加工中心的换刀.docx
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加工中心的换刀
加工中心的换刀形式以及刀库种类介绍
∙数控机床的自动换刀装置中,实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
本文讲解了加工中心的换刀形式以及刀库种类相关内容。
自动换刀数控机床多采用刀库式自动换刀装置。
带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成,它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。
换刀过程较为复杂,首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上,在机外进行尺寸预调整之后,按一定的方式放入刀库,换刀时先在刀库中进行选刀,并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具。
在进行刀具交换之后,将新刀具装入主轴,把旧刀具放回刀库。
存放刀具的刀库具有较大的容量,它既可安装在主轴箱的侧面或上方,也可作为单独部件安装到机床以外。
1、刀库的种类
刀库用于存放刀具,它是自动换刀装置中的主要部件之一。
根据刀库存放刀具的数目和取刀方式,刀库可设计成不同类型。
图7.1所示为常见的几种刀库的形式。
(1)直线刀库。
如图7.1(a)所示,刀具在刀库中直线排列、结构简单,存放刀具数量有限(一般8把-12把),较少使用。
(2)圆盘刀库。
如图7.1(b)-(g)所示,存刀量少则6把-8把,多则50把-60把,有多种形式。
图7.1(b)所示刀库,刀具径向布置,占有较大空间,一般置于机床立柱上端。
图7.1(c)所示刀库,刀具轴向布置,常置于主轴侧面,刀库轴心线可垂直放置,也可以水平放置,较多使用。
图7.1(d)所示刀库,刀具为伞状布置,多斜放于立柱上端。
为进一步扩充存刀量,有的机床使用多圈分布刀具的圆盘刀库(图7.1(e)),多层圆盘刀库(图7.1(f))和多排圆盘刀库(图7.1(g))。
多排圆盘刀库每排4把刀,可整排更换。
后三种刀库形式使用较少。
(3)链式刀库。
链式刀库是较常使用的形式(图7.1(h),(i)),常用的有单排链式刀库(图7.1(h))和加长链条的链式刀库(图7.1(i))。
(4)其他刀库。
格子箱式刀库,如图7.1(j)、k,刀库容量较大。
图7.1(j)为单面式,图7.1(k)为多面式。
图7.1刀库的各种形式
2、换刀方式
数控机床的自动换刀装置中,实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。
(1)无机械手换刀。
必须首先将用过的刀具送回刀库,然后再从刀库中取出新刀具,这两个动作不可能同时进行,因此换刀时间长。
(2)机械手换刀。
采用机械手进行刀具交换的方式(如图7.2所示)应用得最为广泛,这是因为机械手换刀有很大的灵活性,而且可以减少换刀时间。
加工中心刀库,斗笠式刀库,圆盘式刀库,链条式刀库
加工中心使用的刀库最常见的形式是圆盘式刀库和机械手换刀刀库。
一、特点
圆盘式刀库
圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库,即每个刀位上都有编号,一般从1编到12、18、20、24等,即为刀号地址。
操作者把一把刀具安装进某一刀位后,不管该刀具更换多少次,总是在该刀位内。
1、制造成本低。
主要部件是刀库体及分度盘,只要这两样零件加工精度得到保证即可,运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”,前后、上下运动主要选用气缸。
装配调整比较方便,维护简单。
一般机床制造厂家都能自制。
2、刀号的计数原理。
一般在换刀位安装一个无触点开关,1号刀位上安装挡板。
每次机床开机后刀库必须“回零”,刀库在旋转时,只要挡板靠近(距离为0.3mm左右)无触点开关,数控系统就默认为1号刀。
并以此为计数基准,“马氏机构”转过几次,当前就是几号刀。
只要机床不关机,当前刀号就被记忆。
刀具更换时,一般按最近距离旋转原则,刀号编号按逆时针方向,如果刀库数量是18,当前刀号位8,要换6号刀,按最近距离换刀原则,刀库是逆时针转。
