对数控机床所用盘式刀库的换刀时间的研究
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《 装备制造技术） ２ ０ １ ３ 年第 ２ 期
对数控机床所用盘式 刀库 的换刀 时间的研 究
史佳兆
（ 广州珠江机床厂有限公司， 广东 广州 ５ １ １ ４ ５ ０ ）
摘 要 ：为 了使盘式 刀库在数控机床行业得到更好的控制应用与更大的发挥作 用 ，通过利 用 Ｆ Ａ ＮＵＣ数控 系统 的 Ｐ Ｌ Ｃ 信号跟踪功 能 ， 对数控 立式加工 中心盘式 刀库换 刀动作 时序 进行 了监控研 究， 从而找 出了影响盘式 刀库 换刀动作 时 间
（ ２ ） 试机 ， 进行多次相关检测运行 ， 并编制好换刀 程序 ， 进行多次换刀检测 ， 保证机床可以正常使用。
（ ３ ） 将相关需要检测 的信号在信号跟踪设定 画
面进行设 定 。
（ ４ ） 在不监控跟踪信号的情况下 ， 执行一次换刀
动作 ， 保证主轴 已经在换刀位置且 已在定 向位置 ， 不 再移动坐标轴及转动主轴 ，以免增加辅助动作对换 刀动作时序监控的影响。 （ ５ ） 选择当前刀套号 中的刀具 ， 保证刀库不再转 动； 执行换刀程序 ， 并启动信号跟踪监控。 （ ６ ） 待换刀动作结束 ， 停止信号跟踪 ， 即可得到 换刀动作跟踪时序图， 通过屏幕下方软件调整画面 ，
的主要 因素 ， 进 而找 出相应的解决方法 ， 从 而可 以使我们更好的掌握 了盘式的刀库的使 用性能及其改进 方法 。 进 而对其
进 行 更 好 的 控 制 应 用。 关键字 ： 数控 ； 信号跟踪 ； 盘式刀库 ； 换 刀时间
中图分类号 ： Ｔ Ｇ６ ５ ９
文献标识码 ： Ａ
为研究对象 ，以配有 Ｆ Ａ Ｎ Ｕ Ｃ Ｏ ｉ — ｍ ａ ｔ ｅ — Ｍ Ｄ系统的立
式加工 中心为平 台， 利用 Ｃ Ｆ 存储卡为存储介质 。
３ ． ２ 研 究过 程
（ １ ） 明确换刀流程 ，将 Ｃ Ｆ 存储卡插入准备好的 数控系统接 口，将提前编制好的 Ｐ Ｌ Ｃ 梯形 图程序输
可得 图形 如下 ：
撼护 撬抒 ■一
２ 研 究 方 法
本研究利用 Ｆ Ａ Ｎ Ｕ Ｃ数控系统的信号跟踪功能圈 ， 对 所 编 制 的刀 库控 制 Ｐ Ｌ Ｃ梯 形 图进 行监 控 及时 序 跟 踪， 然后对监控的结果进行分析研究， 进而得出结论。
３ 实施过程及 结果
３ ． １ 研 究设 备选 用 研究 以德 大快 速 刀库 Ｄ Ｆ — ＭＲ ４ Ａ Ｅ Ｚ Ｒ ０ ２ Ａ ０ １ — ０ １
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ０ ７ — ０ ２
由于 目前 盘式 刀库在 机床制造 行业 的大量应 用 ，并且盘式刀库 的换刀 时间直接影响机床 的使用 性能 ， 也是客户选择机床的一个重要 指标 ， 所 以很有 必要对盘式刀库 的换刀时间进行研究 ，使刀库的使 用性能尽大的发挥 出来 ， 缩短刀库换 刀时间 ， 增加机 床产品的竞争优势。
收 稿 日期 ： ２ ｏ １ ２ — １ ｌ － ０ ８
二
Ｌ
Ｌ
Ｌ翌 Ｌ 竺 兰
图１ 盘式刀库换刀动作时序监控图
作者简介 ： 史佳 ｇ Ｅ （ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 陕西咸 阳人 ， 电气设计工程师 ， 从事数控机床电气方 面的设计工作 。
７
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ２， ２ ０ １ ３
入 加工 中心数控 系统 。
１ 换 刀时 间的评定 方 ， 】
目前 自动换刀的评定时间主要有以下三种 ： （ １ ） 刀到刀时间 ： 指拔刀 ， 换刀， 插刀动作所需要 的时 间【 ２ 】 （ ２ ） 全部动作所需要的时间 ： 即换刀装置完成全 部换 刀 动作 所 需要 的 时 总和 。 （ ３ ） 切削到切削时间 ： 即“ 一 把 刀具 从 加 工 区 内 的 参考 位 置 起 经换 刀 至 下 一把 刀 具 到达 相 同 的位 置 的 时 间间 隔 ” 。 此文章 主要是针对换刀时间评定方法 ２ 所做 的 研究 ， 即 自刀套 翻下经 过抓刀 ， 松刀， 拔刀 ， 换刀 ， 插刀， 拉刀 ， 手臂复位 ， 刀套翻上等动作所需时间的总和。
