【文章內(nèi)容簡介】 可靠，但刀具不能重復使用。即工藝相同的不同工序，也要重新安排刀具，故增加了刀具數(shù)量和刀庫容量。一般用于刀具較少的中小型加 工中心、加工批量較大但工件品種較少 的加工中心、刀庫與主抽之間直接換刀的加工中心、有自動換刀庫的數(shù)控機床 (當加工小批量零件時 )。另外，在裝刀時必要認真謹慎對號入座，否則將會產(chǎn)生嚴重后果。 （ 2） 任意選擇刀具方式 這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可任意存放。每把刀具 (或刀座 )都編上代碼．自動換刀時，刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具 (或刀座 )都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。當某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該把刀具被選中，刀庫將選中的刀具送至換刀位置，等待機械手 來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關(guān)。相同的刀具可重復使用，故刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應(yīng)小一些。 ①刀座編碼式 這種編碼方式是對刀庫中的每個刀座都預(yù)先進行編碼，刀具也編號，并將與刀座編碼對應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中，根據(jù)刀座編碼選刀。換刀時刀庫旋轉(zhuǎn)，使各個刀座依次經(jīng)過刀具識別器，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫即刻停止旋轉(zhuǎn)。刀座編碼又分永久性編碼和臨時性編碼，前者刀座號是固定不變的；后者又稱編碼鑰匙，即采用一種專用的編碼鑰匙”這種入法是按加工順序要求事先給各刀 具都縛上一“把表示法刀具號的編碼鑰匙，當把各刀具存放到刀庫的刀座中時，將編碼鑰匙插進刀座旁邊的鑰匙孔中。這樣就把鑰匙的號碼轉(zhuǎn)記到刀座中，給刀座編上了號碼。識別器可通過識別鑰匙上的號碼來選取該鑰匙旁邊刀座中的刀具；編碼鑰匙中除導向 凸起外，共右 16 個凸起和凹下的位置，故有 65535 凹凸組合，可區(qū)別 65535把刀具。鑰匙沿著水平方向的鑰匙縫插人鑰匙孔座，然后順時針方向旋轉(zhuǎn)90176。，處于鑰匙代碼凸起的第一彈簧接觸片被撐起，表承代碼“ 1”，處于 第 2章 加工中心自動換刀裝置概述 11 代碼凹處的第二彈簧接觸片保持原狀，表示代碼“ 0”。由于鑰匙上每個凸凹部分 旁邊均有相應(yīng)的碳刷，故可將鑰匙各個凸凹部分均識別出來，即識別出相應(yīng)的刀具。當取出刀具時，鑰匙也隨之取出，刀 座碼立即消失，調(diào)換鑰匙可任意改變刀具編碼，使用具有更大的靈活性。 ②刀具編碼式 這種萬式是直接對每把刀具進行編碼，由換刀裝置識別刀具上的編碼進行選刀，出于每把刀只都有自己的代碼，故可存放于刀庫的任一刀座中。這樣刀庫 中 的刀具在不同的工序中也就可重復使用，用過的刀具也不一定放回原刀座中。避免了因刀具存放在刀庫中的順序差錯而造成的事故；同時也縮短了刀庫的運轉(zhuǎn)時間，簡化了自動換刀控制線路。它還可直接在刀庫與刀 具主軸之間進行換刀而不致增加換刀時間。其缺點是使刀具長度增加，制造田難，剛度降低，同時使機械手和刀庫的結(jié)構(gòu)也復雜化。 ③編碼附件法 這種選刀方式介于刀具編碼與刀座編碼之間。刀庫的刀座與刀具均無需編碼。只利用一種帶有編碼附件 (如鑰匙、卡片、編碼桿、編碼盤 )與刀具合在 — 起，這樣刀具就具有與編碼附件相同的編號。當帶編碼附件的刀具插人刀庫中某一刀座時，該刀座便具有編碼附件指定的編碼。 以上選刀方式都結(jié)換刀系統(tǒng)帶來很多不便，所以近年來在加工中心應(yīng)用得很少。 ④計算機記憶式 高檔的數(shù)控加工中心，可將刀具號和刀庫上存 刀地址對應(yīng)地記憶在計算機存儲器內(nèi)或可編程控制器內(nèi)。