近年來,隨著機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展,數(shù)控加工技術(shù)得到了迅速的普及和應(yīng)用,而其中帶有自動(dòng)換刀裝置,能在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、擴(kuò)等多種工序的加工中心更是占據(jù)了數(shù)控機(jī)床中的主導(dǎo)地位。自動(dòng)換刀裝置(ATC)是保證加工中心多工序加工的基本條件,其主要作用在于減少加工過程中的非切削時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,進(jìn)而提升機(jī)床乃至整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。因而,加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低。
1 刀庫換刀常用控制方式
      換刀方式主要有固定換刀和隨機(jī)換刀。前一種方式刀庫的刀套號(hào)和刀具號(hào)始終一致;而后一種方式,刀套號(hào)和刀具號(hào)在換刀過程中不一致。
(1)固定換刀方式(無機(jī)械手,無刀具預(yù)選功能)。無論換刀次數(shù)是多少,刀套號(hào)與刀具號(hào)始終一一對(duì)應(yīng),如N號(hào)刀套中始終是N號(hào)刀。這種換刀方式換刀時(shí)間較長(zhǎng),適用于刀具容量較少的小型加工中心。由于無刀具預(yù)選,必須先歸還舊刀再換新刀,刀庫無機(jī)械手,用Z軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)給,換刀時(shí)間較長(zhǎng)。
(2)隨機(jī)換刀(有機(jī)械手,可實(shí)現(xiàn)刀具預(yù)選)。刀具號(hào)與刀套號(hào)不一一對(duì)應(yīng),系統(tǒng)有相應(yīng)的刀具表隨時(shí)記憶刀具使用情況,刀具表中刀套號(hào)是固定的,而刀具號(hào)則隨刀具的交換隨時(shí)更新。例如在刀具表初始化后,N號(hào)刀套中是N號(hào)刀,但只要產(chǎn)生刀具交換,則刀具表隨之進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(需在梯形圖中處理并設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)表)。此方法換刀時(shí)間短,適用于盤式、鏈?zhǔn)脚c箱式換刀系統(tǒng)。
2 圓盤式刀庫控制原理
圓盤式刀庫是ATC隨機(jī)換刀的典型形式之一,通過凸輪機(jī)構(gòu)來完成整個(gè)換刀過程。換刀的動(dòng)作過程快速且準(zhǔn)確可靠,是一種常采用的刀庫形式。
在換刀控制時(shí),通?？梢詫⒌毒呓粨Q分為兩個(gè)步驟,先調(diào)用Txx指令,主要搜索刀庫中的刀具,再使用M06指令完成刀具的交換,使主軸上更換新的刀具。因此,刀具交換實(shí)際上就是指搜索刀具和交換目標(biāo)刀具兩個(gè)動(dòng)作節(jié)拍。
隨機(jī)換刀只對(duì)刀具進(jìn)行編碼而不對(duì)刀套進(jìn)行編碼,刀具在刀庫中的位置是隨機(jī)的。理想的隨機(jī)換刀控制通常包括圓盤式刀庫PMC用戶程序和NC宏程序(大直徑選刀、換刀程序)兩部分。PMC用戶程序和NC宏程序共同根據(jù)T碼完成搜索刀庫中的刀具、進(jìn)行刀具交換的整個(gè)過程。

FANUC0-iMC數(shù)控系統(tǒng)的NC宏程序可以通過讀取、運(yùn)用系統(tǒng)變量將宏程序中大小直徑刀具交換的條件狀態(tài)位作為換刀宏程序判斷跳步執(zhí)行的條件,通過用戶宏程序和PMC之間的信號(hào)應(yīng)答,非常容易地實(shí)現(xiàn)大小直徑刀具的隨機(jī)換刀與固定換刀方式選擇。

3 預(yù)選刀具的自動(dòng)控制刀庫

刀具交換的PMC控制程序設(shè)計(jì)主要考慮搜索目標(biāo)刀具在刀庫上的刀套位置、刀庫旋轉(zhuǎn)方向(目標(biāo)刀套最短路徑)的判別,從而完成目標(biāo)刀具的搜索,為刀具交換作準(zhǔn)備。

隨機(jī)換刀的控制過程是比較復(fù)雜的。將宏程序與PMC程序有機(jī)結(jié)合使得機(jī)床的換刀過程控制更為方便、簡(jiǎn)捷。采用宏變量的方式能靈活地設(shè)置大直徑的地址區(qū)間與數(shù)量,PMC控制程序設(shè)計(jì)沒有固定的模式,宏程序可以與PMC程序多種組合以實(shí)現(xiàn)盤式刀庫隨機(jī)換刀的控制。此方法已經(jīng)在FANUC0-iMC數(shù)控系統(tǒng)的VMCL1000加工中心上調(diào)試實(shí)現(xiàn)。

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