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數控（kòng）銑床刀庫改裝裝（zhuāng）置

2023-9-19 來源：浙江交通技師學院作者：傅凱

摘（zhāi）要：隨著我們（men）對加工工藝的深入了解，加（jiā）工中心起到重要的作用。設備改造、產品創新設計、生產工藝改進等都是需要突破的難點。數控銑床的自動化換刀就是眾多項目中的一個。我們通過分析企業需求，製定設備改造（zào）方案，完成自動換刀裝置支（zhī）架的設（shè）計和製造、刀庫係（xì）統的設計、刀庫的安裝及位置調整、係統調（diào）試及運行等任務，最終（zhōng）完成對數控銑床的自動化（huà）改造，將機械手自動換刀代替以（yǐ）前的人（rén）工手動換刀，使生產（chǎn）提高了效率，降低（dī）了成本。作為技師研修的內容，我們通（tōng）過參與（yǔ）項目，學習鞏固了專業知識，並運用到（dào）實際當中。

關鍵詞：數控銑（xǐ）床；自動（dòng）換刀裝置（zhì）；改造

準（zhǔn）備工作：（1）準（zhǔn）備支架，刀庫。（2）準備中間繼電器 5 個，接觸（chù）器（qì） 3 個，空氣開關 2 個（gè）。（3）準備電線，紅色 22v，藍色 24v，黑色380v。動力（lì）線，信（xìn）號線。（4）準（zhǔn）備工具，扳手、六角扳手、潤滑油、小刀、紮帶等。

1、刀（dāo）庫類型的確定

自動換（huàn）刀裝置有（yǒu）鬥笠式刀庫，圓盤式刀庫，鏈式刀庫等類型。這部分內容是《機床與數控機床》的專業知識，查閱資料（liào），根據需（xū）求進行（háng）分析（xī），確定刀庫的使用參數，選用合適的刀庫。當前設備數控銑床，所加工產品的刀具在 20 把以內，通過分（fèn）析每種（zhǒng）刀庫的特點和企業需求，確定了自動（dòng）換刀裝置選用圓（yuán）盤式刀庫，刀（dāo）具容量24 把以及（jí）刀庫的參數指標。

2、支架的設計

支架和是連接刀庫機床的連接件，支架的設計使用到《機械CAD/CAM》以及《機械基礎》專（zhuān）業知識，通過測量機床和刀庫尺寸以及刀庫（kù）的（de）重（chóng）量，對支架進行（háng）結構設計，運用 CAD 軟件（jiàn）實體進行造（zào）型仿（fǎng）真，優化支（zhī）架結構，完成支架的圖紙設計。

圖（tú） 1 刀庫（kù）安裝位置仿真圖

支（zhī）架的機（jī）加工部分由我們加工完成，包括平（píng）麵（miàn）銑削、槽銑削（xuē）、鍵的加工。這部分專業知識在《機加工實訓》《數控加工實訓》中學習到。

圖 2 支架設（shè）計圖

3、刀庫安裝

利用（yòng）龍門架將支架吊裝（zhuāng）至主軸立柱的預留安裝位置；將立（lì）柱（zhù）與支架（jià）的（de）安裝麵清理幹淨，保證（zhèng）配合麵安裝準確；將支架的定位鍵插入立柱鍵槽；移動（dòng）支架使其與立柱通過定位鍵準確（què）定位；用緊固螺栓將支架固定在立柱上；在（zài）立柱上安裝用於調（diào）整支架（jià）位（wèi）置的螺栓部件。

利用龍門（mén）架將自動換刀裝置吊裝至機床附近，並拆（chāi）除自動換刀裝（zhuāng）置的支承附件；將自動換刀裝（zhuāng）置吊裝至（zhì）支架位置（zhì），調整自動換刀裝置並用螺栓將其固定在（zài）支架上。連接信號線、動（dòng）力（lì）線（xiàn）、接（jiē）通氣路。

4、係統的設計

係統的設計是一項綜合性很（hěn）強的任務，在這個任務運用《電工與電子技術》《機（jī）床電控與 PLC》的專業知識。

（1）電氣係統設計。自動換刀裝置分度電機和刀臂電（diàn）機的控製的（de）強電部分設計。M2、M6 分（fèn）別為自動換刀裝置分（fèn）度電機和刀臂電機。KM02 和 KM03 分別為自動換（huàn）刀（dāo）裝置正、反（fǎn）轉控製接觸器，正反電機之間（jiān）互鎖。KM06 為（wéi）刀臂電機接（jiē）觸器，由於刀（dāo）臂電機隻做一個（gè）方向的運轉，刀臂順逆旋轉靠內（nèi）部機械結構轉換，故換刀動作隻有一個接觸器。QF03、QF06 為空氣斷路器（qì），當過載時切斷（duàn）電路，保證安全運行。ZM02、ZM06 為吸（xī）收（shōu）電路，用於改進（jìn）電動機（jī）在開通和關斷時所承受的電壓和電流波形。

圖 3 電氣（qì）原理圖

（2）接觸器電（diàn）路的設計。該部分主要是實現 PMC 的輸出信號的變化接通或斷開的控製，KA02、KA03、KA06 分別控製 KM02、KM03、KM06 線圈得電的物理中間繼電（diàn）器。

