數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)刀庫的定位

數(shù)控加工中心自動換刀系統(tǒng)刀庫的定位

單元加工中心的自動墨汁變換系統(tǒng)（atc）可以通過根據(jù)加工中規(guī)定的編制方法選擇刀和刀，并與零件一起裝載夾具，以提高制造效率。1自動換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.1液壓驅(qū)動系統(tǒng)的作用刀庫的旋轉(zhuǎn)可分為電氣驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種方式。電氣驅(qū)動可以將伺服半閉環(huán)系統(tǒng)用作驅(qū)動刀庫的轉(zhuǎn)動,也可采用系統(tǒng)的PC直接發(fā)出運轉(zhuǎn)信號控制電機(jī)的運轉(zhuǎn)來帶動刀庫旋轉(zhuǎn)。液壓驅(qū)動仍需電氣信號的配合,PC給出運轉(zhuǎn)信號,一般通過電磁閥來實現(xiàn)前級控制,只是執(zhí)行機(jī)構(gòu)是液動馬達(dá)。在執(zhí)行ATC過程時,除了主軸頭的定向及主軸箱的定位外,為確保所更換的刀具準(zhǔn)確地被機(jī)械手抓住,所以刀庫的定位也是必要的功能。電氣驅(qū)動時可在電機(jī)上安裝位置編碼器進(jìn)行定位,也可以在抓刀位置安裝接近開關(guān)來檢測定位。液動結(jié)構(gòu)的刀庫往往采用機(jī)電結(jié)合式的銷定位方式。半閉環(huán)伺服驅(qū)動刀庫的定位精度較高,其它幾種方式也足以滿足刀庫定位精度的要求。1.2記憶式選刀機(jī)構(gòu)選刀裝置是能將給定的刀具從刀庫中選擇出來。其方式有多種,靈活性最大的是任意選擇方式,即可根據(jù)加工需要從刀庫中選取任意位置的刀具。任選方式又分為刀具編碼式、刀套編碼式、記憶式。刀具、刀套編碼式是將刀具、刀套上裝編碼條,用紅外線或光讀碼器來掃描辨認(rèn)所選的刀具。記憶式選刀則是將刀庫中所有的刀具位置對應(yīng)地預(yù)存到NC中,并賦以地址,通過選刀裝置來識別選刀,如使用光電式編碼器來選刀時,是通過編碼器旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的脈沖數(shù)來判別刀具位置的。其工作原理是:編碼器與刀庫的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在一起,刀庫轉(zhuǎn)動時編碼器也轉(zhuǎn)動,將角位移變成電脈沖。刀具編碼器旋轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖數(shù)與刀庫中的刀具數(shù)成整倍數(shù)關(guān)系,NC將接收到的脈沖數(shù)與預(yù)置刀具位置地址內(nèi)值相比較,從而確定所選刀具。如果將初始位置值預(yù)先貯存到NC,那么系統(tǒng)就會將上次斷電前的刀具位置令為當(dāng)前值,選刀時將編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)與當(dāng)前值累加后比較,同樣可以找到所需刀號。這種軟件方式的加工中心開機(jī)后不需回刀庫原點,也有的沒有設(shè)置刀庫參考點在NC內(nèi),開機(jī)后則需回刀庫的機(jī)械原點來建立刀庫參考點。1.3機(jī)械手的任務(wù)和運動過程加工中心根據(jù)刀庫與主軸的相對位置和結(jié)構(gòu)可配置不同的機(jī)械手,如單臂式、雙臂式、軌道式等等。機(jī)械手的任務(wù)是將刀庫中的刀具送到主軸孔,同時將主軸孔內(nèi)的刀具送回到原來的刀套中去。由于各種加工中心的刀庫位置與到主軸頭的距離不同,所以機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及運動過程也不完全相同。