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基於VMCH850數控加工中心鬥笠式刀（dāo）庫電氣（qì）控製優化設計

2018-12-24 來源：湖北工業大學作者：秦曉陽

摘要：針對當前數控加工中心鬥笠式刀庫換刀（dāo）過程中存在的問題（tí）進行改進及電氣控（kòng）製優化設計，詳（xiáng）細介紹（shào）換刀的動作過程、改（gǎi）進的方法、刀庫的I/O接線（xiàn）圖、PMC程序。該電氣控製設計合理，方便可靠，對其他數控加工中心設計具有借鑒作用（yòng）。

關鍵詞：FANUC數控係統；鬥笠式刀庫；PMC

0、引言（yán）

數控加工（gōng）中心配備刀庫是其與普通數控機床的最大區別，它能實（shí）現快速自動換刀，省去數控機床傳統換動刀時每次（cì）都需要手動換刀及再次對刀過（guò）程（chéng），從（cóng）而大大提高了零件加工的效率及質量。數控加（jiā）工中心刀庫一般分（fèn）為鬥笠式（shì）刀庫和凸輪式刀庫，換刀方式相對應（yīng）為固定換刀和隨機換刀。

當前數控加工（gōng）中心鬥（dòu）笠式換刀過程還存（cún）在一些問題待改進，本文重點介紹電氣控（kòng）製優化（huà）設計思路和方法。1固定換刀動作過程根據主軸有無（wú）刀、換刀和取（qǔ）刀（dāo）功能（néng）狀態（tài），固定換刀動作過程可分為四種情況。

第一（yī）種為指令取刀號為主（zhǔ）軸上刀號，換刀（dāo）動作不執行，換（huàn）刀結束。

第二種為主軸無刀，指令直接取刀。執行換刀指令後，Z 軸執行機械回零，主軸定向，刀庫前進（jìn）右位，主軸鬆刀，刀庫（kù）旋轉到指令取刀號位，Z 軸下降到第二參考（kǎo）點（diǎn），夾緊刀具，刀庫回退左位，換刀（dāo）結束。

第三種為主軸有（yǒu）刀（dāo），指令直接還刀。執行還刀指令後，Z 軸直接回到第二參考點，主軸定向，刀庫前進右位，主軸鬆（sōng）刀，Z 軸回（huí）第一參考點，主（zhǔ）軸緊刀（dāo），刀庫回退左位，換刀結（jié）束。

第四種為（wéi）主軸（zhóu）有刀（dāo），指令要取刀（dāo）庫上的刀。執行換刀指令後（hòu），Z 軸直接回到第二參考點，主軸（zhóu）定（dìng）向，刀庫旋轉到主軸上刀號（hào）位，刀庫前進右位，主軸鬆（sōng）刀，Z 軸回第一參考點，刀庫旋轉到指令取刀號位，Z 軸回到第二（èr）參考（kǎo）點，主軸緊刀，刀庫回退（tuì）左位，換刀結束（shù）。

2、換刀過程存在的問題

換刀過程由PMC控製及刀庫表記錄數（shù）據，規（guī）範操作及運行情況下，整個鬥（dòu）笠（lì）式刀庫換刀過程都能正常運（yùn）行，但如果（guǒ）有人為操作（zuò）失誤或外界電源因素（sù）幹擾，就可能出現換刀混亂故障例如（rú）缺乏主軸上有無刀的判別。如（rú）果不對主（zhǔ）軸上是否有刀進行（háng）判別，此時主軸上已有刀，這時PMC刀庫表是記錄了該刀號數據的，但如果人為取下（xià）該刀，會導致 PMC 刀庫（kù）表數據跟實際的對應不上（shàng），PMC 還是會認為刀具在主（zhǔ）軸上，這就會讓整個換刀過程出現混亂；

但如果（guǒ）是取下主軸上刀後又手（shǒu）動換上其他刀具，會導致現在的（de）刀具跟原（yuán）來 PMC刀庫（kù）表記錄的數據對應不上，嚴重時可能出（chū）現主軸上刀柄跟刀庫上刀柄相碰撞的嚴重（chóng）事故（gù），造成

主軸、刀具、刀庫和機械卡手損壞。

3、電氣控製優化設計

數控加工中心主軸箱如（rú）圖（tú） 1 所（suǒ）示，主（zhǔ）要（yào）由主軸電機、打刀缸、主軸軸體和（hé）傳動機構構成[。打刀缸通氣下壓時，主軸拉爪鬆開（kāi），實現（xiàn）主軸（zhóu）鬆刀功能；打刀（dāo）缸斷氣（qì）回位時（shí），主軸拉爪收緊，實現主軸緊刀功能。

為了實現主軸有無刀判別，在電路（lù）設計中加入紅外線發射器和接收器（qì），如圖2 所示。

當（dāng）主軸上無裝刀具（jù）時，主軸拉杆伸出長度（dù）會比較長，這時紅外線發射（shè）器發射（shè）的信號（hào）會被主（zhǔ）軸拉杆擋回，接收（shōu）器收不（bú）到信號，輸出（chū）低電平到 PMC 端，經過 PMC 編程（chéng），判斷主（zhǔ）軸上無刀狀態。當主軸上裝有（yǒu）刀（dāo）具時，如圖3 所示。此時（shí）主軸拉（lā）爪抓住（zhù）刀具，主軸拉杆會（huì）比原先下降一小段距離（lí），這時紅外線發（fā）射器發射的紅外線剛好穿過主軸拉杆上方（fāng），接收器收到信號（hào），輸出高電平到 PMC 端，經過PMC 編程，判斷主軸上有刀狀態。

4、 PMC編程設計

把（bǎ）紅外線接收器信號輸出端連接PMC的X10.0輸入端，當主軸有刀時，紅外（wài）線接收器輸出高電平，X10.0為高（gāo）電開關閉合，從而輸出（chū）中間繼電器 R510.0，告訴數控係統主軸裝上刀了，同（tóng）時 R510.0 觸動閉合，輸出 Y10.0，在控製麵板上顯示主軸（zhóu）有（yǒu）刀（dāo）燈（dēng）亮。如果主軸無刀，紅外線接收器發送低電平到達 X10.0,R510.0 為低電平，係（xì）統得到主軸無刀信號，同時 Y10.0 無輸出，控製麵板上主軸有刀燈滅。（PMC程序如圖4所示）

5、結語

刀庫電路經過優（yōu）化設計後，在實際應用中效果良好，換刀過程更加穩（wěn）定可靠（kào），避免了換刀過程中PMC刀庫數據與實際（jì）數據不相符的情況，從而避免了刀撞刀等嚴重事故的發生，為高效率高質量的零件加工生產提供了有力的保障。

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