从以上分析得出， 影响换刀动作的主要 因素之一 是刀套的动作时间， 那么我们可以在控制时序上进行
Ｘ ８ ． ０ 为刀具松开检测信号 ； Ｘ ８ ． １ 为刀具夹紧检测信号。
图形 说 明 ：
图 中白色 的方格表示信号“ １ ” ， 黑色的方格表示 改进 ，即在主轴移动到换刀点 的同时执行倒刀操作 ， 在刀臂执行完换刀动作后就结束换刀指令 ， 之后刀套 信号“ ０ ” ； 主轴加工不受 干扰 ， 即可 节省换刀时 间 ７ １ ， 则 １ 个小方格 的分辨率是 １ ２ ８ ｍ ｓ ； （ 注： 数控系统平 倒 回， Ｔ节刀套 ＝Ｔ倒下 ＋ Ｔ倒回＝ ０ ． ７ ６ ８ Ｓ＋０． ８９ ６ Ｓ＝ １ ． ６ ６ ４ Ｓ 。 台上 可 以显 示达 到 ８ ｍｓ ） ； 影 响换 刀 时 间 的 主 要 因素 之 二 是 松 拉 刀 时 间 ， （ ７ ） 将 图形输 出 ， 存档 。 从 图中可 以看出在刀臂结束后 ， 刀具才开始松刀 ， 拔
信 号说 明 ：
ｘ ５ ． ７（ 刀套水平信 号）出现这一段 时间 ，则 Ｔ倒 回＝
１ ２ ８×７＝０ ． ８ ９ ６ ｓ 。
Ｙ ４ ． ３ 为刀套倒刀输出信号 ；
Ｘ ６ ． ０ 为刀套倒出检测信号 ； Ｙ ４ ． ４ 为刀套 回刀输出；
Ｘ ５ ． ７为 刀套 倒 刀输 出 ； Ｒ ０ ３ １ １ ． ０为换 刀机 构原 位 检测 信号 ；
４ ． ２ 计 算分 析结 果
从 图形分析来看 ： 刀套 的动作 （ 包括刀套倒下与 刀套倒 回） ， 是主要影响换刀流程 时间的主要 因素之 其 次是 主轴 松拉 刀动 作 时间 。
一
，
Ｙ ４ ． ２ 为换刀机构刀臂运转信号；
Ｙ ３ ． ３为 主轴松 刀 信号 ；
５ 刀库换刀时间的优化措施
对数控机床所用盘式 刀库 的换刀 时间的研 究
史佳兆
（ 广州珠江机床厂有限公司， 广东 广州 ５ １ １ ４ ５ ０ ）
摘 要 ：为 了使盘式 刀库在数控机床行业得到更好的控制应用与更大的发挥作 用 ，通过利 用 Ｆ Ａ ＮＵＣ数控 系统 的 Ｐ Ｌ Ｃ 信号跟踪功 能 ， 对数控 立式加工 中心盘式 刀库换 刀动作 时序 进行 了监控研 究， 从而找 出了影响盘式 刀库 换刀动作 时 间
（ ２ ） 试机 ， 进行多次相关检测运行 ， 并编制好换刀 程序 ， 进行多次换刀检测 ， 保证机床可以正常使用。
（ ３ ） 将相关需要检测 的信号在信号跟踪设定 画
面进行设 定 。
（ ４ ） 在不监控跟踪信号的情况下 ， 执行一次换刀
动作 ， 保证主轴 已经在换刀位置且 已在定 向位置 ， 不 再移动坐标轴及转动主轴 ，以免增加辅助动作对换 刀动作时序监控的影响。 （ ５ ） 选择当前刀套号 中的刀具 ， 保证刀库不再转 动； 执行换刀程序 ， 并启动信号跟踪监控。 （ ６ ） 待换刀动作结束 ， 停止信号跟踪 ， 即可得到 换刀动作跟踪时序图， 通过屏幕下方软件调整画面 ，
的主要 因素 ， 进 而找 出相应的解决方法 ， 从 而可 以使我们更好的掌握 了盘式的刀库的使 用性能及其改进 方法 。 进 而对其
进 行 更 好 的 控 制 应 用。 关键字 ： 数控 ； 信号跟踪 ； 盘式刀库 ； 换 刀时间
中图分类号 ： Ｔ Ｇ６ ５ ９
文献标识码 ： Ａ
为研究对象 ，以配有 Ｆ Ａ Ｎ Ｕ Ｃ Ｏ ｉ — ｍ ａ ｔ ｅ — Ｍ Ｄ系统的立
式加工 中心为平 台， 利用 Ｃ Ｆ 存储卡为存储介质 。
３ ． ２ 研 究过 程
（ １ ） 明确换刀流程 ，将 Ｃ Ｆ 存储卡插入准备好的 数控系统接 口，将提前编制好的 Ｐ Ｌ Ｃ 梯形 图程序输
可得 图形 如下 ：
撼护 撬抒 ■一
２ 研 究 方 法
