數(shù)控銑床刀庫改裝裝置
2023-9-19 來源：浙江交通技師學院 作者：傅 凱
摘要：隨著我們對加工工藝的深入了解，加工中心起到重要的作用。設備改造、產(chǎn)品創(chuàng)新設計、生產(chǎn)工藝改進等都是需要突破的難點。數(shù)控銑床的自動化換刀就是眾多項目中的一個。我們通過分析企業(yè)需求，制定設備改造方案，完成自動換刀裝置支架的設計和制造、刀庫系統(tǒng)的設計、刀庫的安裝及位置調(diào)整、系統(tǒng)調(diào)試及運行等任務，最終完成對數(shù)控銑床的自動化改造，將機械手自動換刀代替以前的人工手動換刀，使生產(chǎn)提高了效率，降低了成本。作為技師研修的內(nèi)容，我們通過參與項目，學習鞏固了專業(yè)知識，并運用到實際當中。
關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；自動換刀裝置；改造
準備工作：（1）準備支架，刀庫。（2）準備中間繼電器 5 個，接觸器 3 個，空氣開關(guān) 2 個。（3）準備電線，紅色 22v，藍色 24v，黑色380v。動力線，信號線。（4）準備工具，扳手、六角扳手、潤滑油、小刀、扎帶等。
1、刀庫類型的確定
自動換刀裝置有斗笠式刀庫，圓盤式刀庫，鏈式刀庫等類型。這部分內(nèi)容是《機床與數(shù)控機床》的專業(yè)知識，查閱資料，根據(jù)需求進行分析，確定刀庫的使用參數(shù)，選用合適的刀庫。當前設備數(shù)控銑床，所加工產(chǎn)品的刀具在 20 把以內(nèi)，通過分析每種刀庫的特點和企業(yè)需求，確定了自動換刀裝置選用圓盤式刀庫，刀具容量24 把以及刀庫的參數(shù)指標。
2、支架的設計
支架和是連接刀庫機床的連接件，支架的設計使用到《機械CAD/CAM》以及《機械基礎》專業(yè)知識，通過測量機床和刀庫尺寸以及刀庫的重量，對支架進行結(jié)構(gòu)設計，運用 CAD 軟件實體進行造型仿真，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)，完成支架的圖紙設計。
圖 1 刀庫安裝位置仿真圖
支架的機加工部分由我們加工完成，包括平面銑削、槽銑削、鍵的加工。這部分專業(yè)知識在《機加工實訓》《數(shù)控加工實訓》中學習到。
圖 2 支架設計圖
3、刀庫安裝
利用龍門架將支架吊裝至主軸立柱的預留安裝位置；將立柱與支架的安裝面清理干凈，保證配合面安裝準確；將支架的定位鍵插入立柱鍵槽；移動支架使其與立柱通過定位鍵準確定位；用緊固螺栓將支架固定在立柱上；在立柱上安裝用于調(diào)整支架位置的螺栓部件。
利用龍門架將自動換刀裝置吊裝至機床附近，并拆除自動換刀裝置的支承附件；將自動換刀裝置吊裝至支架位置，調(diào)整自動換刀裝置并用螺栓將其固定在支架上。連接信號線、動力線、接通氣路。
4、系統(tǒng)的設計
系統(tǒng)的設計是一項綜合性很強的任務，在這個任務運用《電工與電子技術(shù)》《機床電控與 PLC》的專業(yè)知識。
（1）電氣系統(tǒng)設計。自動換刀裝置分度電機和刀臂電機的控制的強電部分設計。M2、M6 分別為自動換刀裝置分度電機和刀臂電機。KM02 和 KM03 分別為自動換刀裝置正、反轉(zhuǎn)控制接觸器，正反電機之間互鎖。KM06 為刀臂電機接觸器，由于刀臂電機只做一個方向的運轉(zhuǎn)，刀臂順逆旋轉(zhuǎn)靠內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，故換刀動作只有一個接觸器。QF03、QF06 為空氣斷路器，當過載時切斷電路，保證安全運行。ZM02、ZM06 為吸收電路，用于改進電動機在開通和關(guān)斷時所承受的電壓和電流波形。
圖 3 電氣原理圖
（2）接觸器電路的設計。該部分主要是實現(xiàn) PMC 的輸出信號的變化接通或斷開的控制，KA02、KA03、KA06 分別控制 KM02、KM03、KM06 線圈得電的物理中間繼電器。
（3） 倒刀回刀動作的控制。分別由物理繼電器 KA04、KA05控制 YV2、YV3 電磁閥。
5、機床調(diào)試
在與這部分任務用到了《數(shù)控機床維修》《數(shù)控原理與應用》的專業(yè)知識。在調(diào)試之前，設置系統(tǒng)參數(shù)，將 K 參數(shù)中 K3.3=1K5.5=1，實現(xiàn)單步換刀（M80-M86）。
