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數控銑床刀庫改裝裝置

2023-10-17 來源：浙江交通技師學院作（zuò）者：傅凱

摘要：隨著我們對加工（gōng）工藝的（de）深入了解，加工中心起到重要的作用。設備（bèi）改造、產品創新設計、生產工（gōng）藝（yì）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（yè）需求，製定設備改造方案，完成自動換刀裝置支架的設計和製造、刀庫係統（tǒng）的設（shè）計、刀庫的（de）安（ān）裝及位置調整、係統調試及運行等任務，最終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前的人工手動換刀，使生產提高了效率，降（jiàng）低（dī）了成本。作為技師研修的內容，我們通（tōng）過（guò）參與項目（mù），學習（xí）鞏固了專業知識，並運用到實（shí）際當中。

關鍵（jiàn）詞：數控銑床；自（zì）動換刀裝置；改造

1、刀庫類（lèi）型的（de）確定

自動換刀裝置有（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，根據需求（qiú）進行分析，確定刀庫的（de）使（shǐ）用參數，選用（yòng）合適的刀庫。當前設（shè）備數控銑床，所加（jiā）工產品的刀具在 20 把（bǎ）以內，通過分析每種刀庫的特點和企業（yè）需求，確定了自動換刀（dāo）裝置選用圓盤式刀庫，刀具容量24 把（bǎ）以及刀庫的參數指標。

2、支架的設計

支架（jià）和是連接刀庫機床（chuáng）的連接件，支架的設計使用到《機械CAD/CAM》以及《機械基礎》專業知識，通（tōng）過測量機床和刀庫尺寸（cùn）以及刀庫的重量，對支架進行結構設計，運用 CAD 軟件實體進行造型仿真，優化支架結構，完成支架的圖紙設計。

圖 1 刀庫（kù）安裝位置仿真圖

支架的機加（jiā）工部分由我（wǒ）們加工完成，包括平麵銑削、槽銑削、鍵的加工。這部分專業知識在《機加工實（shí）訓》《數（shù）控加工實（shí）訓》中（zhōng）學習到。

圖 2 支架設計圖（tú）

3、刀庫安裝

利用龍門（mén）架將支架（jià）吊裝至主軸立柱的預留安裝位置；將立柱與（yǔ）支架的安裝麵清理幹淨，保證配合（hé）麵安裝準確；將（jiāng）支（zhī）架的定位鍵插入立柱鍵槽；移（yí）動（dòng）支架使其與立柱通過定位鍵（jiàn）準確定位；用緊（jǐn）固螺栓將（jiāng）支架固定在立柱上；在立柱上（shàng）安裝用於調整支架（jià）位置的螺栓（shuān）部件。

利用龍門架（jià）將自動換刀裝置吊裝至機床附近，並拆除自動換刀裝置的支承附件；將自動換刀裝置吊（diào）裝至支架位置，調整自動換刀裝置並用螺（luó）栓將其（qí）固定在支架上。連接信號線（xiàn）、動力線、接（jiē）通氣路。

4、係統的設計

係統的設計是一項綜合性很強（qiáng）的任務，在這（zhè）個任務運用《電工與電子（zǐ）技術》《機床電控（kòng）與 PLC》的專業知識。

（1）電氣（qì）係統設計。自動換刀裝置分度電機和刀臂電（diàn）機的（de）控製（zhì）的（de）強電部分設計。M2、M6 分別為自動換刀（dāo）裝置分（fèn）度電（diàn）機和刀臂電機。KM02 和 KM03 分別為自動換刀裝置正、反轉控製接觸器，正反電機之間（jiān）互鎖。KM06 為刀臂電機接觸器，由於刀臂電機隻（zhī）做一個方向的運轉，刀臂順逆旋（xuán）轉靠內部機械結（jié）構轉換（huàn），故換刀動作隻有一個接觸器。QF03、QF06 為空氣（qì）斷路器，當過載時切斷電路，保證安全運行（háng）。ZM02、ZM06 為吸收電路，用於改進電動機（jī）在開通和關斷時所承（chéng）受（shòu）的電壓和電流波形。

圖 3 電氣原理圖

（2）接觸器電路的設計（jì）。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器。

（3）倒刀回刀動作的控製。分別由物理繼電器 KA04、KA05控製（zhì） YV2、YV3 電磁（cí）閥（fá）。

5、機床調試

在與（yǔ）這部分任務用到了《數控機床維修》《數控原理與應（yīng）用》的專業知識。在調試之（zhī）前，設置係統參數，將 K 參數（shù）中 K3.3=1K5.5=1，實現單步換刀（M80-M86）。

