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近年來,隨著機械制造業(yè)的不斷發(fā)展,數(shù)控加工技術得到了迅速的普及和應用,而其中帶有自動換刀裝置,能在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、擴等多種工序的加工中心更是占據(jù)了數(shù)控機床中的主導地位。自動換刀裝置(ATC)是保證加工中心多工序加工的基本條件,其主要作用在于減少加工過程中的非切削時間,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,進而提升機床乃至整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。因而,加工中心自動換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低。
1 刀庫換刀常用控制方式
換刀方式主要有固定換刀和隨機換刀。前一種方式刀庫的刀套號和刀具號始終一致;而后一種方式,刀套號和刀具號在換刀過程中不一致。
(1)固定換刀方式(無機械手,無刀具預選功能)。無論換刀次數(shù)是多少,刀套號與刀具號始終一一對應,如N號刀套中始終是N號刀。這種換刀方式換刀時間較長,適用于刀具容量較少的小型加工中心。由于無刀具預選,必須先歸還舊刀再換新刀,刀庫無機械手,用Z軸運動進給,換刀時間較長。
(2)隨機換刀(有機械手,可實現(xiàn)刀具預選)。刀具號與刀套號不一一對應,系統(tǒng)有相應的刀具表隨時記憶刀具使用情況,刀具表中刀套號是固定的,而刀具號則隨刀具的交換隨時更新。例如在刀具表初始化后,N號刀套中是N號刀,但只要產(chǎn)生刀具交換,則刀具表隨之進行數(shù)據(jù)交換(需在梯形圖中處理并設定相應的數(shù)據(jù)表)。此方法換刀時間短,適用于盤式、鏈式與箱式換刀系統(tǒng)。
2 圓盤式刀庫控制原理
圓盤式刀庫是ATC隨機換刀的典型形式之一,通過凸輪機構來完成整個換刀過程。換刀的動作過程快速且準確可靠,是一種常采用的刀庫形式。
在換刀控制時,通?？梢詫⒌毒呓粨Q分為兩個步驟,先調(diào)用Txx指令,主要搜索刀庫中的刀具,再使用M06指令完成刀具的交換,使主軸上更換新的刀具。因此,刀具交換實際上就是指搜索刀具和交換目標刀具兩個動作節(jié)拍。
隨機換刀只對刀具進行編碼而不對刀套進行編碼,刀具在刀庫中的位置是隨機的。理想的隨機換刀控制通常包括圓盤式刀庫PMC用戶程序和NC宏程序(大直徑選刀、換刀程序)兩部分。PMC用戶程序和NC宏程序共同根據(jù)T碼完成搜索刀庫中的刀具、進行刀具交換的整個過程。
FANUC0-iMC數(shù)控系統(tǒng)的NC宏程序可以通過讀取、運用系統(tǒng)變量將宏程序中大小直徑刀具交換的條件狀態(tài)位作為換刀宏程序判斷跳步執(zhí)行的條件,通過用戶宏程序和PMC之間的信號應答,非常容易地實現(xiàn)大小直徑刀具的隨機換刀與固定換刀方式選擇。
3 預選刀具的自動控制刀庫
刀具交換的PMC控制程序設計主要考慮搜索目標刀具在刀庫上的刀套位置、刀庫旋轉方向(目標刀套最短路徑)的判別,從而完成目標刀具的搜索,為刀具交換作準備。
所有刀具直徑都不超過100mm為通常的標準狀隨機換刀的控制過程是比較復雜的。將宏程序與PMC程序有機結合使得機床的換刀過程控制更為方便、簡捷。采用宏變量的方式能靈活地設置大直徑的地址區(qū)間與數(shù)量,PMC控制程序設計沒有固定的模式,宏程序可以與PMC程序多種組合以實現(xiàn)盤式刀庫隨機換刀的控制。此方法已經(jīng)在FANUC0-iMC數(shù)控系統(tǒng)的VMCL1000加工中心上調(diào)試實現(xiàn)。
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