不論刀具放入哪個地址，均可跟蹤記憶；利用刀庫上裝刀位置檢測裝置，可測得每一地址。這樣刀具可以任意取、存，無需編碼元件，這種刀具任選方式使換刀控制大為簡化。故目前的加上中心絕大多數(shù)都采用這種方式。 刀具 (刀座 )識別裝置 刀具 (刀座 )識別裝置是自動換刀系統(tǒng)中的重要組成部分，常用的有下列幾種。 (1)接觸式刀具識別裝置 接觸式刀具識別裝置應(yīng)用廣泛，特別適應(yīng)于空間位置較小的刀具編碼，其原理如圖 2— 5 所示。在刀柄 1上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)，規(guī)定大 直徑的環(huán)表示二進制的“ 1”，小直徑的環(huán)為“ 0”，**大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖中有 5個編碼環(huán) 4，在刀庫附近固定一刀具識別裝置 2，從中伸出幾個觸針 3，觸針數(shù)量與刀柄上的編碼環(huán)個數(shù)相等。每個觸針連一個繼電器，當大直徑的編碼環(huán)與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“ 1”。當各繼電器讀出的 數(shù)碼與所需刀具的編碼一致時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉(zhuǎn)，等待換刀。接觸式刀具識別裝置結(jié)構(gòu)簡單，但由于使用中觸針有磨損，故壽命較短，可靠性較差，且難于快速換刀。 (2)非接觸式刀具識別裝置 非接觸式刀具識別裝置無機械接觸、無磨損、無噪聲、壽命長、反應(yīng) 速度快，適應(yīng)于高速且換刀頻繁的工作場合。常用的有磁性識別法和光電識別法。 ①非接觸式磁性識別法 磁性識別法是利用磁性材料和非磁性材料磁感應(yīng)強弱不同，通過感應(yīng)線圈讀取代碼。編碼環(huán)的直徑相等，分別由導磁材料 (如軟鋼 )和非導磁材料 (如黃銅、塑料等 )制成，規(guī)定前者編碼為“ 1”，后者編碼為“ 0”。圖 26所示為一種用于刀具編碼的磁性識別裝置。圖中刀柄1上裝有非導磁材料編碼環(huán) 4和導磁材料編碼環(huán) 與編碼環(huán)對應(yīng)的有一組檢測線圈 6 組成非接觸式識別裝置 3。在檢測線圈 6 的一次線圈 5中輸入交流電壓時，如編碼環(huán)為導磁材料，則磁感 應(yīng)較強，在二次線圈 7中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓。如編碼環(huán)為非導磁材料，則磁感應(yīng)較弱，在二次線圈中感應(yīng)的電壓較弱。利用感應(yīng)電壓的強弱，就能識別刀具的號碼。當編碼環(huán)的號碼與指令刀號相等時，控制電路便發(fā)出信號，使刀庫停止運轉(zhuǎn)，等待換刀。 刀具編碼的識別裝置原理如圖 27所示。當數(shù)控裝置接受穿孔紙帶給出的選刀號 T 代碼，由選刀控制電路使刀庫快速轉(zhuǎn)動，刀具依次通過識刀器，對應(yīng)每個刀具的編碼環(huán)感應(yīng)出不同的信號，經(jīng)刀號讀出電路將編碼環(huán)所表示的號碼讀出，通過輸入控制門存入刀號寄存器內(nèi)，然后送入比較符合電路與數(shù)控裝置，對已接收的 T 代 碼進行比較。若與給定的 T代碼不一樣，則刀庫仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到識刀器讀出的刀具或刀座編碼與 T 代碼一致時，發(fā)出選刀符合信號，說明已選中刀具；此時刀庫減速、定位、停止，所選刀具停在等待換刀位置。圖中延時清零電路用來等待識刀器讀完一個編碼號后再進行比較識別，以免因讀出信號時間上的不一致造成失誤。每讀完一次編碼，延時清零電路經(jīng)一定延時發(fā)出一次消零信號，使刀號寄存器清零復位，以便寄存第 2章 加工中心自動換刀裝置概述 13 下一個刀號。 