（1）自動換刀（dāo）裝（zhuāng）置位置調（diào）整。這部分內容自動換刀裝置與主軸相對位（wèi）置的確定十分重要，關係到換刀能否順利完成（chéng）。順序執行 M80（刀套垂直）、M81（刀（dāo）臂持（chí）刀）、M82（刀位鬆）、M83（換刀）、M84（刀位緊）、M85（刀臂原點（diǎn））、M86（刀套水平）指令，使換刀臂處於換刀位置（M83），將（jiāng）一刀柄錐麵均勻塗抹紅丹油放置在刀（dāo）臂上，用於調整自動換刀裝置位置，這（zhè）時調整支架上 X 向、Y 向微（wēi）調螺釘用來調整（zhěng）自動換刀裝置位置，同時在手輪模式下，Z 軸上下移動主軸，使主軸錐（zhuī）孔與（yǔ）刀柄錐麵輕（qīng）輕接觸，觀察（chá）主軸錐孔上紅丹油的分布情況，直至紅丹油均勻分布在主軸錐孔麵上。鎖緊支架螺釘，這樣自動換（huàn）刀裝（zhuāng）置的位（wèi）置（zhì）調整完畢。

圖 4 接觸（chù）器設計（jì）圖

圖 5 氣（qì）動電磁閥電路圖

（2）機床第二參考點設置（換刀（dāo）點）。在調試之前，機床回機械原點，執行回零操作，一般機械原點高於換（huàn）刀點（diǎn）。設置係統參數，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 APC 置 1，重新開關機，#1851 號（hào）參數 APZ 置 1，再（zài）次重新開機，此時調整前的參數設置（zhì）完畢。在手（shǒu）輪模式下移動 Z 軸（zhóu），使（shǐ）主（zhǔ）軸（zhóu）錐孔與刀（dāo）柄輕微接觸，Z 軸上移 0.3mm，將這（zhè）一位置作為 Z 軸第二參考點即換刀點。將換刀點與機床原點 Z 向差值輸入到#1241 號參數 Z 值，機床第二參考點（diǎn）即換刀點設置完畢（bì）。

（3）主軸（zhóu）定位的設置。數控機床為了完成（chéng） ATC 的動作過（guò）程，必須（xū）設置主軸準停機構。由於刀具裝在主軸上，切削時（shí）切削轉矩（jǔ）不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前（qián）端設置一個突鍵，當刀具裝入（rù）主軸時，刀柄上的鍵槽必須與突鍵（jiàn）對準，才能順利換刀：為此，主軸必須準確停在某固定的角度上。由此可知主軸準（zhǔn）停（tíng）是實現 ATC 過程的（de）重要環節。主軸準停的設定通過 #4031 號參數設置，保證主（zhǔ）軸凸鍵與刀柄鍵槽對準。

（4）換刀操作驗證。順序執行 M80-M86 指令，單步完成（chéng）換刀動作，檢（jiǎn）查換刀動作是否正確順利。

（5）刷新自動換刀裝置。通過 PMC 將刀座號與（yǔ）刀具號設為一致，即（jí）主（zhǔ）軸為零號刀，一號刀位對應一號刀、二號（hào）刀位對應二號刀。

（6）參數複位。調試結束之後，要將參數複位（wèi），需要複位的參數（shù）有 #1320，#1326，K3.3，K5.5。

6、結束語

在（zài）這個項目中通過閱資料，根據企業（yè）需求進（jìn）行分析，確定刀庫（kù）的參數，選用（yòng）了合適的刀庫；通過測量機床和刀庫尺寸以及刀庫（kù）的重量，對支架進行結構設計，運用 CAD 軟件實體進行造型仿真，優化支架結（jié）構（gòu），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務；能根據要求對機（jī）床參數進行設置。

在這個（gè）項目的實施過程（chéng）中應用到了《機（jī）床與（yǔ）數控機床》、《機（jī）械（xiè） 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（jī）床維（wéi）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（kè）的

認識，在對刀庫改裝中（zhōng）起到了良好的效（xiào）果。

數（shù）控銑床自動換（huàn）刀裝置改造項目的完成，同時（shí）也促（cù）進了企業之間的技術發展，推動了科研的步伐，為數控（kòng）專業（yè）更好（hǎo）的學習理解專業（yè）知識提（tí）供（gòng）了條件。提高了生（shēng）產效率，節約了人力資源；改造後的機床能（néng）夠承擔工藝複雜、工序繁多和批量生（shēng）產等零件的加（jiā）工（gōng）任務。通過測（cè）試，熟練操作工手動換刀（dāo）一次平均時間為 19 秒，而自動換刀一次時間為 6 秒。對於多工（gōng）序、多刀具的的產品生產（chǎn）可以大大提高生產效（xiào）率，減少生產成本。

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