（1）自動換刀裝置位置調(diào)整。這部分內(nèi)容自動換刀裝置與主軸相對位置的確定十分重要，關(guān)系到換刀能否順利完成。順序執(zhí)行 M80（刀套垂直）、M81（刀臂持刀）、M82（刀位松）、M83（換刀）、M84（刀位緊）、M85（刀臂原點）、M86（刀套水平）指令，使換刀臂處于換刀位置（M83），將一刀柄錐面均勻涂抹紅丹油放置在刀臂上，用于調(diào)整自動換刀裝置位置，這調(diào)整支架上 X 向、Y 向微調(diào)螺釘用來調(diào)整自動換刀裝置位置，同時在手輪模式下，Z 軸上下移動主軸，使主軸錐孔與刀柄錐面輕輕接觸，觀察主軸錐孔上紅丹油的分布情況，直至紅丹油均勻分布在主軸錐孔面上。鎖緊支架螺釘，這樣自動換刀裝置的位置調(diào)整完畢。
圖 4 接觸器設計圖
圖 5 氣動電磁閥電路圖
（2）機床第二參考點設置（換刀點）。在調(diào)試之前，機床回機械原點，執(zhí)行回零操作，一般機械原點高于換刀點。設置系統(tǒng)參數(shù)，將 K 參數(shù)中 K3.3=1 K5.5=1。輸入 #1326 號系統(tǒng)參數(shù) Z 50，#1851號參數(shù) APC 置 1，重新開關(guān)機，#1851 號參數(shù) APZ 置 1，再次重新開機，此時調(diào)整前的參數(shù)設置完畢。在手輪模式下移動 Z 軸，使主軸錐孔與刀柄輕微接觸，Z 軸上移 0.3mm，將這一位置作為 Z 軸第二參考點即換刀點。將換刀點與機床原點 Z 向差值輸入到#1241 號參數(shù) Z 值，機床第二參考點即換刀點設置完畢。
（3）主軸定位的設置。數(shù)控機床為了完成 ATC 的動作過程，必須設置主軸準停機構(gòu)。由于刀具裝在主軸上，切削時切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前端設置一個突鍵，當?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對準，才能順利換刀：為此，主軸必須準確停在某固定的角度上。由此可知主軸準停是實現(xiàn) ATC 過程的重要環(huán)節(jié)。主軸準停的設定通過 #4031 號參數(shù)設置，保證主軸凸鍵與刀柄鍵槽對準。
（4）換刀操作驗證。順序執(zhí)行 M80-M86 指令，單步完成換刀動作，檢查換刀動作是否正確順利。
（5）刷新自動換刀裝置。通過 PMC 將刀座號與刀具號設為一致，即主軸為零號刀，一號刀位對應一號刀、二號刀位對應二號刀。
（6）參數(shù)復位。調(diào)試結(jié)束之后，要將參數(shù)復位，需要復位的參數(shù)有 #1320，#1326，K3.3，K5.5。
6、 結(jié)束語
在這個項目中通過閱資料，根據(jù)企業(yè)需求進行分析，確定刀庫的參數(shù)，選用了合適的刀庫；通過測量機床和刀庫尺寸以及刀庫的重量，對支架進行結(jié)構(gòu)設計，運用 CAD 軟件實體進行造型仿真，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)，完成支架的圖紙設計；參與了刀庫系統(tǒng)的部分設計任務；完成了刀庫位置的調(diào)整任務；能根據(jù)要求對機床參數(shù)進行設置。
在這個項目的實施過程中應用到了《機床與數(shù)控機床》、《機械 CAD/CAM》、《機械基礎》、《機加工實訓》、《數(shù)控加工實訓》、《電工與電子技術(shù)》、《機床電控與 PLC》、《數(shù)控機床維修》、《數(shù)控原理與應用》等專業(yè)知識，一邊學習一邊應用，對知識點有了更深刻的認識，在對刀庫改裝中起到了良好的效果。數(shù)控銑床自動換刀裝置改造項目的完成，同時也促進了企業(yè)之間的技術(shù)發(fā)展，推動了科研的步伐，為數(shù)控專業(yè)更好的學習理解專業(yè)知識提供了條件。提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了人力資源；改造后的機床能夠承擔工藝復雜、工序繁多和批量生產(chǎn)等零件的加工任務。通過測試，熟練操作工手動換刀一次平均時間為 19 秒，而自動換刀一次時間為 6 秒。對于多工序、多刀具的的產(chǎn)品生產(chǎn)可以大大提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本。
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