圖 25接觸式刀具識別裝置 圖 26 磁性識別裝置 圖 27 識刀裝置原理框圖 ②光學纖維刀具識別裝置 這種裝置利用光導纖維很好的光傳導特性，采用多束光導纖維構(gòu)成閱讀頭。用靠近的兩束光導纖維來閱讀二進制碼的一位時，其中一束將光源投射到能反光或不能反光 (被涂黑 )的金屬表面，另一束光導纖維將反射光送至光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，以判斷正對這兩束光導纖維的金屬表面有無反射光，有反射時 (表面光亮 )為“ 1”，無反射時 (表面涂黑 )為“ 0”．如圖 28 (b)所示。在刀具的某個磨光部位按二進制規(guī)律涂黑或不涂黑，就可以給刀具編上號碼。正當中的一小塊反光部分用來發(fā)出同**大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 步信號。閱讀頭的 端面如圖 28(a)所示，共用的投光射出面為一矩形框，中間嵌進一排共 9 個圓形受光入射面、當閱讀頭端面正對刀具編碼部位，沿箭頭方向相對運動時，在同步信號作用下，可將刀具編碼讀入，并與給定的刀具號進行比較而選刀。 在光導纖維中傳播的光信號比在導體中傳播的電信號具有更高的抗干擾能力。光導纖維可任意彎曲，這給機械設(shè)計、光源及光電轉(zhuǎn)換元件的安裝都帶來很大的方便。因此，這種識別方法很有發(fā)展前途。 近年來，“圖像識別”技術(shù)也開始用于刀具識別，刀具不必編碼，而在刀具識別位置上利用光學系統(tǒng)將刀具的形狀投影到許多光電元件組成的 屏板上，從而將刀具的形狀變?yōu)楣怆娦盘枺?jīng)信息處理后存人記憶裝置中。選刀時，數(shù)控指令 T所指的刀具在刀具識別位置出現(xiàn)圖形時，便與記憶裝置中的圖形進行比較，選中時發(fā)出選刀符合信號，刀具便停在換刀位置上。這種識別方法雖有很多優(yōu)點，但由于該系統(tǒng)價格昂貴而限制了它的使用。 圖 28 光學纖維刀具識別裝置 (3)利用 Pc 實現(xiàn)隨機換刀 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，利用軟件選刀以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編碼環(huán)和識刀器。在這種選刀和換刀的方式中，刀庫上的刀具能與主軸上的刀具任意地直接交換，即隨機換刀。主軸上換來的新刀號及 還回刀庫的刀具號，均在 Pc 內(nèi)部相應(yīng)地存儲單元記憶。隨機換刀控制方式需要在第 2章 加工中心自動換刀裝置概述 15 Pc 內(nèi)部設(shè)量一個模擬刀庫的數(shù)據(jù)表，其長度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫的位置數(shù)和刀具號相對應(yīng)。這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了內(nèi)于識刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來的選刀失誤。 ① ATC(自動換刀 )控制和刀號數(shù)據(jù)表 如圖 2— 9所示，刀庫有 8個刀座，可存放 8 把刀具。刀座固定位置編號為方框內(nèi) 1號 — 8 號， 0為主軸刀位置號，由于刀具本身不附帶編碼環(huán)，故刀具編號可任意沒定，如圖 2— 94 中 (10)— (18)的刀號。一旦給某刀編號后．該編號不應(yīng)隨意改變。 為了使用方使．刀號也采用 BCD 碼編寫。 在 PC 內(nèi)部建立一個模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表，如圖 210 所示。數(shù)據(jù)表的表序號與刀庫刀座編號相對應(yīng)，每個表序號中的內(nèi)容就是對應(yīng)刀座中所插入的刀具號。圖中刀號表首地址 TAB 單元固定存放主軸上的刀具號數(shù)， TAB+1— TAR+8 存放刀庫上的刀具號。由于刀號數(shù)據(jù)表實際上是刀庫中存放刀具位置的一種映像，所以刀號表與刀庫中刀具的位置應(yīng)始終保持一致。 