加工中心刀库程序的研究

　　摘 要：加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序；减少了工件装夹时间，测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。本文就加工中心对孔加工程序的设计进行一些探索。

　　关键词：加工中心；刀库；孔加工

　　一、主要内容

　　（1） 分析刀库的类型和特点，换刀机械手臂的类型和特点。

　　（2） 刀库管理系统的设计。

　　（3） 分析刀库换刀方式。

　　（4） 综合以上刀库的特点具体介绍加工中心对孔加工程序的编写。

　　二、加工中心刀库的简介

　　进入21世纪我国加工中心开始向着高精度、高效率、高速化方向发展。

　　1、刀库的分类

　　加工中心与数控铣床和镗床的主要区别之处，在于它附有刀库和自动换刀装置。它可分为如下几种：

　　（1）转塔式刀库 包括水平转塔头和垂直转塔头两种。 通常为6-8把刀，一般用于简单而轻便的机型，常用在车削中心和钻削中心。

　　（2）盘式刀库 刀具包括径向取刀和轴向取刀，刀具不多于32把刀。适用于机床空间受限制而刀库容量又较大的场合。

　　（3）链式刀库包括单环链和多环链，链环形式可有多种变化。适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小，刀具数在30—120把。

　　以上几种刀库类型如图1所示。

　　图1 加工中心刀库的基本类型

　　a）转塔式 b） 链式式 c）圆盘式

　　2、刀库的机械手臂

　　（1）单臂机械手，换刀机械手仅有一个手臂，如图2所示。

　　1）单手式：一个换刀手一端仅有一个抓手。特点：执行动作多，换刀时间长，但结构简单。

　　2）双手式：一个换刀臂两端各有一个抓手。特点：同时放回和装入刀具，换刀时间短。

　　图2 单臂机械手

　　（2）双臂机械手，两个机械手臂，每个手臂端都有一个抓刀手。特点：结构较复杂，但换刀时间短。如图3所示。

　　（3）带送刀臂、摆刀站和换刀臂的机械手

　　送刀臂将刀具从刀库中取出送到摆刀站，由摆刀站将刀具送到换刀位置，最后由换刀臂进行换刀。特点：结构复杂，各部分在空间巧妙配置和组合，更具变化性；一般换刀时间较短；适用于刀库距离主轴较远的场合。

　　3、刀库管理系统设计

　　（1）刀具信息建立 为刀具的识别提供编码信息，刀具的编码是给刀具赋予的代号，也就是刀具号。对于小容量的刀库一般顺序选择刀具，不需要对刀具编码。对于大容量的刀库一般采用任意选择刀具，需要对刀具进行编码。采用在系统RAM区建立一个刀号表（PTL）。

　　一个具有刀具寿命管理的PTL表示例如下：

　　SP INDL E：

　　P1 T1 C100 V500

　　P2 H

　　P3 T20 C110 V2000 FB

　　P4 H

　　P5 T64 C100 V500

　　P6 T21 C120 V150

　　P7 T9

　　（2）刀具寿命管理

　　选择刀时先检查刀具在PTL表中允许加工的时间能否满足该段程序的加工。若可以就可按程序进行加工；反之，需要更换新的刀具。

　　在加工过程中，要不断地修改PTL表中刀具的剩余寿命。

　　设有下列零件程序段：

　　N100 T9 M06

　　N200 T1 C100 V200 M06

　　N300 T21 C120 V300 M06

　　在N100程序段直接调用刀具T9进行加工。N200程序段要换T1号刀加工，看PTL表中刀具的剩余寿命为500s加工时间为200s，能满足此段程序的加工。在N300程序段换T21号刀，查看了PTL表中刀具的剩余寿命为150s，不能满足300s的加工时间需要更换新的刀具。

　　4、换刀方式

　　（1）固定换刀方式（无机械手，无刀具准备功能）：无论换刀次数多少，刀套号与刀具号始终一一对应。这种换刀方式换刀时间较长，适用于刀具容量较少的小型加工中心。（BT40以下，20把刀以内，刀库速度快）。

　　（2）固定换刀方式（有机械手，可实现刀具准备）刀具号仍与刀套号一致，无刀具表，系统可记忆当前主轴刀具和下一把所选的刀具 此种适用于换刀不很频繁、刀具数为40-60把、主轴锥孔为BT40以上的刀库。

　　（3）随机换刀（有机械手，可实现刀具准备）：刀具号与刀套号不一一对应。系统有相应的刀具表随时记忆刀具使用情况，刀表中刀套号是固定的，而刀具号则随刀具的交换随时更新。

　　图4 斗笠式刀库换刀过程动作图

　　三、加工中心对定位连接板孔系加工程序的编写

　　1、加工孔的技术要求

　　（1）零件材料：灰铸铁HT200。

　　（2）加工部位：加粗部分（φ110，2-φ70H7），8-M12深15，8-φ13深20。

　　（3）加工说明：φ70H7预孔为铸造，余量5mm。基准面A、B、C、D前工序已完成。夹具形式不用考虑，φ110孔用铣削方式。

　　（4）数控机床：卧式铣削加工中心FHN80T；数控系统：FANUC0iM。

　　（5）按数控工序卡片编制加工中心程序。

　　（6）程序编制方法：固定循环、子程序、坐标系旋转、极坐标指令等。

　　（7）采用双臂机械手随机换刀方式。

　　2、采用加工中心加工孔与传统加工方式的比较

　　我们对传统的孔加工方式与加工中心加工孔进行了效果比对。从下表中可以看出。

　　3、孔加工的应用技巧

　　换刀指令前使用序列号在加工过程中有时为了检查尺寸的方便我们使用了M01指令。如此时的尺寸有问题必须将程序停下，在将问题解决以后又必须重新调用该刀具进行加工。但有时在加工的刀具较多的情况下要查找此刀具将比较麻烦。因此，编程的时候在换刀指令前加上顺序号，就为操作上检索该刀具提供了大大的方便。

　　参考文献

　　[1]廖效果，朱启逑.数字控制机床[M].武汉：华中理工大学出版社，1992

　　[2]黄健求.机床数控技术[M].北京：机械工业出版社，1995

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　　[4]胡乾斌 林弈鸿.微型计算机控制刀库管理系统[J].武汉：华中工学院学报，1982