（3）倒刀回刀動作的控製。分別由（yóu）物理繼電器 KA04、KA05控（kòng）製 YV2、YV3 電磁（cí）閥。

5、機床調試

在與這部分任務用到了《數控機床維修（xiū）》《數控原理與應用》的（de）專（zhuān）業知識。在調試之前，設置係（xì）統參數，將 K 參數中 K3.3=1K5.5=1，實現單步換（huàn）刀（M80-M86）。

（1）自動換（huàn）刀裝置位置調整（zhěng）。這（zhè）部分內容自動換刀裝置與主軸相（xiàng）對位置的確定十（shí）分重要，關係到換刀能（néng）否順利完成（chéng）。順序執行 M80（刀套（tào）垂直）、M81（刀臂持刀）、M82（刀位鬆）、M83（換刀）、M84（刀位緊）、M85（刀臂原點）、M86（刀套水平（píng））指令，使換刀臂處於換（huàn）刀（dāo）位置（M83），將一刀柄錐麵均勻塗抹紅（hóng）丹油放置在刀臂上，用於調整自動換刀裝置位置，這調整支架上（shàng） X 向、Y 向微調螺釘用來調（diào）整自動換刀（dāo）裝置位置，同時在手輪模式（shì）下，Z 軸上下移動主軸，使主軸錐孔與刀（dāo）柄錐麵輕輕接觸，觀察主軸錐孔上紅丹油的分布情況，直至紅丹油均勻分布（bù）在主軸錐孔麵上。鎖緊支架螺釘，這樣（yàng）自（zì）動換刀裝置的位置調整完畢（bì）。

圖 4 接觸（chù）器設計圖

圖 5 氣動電磁閥電路圖

（2）機床第（dì）二參考點設（shè）置（換刀點）。在調試之（zhī）前，機床回機械（xiè）原點，執行回零操作，一般機械原點高於換刀點。設（shè）置係統參數，將 K 參數中 K3.3=1 K5.5=1。輸入 #1326 號係統參數 Z 50，#1851號參數（shù） APC 置 1，重新開關機，#1851 號參數 APZ 置 1，再次重新開機，此（cǐ）時調整前的參數（shù）設（shè）置完畢。在手輪（lún）模式下移動 Z 軸，使主軸錐孔與刀柄輕（qīng）微接觸，Z 軸（zhóu）上移 0.3mm，將（jiāng）這一位（wèi）置作為 Z 軸第（dì）二參考點即（jí）換刀點。將（jiāng）換刀點與（yǔ）機床原點 Z 向差值輸入到#1241 號參數 Z 值，機床第二參考點即換刀點設置（zhì）完畢。

（3）主軸定位（wèi）的設置。數控（kòng）機床為（wéi）了完成（chéng） ATC 的動作過程，必須設（shè）置主（zhǔ）軸準停機構。由於刀具裝在主軸上，切（qiē）削時切削轉矩不可能僅靠錐孔的摩（mó）擦力來傳遞，因此在主軸前端設置（zhì）一（yī）個突鍵，當刀具裝入（rù）主軸時，刀（dāo）柄上的鍵槽必須與突鍵對（duì）準，才能順利換刀：為此，主軸必須（xū）準確（què）停在某固定的角（jiǎo）度上。由此可知主軸準（zhǔn）停是實現 ATC 過程的重要環節。主軸準停的設定通過 #4031 號參（cān）數設置，保證主軸凸鍵與刀柄鍵槽對準。

（4）換刀操作驗證。順序執行 M80-M86 指（zhǐ）令，單步完成換刀動作，檢查換刀動作（zuò）是否正確順利。

（5）刷新自動換刀裝置。通過 PMC 將（jiāng）刀座號與刀具號（hào）設為一致，即主軸為零號刀，一號刀位對應一號（hào）刀、二號刀位對應（yīng）二號刀。

（6）參數複位。調試結束（shù）之後，要將參數複位，需要（yào）複位的參數有（yǒu） #1320，#1326，K3.3，K5.5。

6、結（jié）束語

在這個項目中通過閱資料，根據企業需求進行分析，確定刀庫（kù）的參數，選用了（le）合適的刀庫；通過測量機床和刀庫尺寸以及刀庫的重量，對（duì）支架進行結構（gòu）設計，運（yùn）用 CAD 軟件（jiàn）實體進（jìn）行（háng）造型仿真，優化支架結構，完成支架（jià）的圖紙設計；參與了刀庫係統的部分設計任務；完成了刀庫位置的調整任（rèn）務；能（néng）根（gēn）據要求對機床參數進行設置。

在這個項目（mù）的實施過程中應（yīng）用到了《機床與數控機床》、《機械 CAD/CAM》、《機械基礎》、《機加工實訓》、《數控加工實訓》、《電工與電子技術》、《機床電控與 PLC》、《數控機床維修》、《數控原理與應用》等專業知識，一邊學習一邊應用，對知識點有了更深刻的認識，在對刀庫改裝中起到了良好（hǎo）的效果。數控銑床自動換刀裝置改造（zào）項目的完成（chéng），同（tóng）時（shí）也促進了企業之間的技術發展，推（tuī）動了科（kē）研的步伐，為數控專業更好的學習理解專業知識提供了條（tiáo）件。提高了生產效率，節約了人力（lì）資（zī）源；改造（zào）後的機（jī）床能夠承擔工藝複雜、工序繁多和批量生產等零件的加工任務。通過測試，熟練操作工（gōng）手動換刀一次平均時間為 19 秒，而（ér）自動換刀一次時間為 6 秒。對於多工序、多刀具的（de）的產品生產可以大大提高生產效率（lǜ），減少生產成本。

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