加工中心自动换刀系统

加工中心自动换刀系统
changer system control of machine center with carouselstorage
摘要：
针对刀套编码的盘式刀库加工中心，阐述其换刀过程，提出一种结合加工程序、换刀程序和PMC程序以及参数设置来实现自动换刀控制的思路。

同时结合实例给出换刀程序代码和关键PMC程序。

关键词：
加工中心; 自动换刀; 数控; 换刀系统。

Abstract：
It analyses the ATC process of machine center with carousel storage.A control method to realize ATC using Gcodes,macor program ,PMC program and parmeter setting is proposed. Examples given in connection with tool changing code and key PMC procedures.
Keywords：
ATC；NC ；PLC；
设计背景：
自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。

刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。

刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。

自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。

从换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”(刀具程序控制装置)。

1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。

1967年出现了FMS(柔性制造系统)。

1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。

1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。

目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。

在这种模式中，机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放松刀柄的动作。

利用这种机构夹持刀具进行数控加工的最大问题是，它不能同时获得高的夹持刚度和刀具振摆精度，而且主轴结构复杂，主轴轴向尺寸过大，加上它的液压驱动装置及刀具辅具锥柄的制造成本，使得自动换刀系统的造价在机床整机中占有较大的比重。

据有关资料介绍，在刀具采用锥柄夹头、侧压夹头以及弹簧夹头夹紧性能的对比实验中，采用弹簧夹头夹持刀具是唯一可同时获得高的夹持刚度和振摆精度的理想元件。

采用这种夹持元件，刀具或刀具辅具可作成圆柱柄，其制造成本低，精度易保证，这对大容量刀库降低刀具辅具的制造成本，意义更为显著。

在现代数控机床上亦有采用弹簧夹头作为刀具的夹持元件，但机床的主轴结构、驱动方式仍然采用与上述锥柄刀具完全相同的结构形式。

采用这种结构模式，在实际数控加工中，尤其是在需要超高速主轴、主轴的径向、轴向尺寸都很小、没有足够的换刀空间的微细加工场合中实现自动换刀将会是很困难的，如果实施自动换刀那将使机床成本大幅度提高。

如在CNC控制磨削球
面铣刀的数控磨削机床上，直接由高速电机驱动主轴，使用小直径盘形砂轮和指形砂轮加工球面铣刀，换刀空间很小，在这种条件下，将难以实现自动换刀。

国外最新研制的内圆磨床上采用的弹簧夹头自动换刀装置售价昂贵。

设计内容：
数控加工中心由于配有刀库和自动换到系统，能实现一次庄家完成多道工序，减少专用夹具数量，缩短了生产准备时间，同时减少了多次安装多造成的定位误差，提高了加工进度，能实现高效率的加工。

所以自动换刀系统的性能的好坏直接影响到数控机床的加工效率和效果。

一、刀库选刀的控制方式
自动换刀装置可以定义为：一种能数控机床单元发出的命令从到库中选择和更换刀具的装置。

加工中心自动换刀程序有两部分：刀具选择和道具更换。

目前刀具选择一般有四种控制方式：顺序选刀方式，刀具编码方式，刀套编码方式，计算机记忆随机换刀方式。

其中刀套编码方式是对刀库个个刀座预先编码，每把刀具放入刀座之后就有了相应刀具的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。

