【文章內(nèi)容簡介】 。另外，在裝刀時必要認(rèn)真謹(jǐn)慎對號入座，否則將會產(chǎn)生嚴(yán)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(dāng)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(jī)械手來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點(diǎn)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(fù)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(jìn) 11 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(dāng)把各刀具存放到刀庫的刀座中時，將編碼鑰匙插進(jìn)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(dǎo)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 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(dāng)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(jìn)行編碼，由換刀裝置識別刀具上的編碼進(jìn)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(fù)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(yùn)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(jìn)行換刀而不致增加換刀時間。其缺點(diǎn)是使刀具長度增加，制造田難，剛度降低，同時使機(jī)械手和刀庫的結(jié)構(gòu)也復(fù)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(dāng)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(jī)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(jī)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 12 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— 6 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(jìn)制的“ 1”，小直徑的環(huán)為“ 0”，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(dāng)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(dāng)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(jī)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(qiáng)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(dǎo)磁材料 (如軟鋼 )和非導(dǎo)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 27 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(dǎo)磁材料編碼環(huán) 4 和導(dǎo)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(dǎo)磁材料，則磁感應(yīng)較強(qiáng)，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(dǎo)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(qiáng)弱，就能識別刀具的號碼。當(dāng)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(yùn)轉(zhuǎn)，等待換刀。 刀具編碼的識別裝置原理如圖 28 所示。當(dāng)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(jìn)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； 13 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(jìn)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(fù)位，以便寄存下一個刀號。 圖 26 接觸式刀具識別裝置 圖 27 磁性識別裝置 圖 28 識刀裝置原理框圖 ②光學(xué)纖維刀具識別裝置 這種裝置利用光導(dǎo)纖維很好的光傳導(dǎo)特性，采用多束光導(dǎo)纖維構(gòu)成閱讀頭。用靠近的兩束光導(dǎo)纖維來閱 14 讀二進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)制規(guī)律涂黑或不涂黑，就可以給刀具編上號碼。正當(dāng)中的一小塊反光部分用來發(fā)出同步信號。閱讀頭的端面如圖 29(a)所示，共用的投光射出面為一矩形框，中間嵌進(jìn)一排共 9 個圓形受光入射面、當(dāng)閱讀頭端面正對刀具編碼部位，沿箭頭方向相對運(yùn)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(jìn)行比較而選刀。 在光導(dǎo)纖維中傳播的光信號比在導(dǎo)體中傳播的電信號具有更高的抗干擾能力。光導(dǎo)纖維可任意彎曲，這給機(jī)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(xué)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?，?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(jìn)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(diǎn)，但由于該系統(tǒng)價格昂貴而限制了它的使用。 圖 29 光學(xué)纖維刀具識別裝置 15 (3)利用 Pc 實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀 隨著計算機(jī)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(jī)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(jī)換刀控制方式需要在 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— 10 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 211 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(shí)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 210 刀庫中刀具位置編號 圖 211 刀庫的刀號數(shù)據(jù)表 16 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(shí)際位置相對應(yīng)，所以對刀具的識別實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)閷Φ稁煳恢玫淖R別。當(dāng)?shù)稁煨D(zhuǎn)，每個刀座通過換刀位置 (基準(zhǔn)位置 )時，產(chǎn)生一個脈沖信號送至 PC，作為計數(shù)脈沖。同時．在 PC 內(nèi)部設(shè)置一 個刀庫位置計數(shù)器，當(dāng)?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(dāng)?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(dāng)前值 )總是指示刀庫的現(xiàn)在位置。 立式數(shù)控銑床的主軸軸線與工作臺面垂直，是數(shù)控銑床中最常見的一種布局形式。立式數(shù)控銑床一般為三坐標(biāo) （ X 、 Y 、 Z ）聯(lián)動 , 其各坐標(biāo)的控制方式主要有以下兩種： 1 ）工作臺縱、橫向移動并升降，主軸只完成主運(yùn)動。目前小型數(shù)控銑床一般采用這種方式 。 2 ） 工作臺縱、橫 向移動，主軸升降。這種方式一般運(yùn)用在中型數(shù)控銑床中 當(dāng) 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(jìn)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(biāo)位置。刀庫旋轉(zhuǎn)后，測得刀庫的實(shí)際位置與要求的刀庫目標(biāo)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(tuán)如圖 212 所示。 ③刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改 當(dāng)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(jī)床主軸準(zhǔn)停。機(jī)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(jìn)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)。 17 圖 212 識別刀具的 PC 程序流程框圖 刀具交換裝置 實(shí)現(xiàn)刀庫與機(jī)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(jī)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。 由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)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(jìn)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(jī)床。這種換刀方式?jīng)]有機(jī)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 18 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。 由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換 由于刀庫及刀具交換方式不同，換刀機(jī)械手種類繁多。機(jī)械手的類型如表 22 所示。 表 22 換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 類型 形式 應(yīng)用 特點(diǎn) 單臂單手式 機(jī)械手作往復(fù)直線運(yùn)動 用于刀具主軸與刀庫刀座軸線平行的場合 結(jié)構(gòu)較簡單，換刀時間較長 機(jī)械手?jǐn)[動，其軸線與刀具主軸平行 用于刀庫刀座軸線與主軸軸線平行的場合 機(jī)械手?jǐn)[動，其軸線與刀具主軸垂直 用于刀庫刀座軸線與主