自己的总线地址，因而从设备在PROFIBUS 总线上的排列次 序是任意的。PROFIBUS 的连接请参照下图。PROFIBUS 两个终端 设备的终端电阻开关应拨至ON 位置：
开始
G500 D0 ;取消零点偏移，取消刀具补偿
M21
;气缸推出刀库
;PLC 将“读入禁止”(V32000006.1)置位，使该固定循环停止
;M功能执行完成后，PLC 将“读入禁止”复位，使该固定循环继续执行
G4F0.5 ;延时0.5秒
G91G1Z10 ;Z轴上升，还刀完成
F1000M23 ;刀库旋转寻找目标刀位
总线设备（PP72/48）在总线上的排列顺序不限。但总线设备的 总线地址不能冲突 –即总线上不允许出现两个或两个以上相同的 地址。
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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ø40 的端面铣刀铣上表面，用ø20 的立铣刀铣四侧面和 A 、B 面，用ø6 的钻头钻 6 个小孔，ø12 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%0002T01 M6G90 G54 G00 X60.0 Y15.0 S1000 M3 G43 Z20.0 H01 M8G01 Z15.0 F100X-60.0Y-15.0X60.0 T2Z20.0 M9M5 程序番号换上 T1移刀到毛坯右侧外部，并启动主轴Z 向下刀到离毛坯上表面一定距离处，开切削液工进下刀到欲加工上表面高度处加工到左侧（左右移动）移到 Y= -15 上往回加工到右侧，同时刀库预先选刀 T2上表面加工完成，抬刀，关切削液主轴停四、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 ←↑→↓ 光标移动用功能键POS 位置坐标显示页面键PAGE 翻页用PROG 程序显示OFFSETSETTING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CUSTOMGRAPH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。