刀库一般采用链式或者轮式，当然，目前还有一些别的形式的刀库，例如球形刀库、盒式刀库等。

二、换刀动作过程介绍
图一为盘式加工中心换刀过程图。

若现在主轴上的刀具为1号刀，则执行M06 TO2的换刀过程如下：
1、如图一a所示，首先将刀库当前位置旋转至1号刀所在的刀座。

2、如图一b所示，主轴下降至Z轴换刀点，同时主轴准停。

3、如图一c所示，刀库前进，使一好刀具进入刀库一号刀座。

4、如图一d所示，主轴松刀，1好刀具进入刀库原位，然后主轴上升。

5、如图一e所示，刀库旋转，将2号刀旋转到刀库当前位置。

6、如图一f所示，主轴下降到2号刀所在位置，同时主轴上刀具夹紧装置把2号刀夹紧。

7、如图一g所示，刀库退回到原位。

换到过程结束。

三、自动换刀系统的控制
自动换刀系统控制的总体思路是：运行M06加工程序代码时自动调用换刀程序，该程序实现一系列换刀动作过程控制。

换刀程序中的辅助指令功能则有PLC程序实现。

同时要设置相应的参数使以上过程生效。

加工程序、换刀程序和PLC之间的关系如图二所示。

下边分别说明参数、换刀程序和PLC程序的编制。

1、参数设置
涉及自动换刀系统的参数有：
#1195：使用M代码调用换刀程序；
#7001=6：运行M06代码调用换刀程序。

#3207：设置主轴准停角度；
#2238：设置抓刀频率；
#8206：设置换刀点坐标。

2、换刀程序的设计
程序代码M06调用O0011换刀程序，其程序流程图如图三。

其中需要的辅助指令和准备指令有
M19主轴准停。

M77选刀，即将刀库中主轴刀好所在刀座旋转到当前位置。

M78刀库旋转，将编程刀号旋转到当前位置。

M80刀库向前。

M81刀库退回。

M82主轴松刀。

M83主轴紧刀。

C30.1回到一号换刀点。

3、PMC程序设计
与刀库自动换刀有关的梯形图主要是实现换刀程序O0011中使用的辅助指令的译码功能，如M19、M77、M80、M81、M82、M83等。

现在以M78刀库编程为之旋转至当前位置为例说明PMC关键程序设计。

旋转功能指令格式介绍
如旋转物体的目标位置,旋转方向和环计数器。

该命令可用来确定旋转方向和步进数命令格式如图4。

S.ROT K1：旋转指令
Rn:控制缓冲区数据位置，指定R标号：
其中:设Rn中的值为Rp ,则Rp参数的含义如下:
结束总结
该机械手卡爪夹紧机构结构简单,经优化设计,使其结构更加紧凑,可靠性更高
参考文献
[1]熊光华.《数控机床[M]》. 北京:机械工业出版社,2007.
[2]李峻勤,费仁元.《数控机床及其使用与维修[M]》.北京:国防工业出版社,2006.
[3]张柱银,陈思义,明兴祖.《数控原理与数控机床[M]》.北京:化学工业出版社,2003.
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[5]王可.《实用机床设计手册[M]》.辽宁: 辽宁科学技术出版社,1999.
[6]范俊广.《数控机床及其应用》。

北京：机械工业出版社，2002
[7]张宝林，《数控技术》，北京：机械工业出版社，1997
[8]卢小平，《数控机床加工与编程》，成都：电子科技大学出版社，2003
[9]李佳，《数控机床及应用》。

北京：清华大学出版社，2002
2009.05.23
加工中心-三菱系统的操作步骤与刀具应用
(2009-04-23 09:02:03)
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三菱系统操作：
1，打开机床开关—电源接通按钮
2，归零：将旋钮打到ZRN—按循环启动键，三轴同时归零。

（也可以xyz分开来归零：将
旋钮打到ZRN—按Z+，X+,Y+,一般要先将Z轴归零）注意：每次打开机床后，就要归零。

3，安装工件（压板或虎口钳）
4，打表（平面和侧面）侧面打到2丝之内，表面在5丝之内，最好再打一下垂直度。

5，中心棒分中，转速500.
6，打开程序，看刀具，装刀具，注意刀具的刃长和需要的刀长，绝不能装短了。

7，模拟程序—传输程序。

8，将旋钮打到DNC，进给打到10%，RAPID OVERRIDE打到0%—然后在RAPID 上在0%~25%上快速转换。

刀具会在工件上方50mm处停顿一下，当刀具靠近工件时需要特别注意。

进给需要打到零。

看看刀具与工件的距离与机床显示的残余值是否对应。

9，最后调整转速与进给。

刀具的进给快慢与材料的硬度有关系。

以下为45号钢。

D63R6:开粗 S800 F3500 吃刀量60丝
精修 S1200 F400
D63R6一般用于粗銑大平面。

D30R5:开粗 S1600 F3000 吃刀量40丝
精修 S2000 F400
D20R0.8:开粗 (开槽） S1800 F2400(1800,3000,2700皆可，看情况而定）
精修底面 S3000 F300-500(45#钢很难把底面銑光）
中修侧面（绕）S1800 F2400(3000因为中修还有精修，所以进给可以打快点）
精修侧面（绕）S3000 F2400
中修侧面与精修侧面的区别在与吃刀量的不同。

D16:一般用于精銑侧面白钢刀S420 F200 (喷油）
钨钢刀S2000 F200（精修侧面一般分两次光，第一次吃刀量大一些，进给可以
稍打快些，500-600，但第二次必须要打慢些200-300）
D10:开粗(开槽） S1800 F2100
精修（底面） S3000 F300
精修（侧面） S3000 F300（精修侧面一般分两次光，第一次吃刀量大一些，进给可以
稍打快些，500-600，但第二次必须要打慢些200-300）
D8：开粗（开槽）S2400 F2100
精修底面 S3000 F300
精修侧面 S3600 F200-300(与D16,D10原理相同）
D25 精修侧壁 S420 F200-300（喷油）白钢刀銑侧壁要喷油
D6 开粗 S2400 F1800
精修侧壁(绕)S3600 F1500
光平面 S3600 F300
清角 S3600 F1200(1500）（清角最后几刀的时候，进给需要打慢些，因为铣到底部的时候，
刀具可能会铣到底部，而且余量也比较多）
D4:开粗 S3600 F1200
精修底部 S4400 F200-300
精修侧壁（绕） S4400 F1200(900)
清角 S4400 F1200(与D6相同）
D4以下的刀，一般用于精修，不用于开粗
D3,D2,D1 S4400 F900
8R1（直径为8，刀尖有1的R角）:不用于开粗，因为刀尖有圆角。