使用較廣泛的一種是回轉(zhuǎn)式單臂雙手的機(jī)械手。這種機(jī)械手轉(zhuǎn)動角度為±180°即可滿足抓取刀的需要,其運動過程靠液動與電氣相配合來完成。1.4硬件配合的配合ATC功能作為數(shù)控加工中心的一個輔助功能,其控制程序被固化在NC的ROM中。系統(tǒng)對功能模塊的工作必須通過CPU、存儲器、I/O接口、PC、傳輸總線、MDI/CRT口、通訊等硬件的配合來共同完成。NC對ATC的工作時控框圖如圖1示。其信號處理過程為:a.外部給的手動數(shù)據(jù)輸入信號或編程指令信號經(jīng)譯碼傳送到NC的RAM;b.從NC的RAM傳到PC的RAM;c.PC的軟件進(jìn)行邏輯運算,處理后的數(shù)據(jù)仍在PC內(nèi)的RAM中,同時被NC的CPU訪問;d.NC軟件讀取PC處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)、處理,并作為輸出信號寫在RAM中,同時再傳送給PC,最后通過輸出接口送到機(jī)床去控制電磁閥、電機(jī)、指示燈等的工作。2在數(shù)值加工中心的atc設(shè)備故障示例2.1選擇刀具的前提一臺日本進(jìn)口的臥式加工中心TOH,在執(zhí)行自動換刀指令時出現(xiàn)“刀具編碼器報警”,甚至有時開機(jī)就報此警。這臺機(jī)床的ATC系統(tǒng)是采用光電編碼器作為選刀裝置的。選刀時編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)與預(yù)置位置值比較,即將計算通道內(nèi)的值以預(yù)置值為參考點得出目前值,并且計算通道Ⅰ與Ⅱ內(nèi)的值相一致,才能確認(rèn)出目前值就是所要選的刀具。如圖2示,A、A′分別是計算通道Ⅰ、Ⅱ值。正常時,A與A′相一致,顯示刀庫內(nèi)換刀位置上的刀具(刀套)號。當(dāng)A與A′值產(chǎn)生偏差時,系統(tǒng)報警。圖2故障發(fā)生后,調(diào)出PC的計數(shù)器頁面,見A、A′值不同,A′與目前刀具號不符。故障原因可能是編碼器的問題,也可能是信號電纜、接口或系統(tǒng)程序模塊出錯。根據(jù)其編碼器的安裝位置,決定先從外圍入手。此刀具編碼器取倒位安裝,軸向上通過聯(lián)軸節(jié)與液動馬達(dá)相連。由于使用期已逾十年,可能會有油液通過軸滲到編碼器內(nèi)污染光碼盤,使得編碼器時而因漏讀丟失脈沖或錯讀,產(chǎn)生計數(shù)錯誤。將編碼器取下,拆開見里面果然積有大量油液,用汽油清洗后曬干,重新安裝。因為此臺加工中心的刀庫初始位置是被記憶在系統(tǒng)內(nèi)的,而編碼器拆下再重裝令其相對位置產(chǎn)生了改變,所以重裝后開機(jī)須將C01、C04內(nèi)的目前值A(chǔ)′、A做相應(yīng)修改,要與刀庫內(nèi)目前刀具號相一致。修改后啟動液壓,試用換刀功能,刀具編碼器計數(shù)正常,ATC系統(tǒng)恢復(fù)使用,狀態(tài)穩(wěn)定。2.2換刀整體鎖定同樣是這臺加工中心,故障是開機(jī)后回原點時Y軸不動作,點動及手輪方式也不能使Y動作,其它軸正常,無報警。從現(xiàn)象上看很象是單軸鎖定,但檢查了機(jī)床設(shè)定及參數(shù)未發(fā)現(xiàn)Y軸鎖定。后來逐步排除了系統(tǒng)位置環(huán)、伺服環(huán)的故障后,就將疑點轉(zhuǎn)到外圍。仔細(xì)看梯形圖,發(fā)現(xiàn)在“內(nèi)部鎖定”處有一個條件未滿足,如圖3所示,即X1.6(換刀臂歸位限位開關(guān))未閉合。因為此臺機(jī)床為臥式Y(jié)軸是垂直軸,自動換刀時必須將Y軸回到原點位置,以使換刀臂的抓手準(zhǔn)確地在主軸孔內(nèi)抓、取刀。X1.6是刀庫換刀臂在原始位置的