如要换10号刀,刀库是顺时针转。
机床关机后刀具记忆清零。
3、固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上(从一次切削到另一次切削)。
4、圆盘式刀库的总刀具数量受限制,不宜过多,一般40#刀柄的不超过24把,50#的不超过20把,大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构,刀具数量多达60把。
机械手刀库
机械手刀库换刀是随机地址换刀。
每个刀套上无编号,它最大的优点是换刀迅速、可靠。
1、制造成本高。
刀库有一个个刀套链式组合起来,机械手换刀的动作有凸轮机构控制,零件的加工比较复杂。
装配调试也比较复杂,一般由专业厂家生产,机床制造商一般不自制。
2、刀号的计数原理。
与固定地址选刀一样,它也有基准刀号:
1号刀。
但我们只能理解为1号刀套,而不是零件程序中的1号刀:
T1。
系统中有一张刀具表。
它有两栏。
一栏是刀套号,一栏是对应刀套号的当前程序刀号。
假如我们编一个三把刀具的加工程序,刀具的放置起始是1号刀套装T1(1号刀),2号刀套装T2,3号刀套装T3,我们知道当主轴上T1在加工时,T2刀即准备好,换刀后,T1换进2号刀套,同理,在T3加工时,T2就装在3号刀套里。
一个循环后,前一把刀具就安装到后一把刀具的刀套里。
数控系统对刀套号及刀具号的记忆是永久的,关机后再开机刀库不用“回零”即可恢复关机前的状态。
如果“回零”,那必须在刀具表中修改刀套号中相对应的刀具号。
3、机械手刀库换刀时间一般为4秒(从一次切削到另一次切削)。
4、刀具数量一般比圆盘刀库多,常规有18、20、30、40、60等
5、刀库的凸轮箱要定期更换起润滑、冷却作用的齿轮油。
二、使用的选择
两种刀库形式各有优缺点。
选择哪一种?
常规选择大家关注两点:
一是价格,二是使用场合。
价格:
以40#刀库20把刀为例。
圆盘式刀库价格约为3.5万,机械手刀库为6.5万。
使用场合:
一般单件小批量生产用圆盘式刀库为好,大批量生产用机械手刀库。
另外大家也知道机械手刀库可靠性比圆盘式刀库高,但圆盘式刀库维护保养简单方便。
其实还有几点大家容易忽略。
1、圆盘式刀库的刀柄在刀库内放置时7:
24的锥面是敞开的,无保护,时间久了或车间环境恶劣,锥面易脏。
影响刀具的重复安装精度。
而机械手刀库的刀套包容全部锥面,不易脏。
特别对精镗刀的镗孔精度稳定性有好处。
2、机械手刀库对刀具重量要求严格,一旦超重,刀具会从机械手中甩出去,易出危险。
长度也必须在要求范围内,机械手旋转时所占的空间比较大,编程者须计算换刀是否会碰夹具等。
3、圆盘式刀库从使用上讲,刀具应在圆盘周围均匀放置,尽可能使质量重心在圆盘中心。
以延长刀库使用寿命。
4、从承重的角度讲,圆盘式刀库的刀柄以40#和30#比较好,50#的刀柄最好选机械手刀库。
5、机械手刀库在使用大直径刀具(大于相邻刀位的最大直径)时处理比较麻烦。
要么每一把刀具间隔位置都一样。
要么通过PLC专门辟出几个刀套位作为“特区”。
三、刀库的故障情况
圆盘式刀库的故障概率比机械手刀库高,易损件主要是“马式机构”中拨叉上的滚针轴承损坏,如果刀库长时间满载或者偏重运行。
那导轨副会磨损、圆盘中心的轴承也会磨损。
但是更换都是比较方便的。
机械手刀库主要是靠凸轮机构完成换刀动作的,简单、可靠。
平时只要按时更换凸轮箱里的油即可。
使用寿命长。
如果凸轮槽磨损到一定程度后不更换,刀库就不能用了
FANUC换刀格式为T1;不要其它指令了.非常方便快捷.还可以兼容指令T1M6;和M6T1
在对加工中心进行换刀动作的编程安排时,应考虑如下问题:
(1)换刀动作必须在主轴停转的条件下进行,且必须实现主轴准停即定向停止(用M19指令)。
(2)换刀点的位置应根据所用机床的要求安排,有的机床要求必须将换刀位置安排在参考点处或至少应让Z轴方向返回参考点,这时就要使用G28指令。
有的机床则允许用参数设定第二参考点作为换刀位置,这时就可在换刀程序前安排G30指令。
无论如何,换刀点的位置应远离工件及夹具,应保证有足够的换刀空间。
(3)为了节省自动换刀时间,提高加工效率,应将选刀动作与机床加工动作在时间上重合起来。
比如,可将选刀动作指令安排在换刀前的回参考点移动过程中,如果返回参考点所用的时间小于选刀动作时间,则应将选刀动作安排在换刀前的耗时较长的加工程序段中。