本研究利用 Ｆ Ａ Ｎ Ｕ Ｃ数控系统的信号跟踪功能圈 ， 对 所 编 制 的刀 库控 制 Ｐ Ｌ Ｃ梯 形 图进 行监 控 及时 序 跟 踪， 然后对监控的结果进行分析研究， 进而得出结论。
３ 实施过程及 结果
３ ． １ 研 究设 备选 用 研究 以德 大快 速 刀库 Ｄ Ｆ — ＭＲ ４ Ａ Ｅ Ｚ Ｒ ０ ２ Ａ ０ １ — ０ １
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ０ ７ — ０ ２
由于 目前 盘式 刀库在 机床制造 行业 的大量应 用 ，并且盘式刀库 的换刀 时间直接影响机床 的使用 性能 ， 也是客户选择机床的一个重要 指标 ， 所 以很有 必要对盘式刀库 的换刀时间进行研究 ，使刀库的使 用性能尽大的发挥 出来 ， 缩短刀库换 刀时间 ， 增加机 床产品的竞争优势。
收 稿 日期 ： ２ ｏ １ ２ — １ ｌ － ０ ８
二
Ｌ
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Ｌ翌 Ｌ 竺 兰
图１ 盘式刀库换刀动作时序监控图
作者简介 ： 史佳 ｇ Ｅ （ １ ９ ８ ６ 一） ， 男， 陕西咸 阳人 ， 电气设计工程师 ， 从事数控机床电气方 面的设计工作 。
７
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ２， ２ ０ １ ３
入 加工 中心数控 系统 。
１ 换 刀时 间的评定 方 ， 】
目前 自动换刀的评定时间主要有以下三种 ： （ １ ） 刀到刀时间 ： 指拔刀 ， 换刀， 插刀动作所需要 的时 间【 ２ 】 （ ２ ） 全部动作所需要的时间 ： 即换刀装置完成全 部换 刀 动作 所 需要 的 时 总和 。 （ ３ ） 切削到切削时间 ： 即“ 一 把 刀具 从 加 工 区 内 的 参考 位 置 起 经换 刀 至 下 一把 刀 具 到达 相 同 的位 置 的 时 间间 隔 ” 。 此文章 主要是针对换刀时间评定方法 ２ 所做 的 研究 ， 即 自刀套 翻下经 过抓刀 ， 松刀， 拔刀 ， 换刀 ， 插刀， 拉刀 ， 手臂复位 ， 刀套翻上等动作所需时间的总和。
从以上分析得出， 影响换刀动作的主要 因素之一 是刀套的动作时间， 那么我们可以在控制时序上进行
Ｘ ８ ． ０ 为刀具松开检测信号 ； Ｘ ８ ． １ 为刀具夹紧检测信号。
图形 说 明 ：
图 中白色 的方格表示信号“ １ ” ， 黑色的方格表示 改进 ，即在主轴移动到换刀点 的同时执行倒刀操作 ， 在刀臂执行完换刀动作后就结束换刀指令 ， 之后刀套 信号“ ０ ” ； 主轴加工不受 干扰 ， 即可 节省换刀时 间 ７ １ ， 则 １ 个小方格 的分辨率是 １ ２ ８ ｍ ｓ ； （ 注： 数控系统平 倒 回， Ｔ节刀套 ＝Ｔ倒下 ＋ Ｔ倒回＝ ０ ． ７ ６ ８ Ｓ＋０． ８９ ６ Ｓ＝ １ ． ６ ６ ４ Ｓ 。 台上 可 以显 示达 到 ８ ｍｓ ） ； 影 响换 刀 时 间 的 主 要 因素 之 二 是 松 拉 刀 时 间 ， （ ７ ） 将 图形输 出 ， 存档 。 从 图中可 以看出在刀臂结束后 ， 刀具才开始松刀 ， 拔
信 号说 明 ：
ｘ ５ ． ７（ 刀套水平信 号）出现这一段 时间 ，则 Ｔ倒 回＝
１ ２ ８×７＝０ ． ８ ９ ６ ｓ 。
Ｙ ４ ． ３ 为刀套倒刀输出信号 ；
Ｘ ６ ． ０ 为刀套倒出检测信号 ； Ｙ ４ ． ４ 为刀套 回刀输出；
Ｘ ５ ． ７为 刀套 倒 刀输 出 ； Ｒ ０ ３ １ １ ． ０为换 刀机 构原 位 检测 信号 ；
４ ． ２ 计 算分 析结 果
从 图形分析来看 ： 刀套 的动作 （ 包括刀套倒下与 刀套倒 回） ， 是主要影响换刀流程 时间的主要 因素之 其 次是 主轴 松拉 刀动 作 时间 。
一
，
Ｙ ４ ． ２ 为换刀机构刀臂运转信号；
Ｙ ３ ． ３为 主轴松 刀 信号 ；
５ 刀库换刀时间的优化措施