精修侧壁（绕） S3000 F1800
6R1,6R0.5: 精修侧壁 S3600 F1500
球刀用于开流到与中，精修斜面，曲面，不用于开粗。

R5开流道：S2100 F1500 最后一刀打慢些，F400
R3开流道：S3000 F1200 最后一刀打慢些，F400
R5中修斜面，曲面：S2100 F3000
精修：S3000 F2400(3000)
R3精修 S3600 F2100
R1精修 S4400 F1500
R1.5精修 S4400 F1800
R2精修 S3600 F1800
倒角器：S1200 F400
钻头：直径越大，转速越慢，进给一般可以打到F20-30 转速：500-1200
D15:S500 F20-30
D10:S600 F20-30
D6:S800 F20-30
D4:S1200 F20-30
一般情况下刀具直径越大，转速越慢，进给越快。

有谁有加工中心切削参数资料
2009-4-23 11:24
提问者：HWJ1365450|浏览次数：2801次
求不同加工材料,不同刀具的转速和进给的详细资料
2009-4-26 13:51
最佳答案
飞刀参数飞刀参数
刀具类型加工深度普通长度普通加长转速S 切削速度F 吃刀量刃长/刀长刃长/刀长刃长/刀长刃长/刀长
D100R1.6 200 250 500 1000 0.2-0.5
D80R1.6 200 250 500 1000 0.2-0.5
D63R8 180 100 200 500-700 1500-1800 0.5-1.5
D63R6 140 140 500-700 1500-1800 0.5-1.5
D63R2 300 300 500-700 1200-1800 0.5-1.5
D50R8 80 100 500-700 1200-1500 0.5-1.5
D32R5 120 250 1200-1500 1000-1500 0.5-1.5
D32R2 100 200 1200-1500 1200-1500 0.5-1
D40R0.8 150 250 1200-1500 1200-1500 0.2-0.5
D35R0.8 300 350 1200-1500 1200-1500 0.2-0.5
D32R0.8 100-150 230 1200-1500 1200-1500 0.2-0.5
D25R4 80 200 250 1000-1500 1000-2000 0.3-0.5
D20R0.4 80-120 150 200 1300 1500 0.3-0.5
D16R0.4 60-100 150 200 1200-1500 1000-2000 0.2-0.5
D30R15 100-160 230 350 1200-1500 1000-1500 0.3-0.6
D20R10 80-120 160 190 1000-1200 1000-1500 0.3-0.6
D16R8 80-120 160 1200-1500 1000-1500 0.3-0.5
D12R6 60 100 1500 1000-1500 0.2-0.5
D10R5 60 100 >1500 1000-1500 0.2-0.5
合金刀
刀具类型加工深度普通长度普通加长转速S 切削速度F 吃刀量12 50 25/75 26/100 1800 500-1500 0.05-0.5
10 50 22/70 25-100 2000 500-1500 0.05-0.5
8 45 19/60 20/100 2500 500-1500 0.05-0.5
6 30 13/50 15/100 3000 500-1500 0.05-0.4
4 30 11/50 3500 500-1500 0.05-0.3
2 25 8/50 4000 500-1500 0.05-0.3
1 20 6/50 5000 500-1500 0.05-0.15
R6 75 22/75 22/100 2000 1000-2000 0.2-1
R5 75 18/70 18/100 2000 1000-2000 0.2-1
R4 75 14/60 14/100 2000 1000-2000 0.2-1
R3 75 12/50 12/100 2500 800-1500 0.2-0.8
R2.5 30 10/50 3000 800-1500 0.15-0.6
R2 25 8/50 3000 800-1500 0.15-0.6
R1.5 25 8/50 3500 800-1500 0.15-0.6
R1 25 5/50 4000 500-800 0.1-0.2
R0.5 25 2.5/50 5000 500-800 0.025
白钢刀
刀具类型加工深度普通长度普通加长转速S 切削速度F 吃刀量
32 80-120 60/125 106/186 300-400 500-1000 0.1-1
25 80-120 60/125 90/166 300-400 500-1000 0.1-1
20 120 50/110 75/141 500-700 500-1000 0.1-1
16 120 40/95 65/123 500-800 500-1000 0.1-1
12 100 30/80 53/110 500-1000 500-1000 0.1-1
10 80 23/75 45/95 800-1000 500-1000 0.1-0.8
8 50 20/65 28/82 800-1200 500-1000 0.1-0.5
6 50 15/60 800-1200 500-1000 0.1-0.5
R8 80 32/92 35/140 800-1000 500-1000 0.2-0.4
R6 80 26/83 26/120 800-1000 500-1000 0.2-0.4
R5 60 20/72 20/110 800-1000 500-1000 0.2-0.4
R4 50 19/63 20/100 1000-1500 500-1000 0.2-0.4
R3 30 13/57 15/90 1000-1500 500-1000 0.2-0.4
注：以P20钢材为中间参考值，切削速度取中间值，硬度高于P20参数调低，硬度低于P20参数调高。

开粗余量一般为0.5，精加工为0.15-0.2
"开粗建立使用D63r8,D32r5,D32r2等，相当好用。

"
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