(4)若换刀位置在参考点处,换刀完成后,可使用G29指令返回到下一道工序的加工起始位置。
(5)换刀完毕后,不要忘记安排重新启动主轴的指令;否则加工将无法持续。
加工中心刀具换刀的操作方法
[发布时间:
2009-02-2310:
41][发布:
]
当加工所需要的刀具比较多时,要将全部刀具在加工之前根据工艺设计放置到刀库中,并给每一把刀具设定刀具号码,然后由程序调用。
具体步骤如下。
一、刀具选用
可使用普通机床和数控专用刀具
二、刀具装入刀库的方法及操作
当加工所需要的刀具比较多时,要将全部刀具在加工之前根据工艺设计放置到刀库中,并给每一把刀具设定刀具号码,然后由程序调用。
具体步骤如下:
1、将需用的刀具在刀柄上装夹好,并调整到准确尺寸;
2、根据工艺和程序的设计将刀具和刀具号一一对应;
3、主轴回Z轴零点;
4、手动输入并执行“T01M06”;
5、手动将1号刀具装入主轴,此时主轴上刀具即为1号刀具;
6、手动输入并执行“T02M06”;
7、手动将2号刀具装入主轴,此时主轴上刀具即为2号刀具;
8、其它刀具按照以上步骤依次放入刀库。
三、注意事项
将刀具装入刀库中应注意以下问题:
1、装入刀库的刀具必须与程序中的刀具号一一对应,否则会损伤机床和加工零件;
2、只有主轴回到机床零点,才能将主轴上的刀具装入刀库,或者将刀库中的刀具调在主轴上;
3、交换刀具时,主轴上的刀具不能与刀库中的刀具号重号。
比如主轴上已是“1”号刀具,则不能再从刀库中调“1”号刀具。
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数控车床刀具切削
(5)加工中心刀库及换刀方法
①刀库。
刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的,数控车床是自动换刀装置中最主要的部件之一。
由于多数加工中心的取送刀具位置都是在刀库中某一固定刀位,因此刀库还需要有使刀具运动的机构来保证换刀的可靠性。
刀库中刀具的定位机构是用来保证要更换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换刀位置上。
车床其控制部分可以采用简易位置控制器,或类似半闭环进给系统的伺服位置控制,也可以采用电气和机械相结合的销定位方式,一般要求其综合定位精度达到o.1~乱5mm,即可采用电动机或液压系统为刀库转动提供动力。
a.刀库的类型按刀库的结构形式可分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库,前两种较为常见。
圆盘式刀库其结构简单,应用也较多。
但因刀具采用单环排列,空间利用率低,因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列的形式,以增加空间利用率。
但这样使刀库的外径扩大,转动惯量也增大,选刀时间也长,所以,圆盘式刀库一般用于刀具容量较小的刀库。
链式刀库,适用于刀库容量较大的场合。
数控车床链的形状可以根据车床的布局配置,也可将换刀位突出以利于换刀。
当需要增加链式刀库的刀具容量时,只需增加链条的长度,在一定范围内,车床无需变更刀库的线速度及惯量。
一般刀具数量30一120把时都采用链式刀库。
另外,按设置部位的不同,刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等多种类型。
按交换刀具还是交换主轴,刀库可分为普通刀库(简称刀库)和主轴箱刀库。
b.刀库的容量确定。
刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。
对若干种工件进行分析表明,各种加工所必需的刀具数量是4把铣刀可完成工件95%左右的铣削工艺,10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺,因此14把刀的容量就可完成70%以上工件的钻铣工艺车床。
如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计,数控车床则80%的工件(中等尺寸,复杂程度一般)完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。
所以对于一般的中、小型立式加工中心,配有14~40把刀具的刀库就能够满足70%一95%工件的加工需要。
c.刀库的选刀方式。
