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一種數控銑床加裝自動（dòng）換刀的刀庫裝置

2023-11-30 來源：河源（yuán）技師學院作者（zhě）：黃石（shí）晶

摘要：受（shòu）某（mǒu）單位所托需要設（shè）計一種能夠實現自動換刀的（de）數控現狀（zhuàng），經對比分析考慮之後選擇對已有數控銑床進行改造，從（cóng）而滿足經濟與使用（yòng）要求。本文分（fèn）別從刀庫硬件結構（gòu）選型、換刀流程設計，以及程序設（shè）計三個方（fāng）麵分析了具（jù）體的改造（zào）設計過程，所涉及的自動換刀刀庫裝（zhuāng）置能夠（gòu）有效應用於設（shè）計生產當中，同時費用也相對較（jiào）低。

關鍵詞：數控銑床；自動換刀；刀庫

近年來，隨著技術的進一步（bù）發（fā）展多軸數控加工中心逐漸開始發展起（qǐ）來，但是數控（kòng）加工中（zhōng）心價格較（jiào）為昂貴，在實際生產中大部分企業依然在使用傳統的數控銑（xǐ）床。與數控加工中心相比，數控銑床缺乏自動（dòng）換刀刀庫裝置，在實際生產中需要頻繁換刀，嚴重降低了數控銑床的生產效率 [1]。為（wéi）了（le）進一步提升數控（kòng）銑床工作效率，同時滿足經（jīng）濟條件，在本文的研究當中嚐試在傳統數控銑床基礎之（zhī）上增加自動換（huàn）刀刀庫（kù）裝置，從而推動數控銑床在實（shí）際中應用（yòng）範圍的拓展。

1、數控銑床改造概（gài）況簡介

某司所采用的數控銑床為漢川公司所生（shēng）產的Xk714D 數控銑床（chuáng），采用 FANUC0i-mD 操作係統，該數控銑床共有 24 把刀具，經（jīng）與該公司協商需要對該數（shù）控銑床進行改造，在原有基礎之上增加 4 把能夠自動（dòng）換刀的刀具，同時還必須要滿（mǎn）足（zú）實際生產要求和該（gāi）公司的改造預（yù）算控（kòng）製要求 [2]。在本文（wén）的研（yán）究當中（zhōng）綜合考慮多方麵的因素，設計了一套既能滿足該公司要求，同時也能投入實際使用的數控銑床。

2、數控銑床刀庫硬件（jiàn）結構選擇

隨著數控機床技術的不斷發展，當前階段在數控銑床設計當中刀庫（kù）類型多種多（duō）樣，具（jù）體來說（shuō）主要有（yǒu）排列式刀庫、夾臂式刀庫、轉塔式刀庫、圓盤式刀庫、鬥笠式刀庫（kù）、鏈式刀庫等（děng）幾種（zhǒng）形式（shì），但是不（bú）同的刀庫結構所適用的數（shù）控銑床也（yě）並（bìng）不是完全相同的，一般情況（kuàng）下有排列式刀庫、夾臂式刀庫以及鬥笠式刀庫並不需要配備單獨的機械臂進行換刀處理，所以往往被應用於小型數控銑床當中。轉塔式（shì）刀庫結構的結構較為緊（jǐn）密，因（yīn）此被應用於功能（néng）相對較為簡單的數控銑床當中（zhōng），例如（rú）車削中心、多功能數（shù）控銑床（chuáng）等。圓盤式（shì）刀庫的結構組（zǔ）成相對較為複雜，但是在（zài）實際工作中具有較高的可靠度，一（yī）般（bān）被應用於（yú）大（dà）型加工中心當中 [3]。

本（běn）文所需要（yào）改造的數控銑床整體空（kōng）間相對較小（xiǎo），無法增加（jiā）大型（xíng）刀庫，因此（cǐ）無法選擇較為複（fù）雜的刀庫結構。經綜合考慮（lǜ）之後，選擇采用最為簡單的（de）排列式刀庫結構，具體結構設計如圖 1 所示 [4]。從總體上來看這種刀庫（kù）結（jié）構相（xiàng）對較為簡單，同時加工也相（xiàng）對較為（wéi）簡單，並不需要附（fù）加動力裝置，隻需要通過主軸（zhóu）與工作台的相（xiàng）互移動就能實現自動換刀，最能符合本次（cì）設計要（yào）求。從圖 1 中可以發現，該刀庫位於工作台的（de）左側位置，為了便於軟件設計開展在進行刀庫結構設計時（shí）還需要將刀庫位置編號與刀具編號一（yī）一對應（yīng）起來，從而避免在實際換刀（dāo）過程中發（fā）生刀具（jù）幹擾的情況。另外，為了進一步提升換刀效率，在本文的設計改裝當中還對支（zhī）座結構進行了再次改裝，具體如（rú）圖 2 所示，該支座利用卡簧中的彈簧（huáng）彈力來加緊刀柄 [5]。

