1 引言

       90 年代以來, 數控加工技術得到迅速的普及及發展（zhǎn）, 數控加工中心在製造業得到了越來越廣泛的應用。目前國內（nèi）企業生產製造的加工中心主要是麵向生產領（lǐng）域, 其結構複（fù）雜、精度高,封閉性強, 價格昂貴, 難於滿（mǎn）足教學與培訓需要。

       V 40 0 立式加（jiā）工（gōng）中心是我校（xiào）新近研製的教學型（xíng）立式加工中心（xīn）, 整體（tǐ）布局采用開放式動柱T 型結構, 控製係（xì）統采用基於IPC 的模塊化開放式數控（kòng）係統（tǒng）, 係統界麵友好, 具有較強的在線幫助。該加工中心控（kòng）製功能豐富, 教學培訓功能突出, 操作使用安全可靠性強。並具有一定切削加（jiā）工能力。加（jiā）工中心（xīn）刀庫是實現多工序連續加工的重要裝置, 其結構設計及其控製實現是加工中心設計製造中的關鍵之（zhī）一。這（zhè）裏以V4 0 立式（shì）加工（gōng）中心為例, 根據（jù）教學型加工（gōng）中心的特點要求（qiú）, 探討了刀庫結構及其控製係（xì）統的設計方法。

       2 刀庫的結構設計

       刀（dāo）庫結構設計依據的基本原則是: 根據教學型加工（gōng）中心的設計（jì）要求（qiú）, 該刀庫設計注重功能完善, 開放（fàng）式結構、操作使用（yòng）安全（quán）可靠等（děng）特點。V 40 型加工中心（xīn）刀庫部分采用H CK 一U P 刀庫的設計形式, 由主軸（zhóu）直接完成取刀動（dòng）作（zuò）。見圖1 :其主要參數是: 刀庫容量: 10 把; 最大刀具重量: 6K g , 最大刀具長度: 2 4 0 m m , 刀庫轉動速度: l 刀位/ 秒。

       2.1 刀庫的驅動

       刀庫由90 w 普通電機經減速後通過外齧合槽輪機構進行驅動, 該方式由於利用槽輪機（jī）構（gòu）采用機械式分度定位, 可靠性較高。同時電氣控製簡單, 製造成本較低。為了減小槽輪機構運動（dòng）時的衝擊, 設計（jì）時（shí）采取如下措施: (l) 使槽輪的實際外圓半（bàn）徑Ra略大於槽輪名義外（wài）圓半（bàn）徑R , 即槽輪名義外圓半徑（jìng）R =, 實際外圓半徑R a =, 以消除滾子開始進人槽時滾子與槽（cáo）兩側頂端的間隙。(2) 減小（xiǎo）和消除滾子和（hé）槽之間（jiān）的間隙。(3 )適當調整支（zhī）撐軸承的預（yù）緊力, 增加槽輪組件的回轉負載, 增加回轉阻尼

       2. 2 刀（dāo）位的控製實現

       刀庫（kù）上的刀位（wèi）信號由兩支開關聯合發出, 在刀庫的一號刀位上安裝一隻（zhī）感應塊（kuài）, 在（zài）支架（jià）上安裝相應檢測（cè）開關(圖中未表示出來), 機（jī）床開機（jī）後, 刀庫自動回轉尋（xún）找一號刀位, 刀庫處於初始狀態。其餘刀（dāo）位信號由安裝在槽輪轉臂上的感應（yīng）塊配合接近開關進行累計計數, 曲柄每回轉一（yī）周即刀庫轉過一個刀位觸發一次, 送出停止電機及啟動刹車信號（hào）b 通過控製電機的旋（xuán）轉方向,實現刀庫的雙向選刀。

       2. 3 安全控製

       教學型加工中心設計突出的特征就是安全設計。由於學生與工廠操作技工在使用時在熟（shú）練程（chéng）度的（de）差異, 針對刀庫部分特別加強了使用的（de）安全控製。

       (l) 安全防撞設計: 刀庫的刀臂本體與底座連接支架之間增加了一個（gè）轉（zhuǎn）動（dòng）軸, 操作使用（yòng）時如有不當（dāng）的左移或上提, 刀臂本體可以反時針轉動一個角度, 刀臂本體與連接支架之間的行程開關（guān）斷開（kāi）, 產生不正確的動作信號, 控製係統及時停機。(2) 刀盤上10 對刀爪的轉動銷軸上, 增加（jiā）了安全剪斷槽的設計, 該銷軸按承受刀具規格重量（liàng）的4 倍（bèi）設計, 意外動作時, 如必須發生結構型破壞（huài）, 應優先剪斷銷軸。

       3 刀（dāo）庫控製（zhì）係統的實現

       v 40 o 教學型加工中心（xīn）采用基於（yú）IPC 的（de）模塊化開放式數控係統, 係統界麵友好, 具有較強的在線幫助, 安全性（xìng）強（qiáng）。刀庫控製係統的實現是通過開放式數控係統（tǒng）內置PMC 來完成。

       PMC 程序傳統上一般采用梯形圖（tú）編製, 而開放式數（shù）控係統則提供了功能更強、更靈活高（gāo）效的C + + 語言供用戶開發PM C 軟件。

       整體PMC 軟件設計采用模塊化的（de）結（jié）構設計思（sī）路. 程序中每一子（zǐ）模塊都可（kě）以在N C 的人機接口PLc 參數設置欄中將其置為 “ 開” 、“關”狀態, 以適應不同功能的（de）加工中心需要。為了程序（xù）的通用性, 最大刀號在C NC 參數（shù）中設定, 程序將（jiāng）最短路徑選刀處理為一般函數運（yùn）算, 可適用於（yú）不（bú）同刀具數目的機床。

       自動換刀（dāo）模塊的軟件框圖（tú）如圖所示, 整個換刀過程由10 步動作實現。1 )z 軸回換刀位; 2) 主軸準停; 3 )x 、Y 軸回換刀位; 4 )鬆刀吹氣;5) 主軸抬起; 6) 計算最佳（jiā）選刀路徑; 7 )目標刀具旋轉到位; 8) 主（zhǔ）軸下移抓刀; 9) 主軸右移到完成位; 10 )解除主軸準（zhǔn）停。

       4 結論

       教（jiāo）學（xué）型加工中心刀庫結構及控製係統設計, 體現了教學型加工中心設計的原（yuán）則。該係統（tǒng）在V4 0 加工中（zhōng）心上經過一年多的使用, 各項（xiàng）指標達到設計（jì）要求。刀庫結構開放性好, 係（xì）統調整方便靈活, 成本低廉, 學生學習培訓安全性強。它除了能較好的完成（chéng）加工要（yào）求外（wài）, 對於學生（shēng）理解和掌握刀庫的結構及控製原理發揮了較好的作（zuò）用。