圖 29刀庫中刀具位置編號 圖 210刀庫的刀號數(shù)據(jù)表 ②刀具的識別 雖然刀具不附帶任何編碼裝置，且采用任意換刀方式，但是，由于在 PC 內(nèi)部設(shè)置的刀號數(shù)據(jù)表始終與刀具在刀庫中的實際位置相對應(yīng)，所以對刀具的識別實質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ稁煳恢玫淖R別。當?shù)稁煨D(zhuǎn)，每個刀座通過換刀位置 (基準位置 )時，產(chǎn)生一個脈沖信號送至 PC，作為計數(shù)**大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 脈沖。同時．在 PC 內(nèi)部設(shè)置一個刀庫位置計數(shù)器，當?shù)稁煺D(zhuǎn) (cw)時，每發(fā)一個計數(shù)脈沖，使該計數(shù)器遞增計數(shù)；當?shù)稁旆崔D(zhuǎn) (ccw)時．每發(fā)一個計數(shù)脈沖，則計數(shù)器遞減計數(shù)。于是計數(shù)器的計數(shù)值始終在 1— 8 之間循環(huán)，而通 過換刀位置時的計數(shù)值 (當前值 )總是指示刀庫的現(xiàn)在位置。 當 PC 接到新刀具的指令 (TXX)后，在模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表中進行數(shù)據(jù)檢索，檢索到 T代碼給定的刀號，將該刀具號所在數(shù)據(jù)表中的表號數(shù)存放在一個緩沖存儲單元中，這個表序號數(shù)就是新刀具在刀庫中的目標位置。刀庫旋轉(zhuǎn)后，測得刀庫的實際位置與要求的刀庫目標位置一致時，即識別了所要尋找的新刀具。刀庫停轉(zhuǎn)并定位，等待換刀。識別刀具的 PC 程序流程團如圖 211所示。 ③刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改 當前一工序加工結(jié)束后需要更換新刀加工時， NC 系統(tǒng)發(fā)出自動換刀指令 M06 控 制機床主軸準停。機械手執(zhí)行換刀動作，將主軸上用過的舊刀和刀庫上選好的新刀進行交換。與此同時，應(yīng)通過軟件修改 PC 內(nèi)部的刀號數(shù)據(jù)表，使相應(yīng)的刀號表單元中的刀號與交換后的刀號相對應(yīng)。 第 2章 加工中心自動換刀裝置概述 17 圖 211 識別刀具的 PC程序流程框圖 刀具交換裝置 **大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 實現(xiàn)刀庫與機床主軸之間裝卸和傳遞刀具的裝置稱為刀具交換裝置。交換裝置的形式和具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機床的整體布局、生產(chǎn)率和工作可靠性都有直接影響。 交換裝置的形式很多，一般可分為兩大類。 ① 由刀庫 和主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換 用這種形式交換刀具時，必須將主軸上用過的刀具送回刀庫，再從刀庫取出新刀，但兩個動作不能同時進行。它適用采用 40 號以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機床。這種換刀方式?jīng)]有機械手，因而結(jié)構(gòu)簡單；刀庫回轉(zhuǎn)是在工步與工步之間，故換刀時間長，換刀動作也較多，但卻免去了刀庫回轉(zhuǎn)時的振動對加工精度的影響。在這種換刀方式中，刀庫可以是圓盤型、直線排列式、也可以是格子箱式等。圓盤式刀庫可設(shè)在立柱頂上、立柱主軸箱的側(cè)面，也可以設(shè)在橫梁一端。直線排列式刀庫可設(shè)在工作臺上方，也可設(shè)在 工作臺的一端或兩端。格子箱式刀庫可設(shè)在雙工作臺的中間。 ② 由機械手進行刀具交換 由于刀庫及刀具交換方式不同，換刀機械手種類繁多。機械手的類型如表 22