圖 1 刀庫結構選型

圖 2 支座內部結構圖

3、數控銑床（chuáng）換刀流程設計

針對（duì）所涉及（jí）的刀庫結構將具體換刀流程（chéng）設計如圖 3所示。在開始換刀之前（qián）首先發出 TnM06 指令，判定（dìng）當前刀具編號與指令中的刀具編號是否是相同（tóng）的，若相同則換（huàn）刀流程結束，若並不是完（wán）全相同的，則繼續完成換刀動作：首先，將主軸回（huí）複到參考點位置（zhì），避免換（huàn）刀過（guò）程中發生（shēng）碰（pèng）撞；其次，通過移（yí）動工作台將刀具水平移動到待定點，再通（tōng）過主軸垂直（zhí）移動到另外一（yī）個待定（dìng）點；最後，主軸鬆開刀具，將刀（dāo）具放入到刀庫當中，之後主軸按照（zhào）相反順序再次回到原來的位置 [6]。

圖 3 該數控銑床自動換刀流程

4、數控銑床換刀軟件程序設計

在完成刀庫結構選型與換刀流程設計之後，還必須要進行軟件程序設計才能實現自動換刀。在本文的設計改造當中程序（xù）設計（jì）主要包含參數設計、換刀（dāo）子程序設（shè）計，以及 PMC 控製程序設計三個不同的方麵。但是從（cóng）總體（tǐ）上來說本文所開展的軟件程序設計，主要是針對原有FANUC0i-mD 操作係統（tǒng）改造（zào），從而有效提升了改造（zào）工作量，降低了改造成本 [7]。

參數（shù）設計：將原係統中的係統參數 6821 改為（wéi） 6，將M06 命令改為 M6，當係統發出換刀命令是（shì）原有 MO6命令直接調用 09002 宏程序來啟動自動換（huàn）刀程序。另外，對原有（yǒu）係統（tǒng）圖進行查看發現在原係統當中鬆刀、緊刀兩個動作指令為 M61 與（yǔ） M62，由於與改造（zào）之後的（de）動作命令並沒有發生（shēng）衝突，因此針對這兩個動作（zuò）指令並不進（jìn）行修改。另外，該係統將 M81 定義為通過調（diào）用 R001.02程（chéng）序來實現繼電器動作，需要將 M81 改為換刀（dāo）功能指令，具體修（xiū）改方式（shì）為（wéi）將係統參數 #3202 的 #4 和 NE9 都設成 1[8]。

換刀子程序：換刀（dāo）子程序設計是程序設計的重點，但是換刀子程序設計則相對（duì）較為簡單（dān），隻需要對原有程序進行簡單修改就可以完成，即在（zài）要求人工換刀時對（duì）刀具編號進（jìn）行分析，再通過調用 09002 宏程序來實現自動（dòng）換（huàn）刀。另（lìng）外，由於換刀移動過程相對較為複雜，需要將原程序中的坐（zuò）標程序改為 G59 坐（zuò）標係（xì） [9]。

PMC 控製程序：由於參數設計改變了 09002 宏程序（xù），因此必（bì）須要進一（yī）步修改 PMC 控製程序才能滿足換刀要求。程序中利用永久數據（jù）表儲存 D0000 存儲主軸當前刀具（jù）號，D0200 儲存 T 指令刀（dāo）具號，再（zài）利用 G0054.0至 G0055.0 對應的係統參數（shù） #1000 至 #1008 與換刀（dāo）子程序進行數據交換。

5、結束語（yǔ）

本文設計（jì）了一（yī）種能夠應用於傳統數控銑（xǐ）床具備自動換刀功能的刀庫裝置，該刀庫裝置具有較（jiào）高的經濟性優勢，實際使用（yòng）效果也相對較為滿意。但（dàn）是在後期的使用中也發現了一些需要進一步改進的問題（tí），例如由於空間限製缺乏刀庫罩（zhào），因（yīn）此在實際生產中存在一定的安全風（fēng）險。另外，也不能安裝數量太多的刀，這（zhè）些問題（tí）也需要後期進一步的（de）深入研（yán）究才能得以有（yǒu）效解決（jué）。

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