目前,加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种。
顺序选刀是在加工之前将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中,/顷序不能有差错,加工时按顺序调刀。
加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序,因而操作十分繁琐,而且加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。
这样就会增加刀具的数量,而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。
数控车床其优点是刀库的驱动和控制都比较简单,车床因此这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。
随着数控系统的发展,目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。
任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆等方式。
数控车床刀具编码或刀套编码都需要在刀具或刀套安装用于识别的编码条,摇臂钻床一般都是根据二进制编码原理进行编码。
刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构,并对每把刀具编码。
由于每把刀具都具有自己的代码,刀具可以放在刀库中的任何一个刀座内,这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用,而且换下的刀具也不用放回原来的刀座,这对装刀和选刀都十分有利,刀库的容量也可以相应地减少,而且还可以避免由于刀具顺序的差错所造成的事故。
但是由于每把刀具上都带有专用的编码系统,使刀具的长度加长,制造困难,刀具刚度降低,同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。
对于刀套编码的方式,一把刀具只对应一个刀套,从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中,取送刀具十分麻烦,换刀时间长。
因此,无论是刀具编码还是刀套编码都给换刀系统带来麻烦。
摇臂钻床目前,绝大多数加工中心都使用记忆式的任选换刀方式。
这种方式是第一次给刀库装刀时,控制系统记忆刀库中的每个刀套号和该刀套上的刀具号,刀具在使用中不一定被送还到原来的刀套上,但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。
数控车床这种方式有利于缩短换刀、选刀时间。
由于这种方式经常改变刀具号与刀套的对应关系,所以在重新启动车床时必须使刀库回零,校验一下显示器上显示的内容与实际刀具的情况。
刀库选刀方式一般采用就近移动原则,即无论采取哪种选刀方式,在根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时,都要向距离换刀最近的方向移动,以节省选刀时间。
②换刀及刀具交换装置。
数控车床的自动换刀系统中,实现刀库与车床主轴之间刀具传递和刀具装卸的装置称为刀具交换装置。
刀具的交换方式通常分为无机械手换刀和有机械手换刀两大类。
a.无机械手换刀的方式是利用刀库与车床主轴的相对运动实现刀具交换。
这种换刀机构不需要机械手,结构简单、紧凑。
由于交换刀具时车床不工作,所以不会影响加工精度,数控车床但会影响车床的生产率。
其次因刀库尺寸限制,装刀数量不能太多。
这种换刀方式常用于小型加工中心。
b.采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛,这是因为机械手换刀有很大的灵活性,摇臂钻床而且可以减少换刀时间。
机械手的结构类型多种多样,因此换刀运动也有所不同。
(6)刀具安装、标定及工件坐标系的建立
①刀具安装。
加工中心使用的刀具由刀杆、通用刀柄、拉钉三部分组成(刀柄和拉钉型号参考具体设备说明),经装配后方能根据加工需要依次装入刀库。
②加工中心常用对刀仪器。
量块:
一般用于刀具Z向标定。
Z向设定器:
一般用于刀具Z向标定。
寻边器:
标定刀具X、y向位置。
寻边器常见有电子式和机械式两种。
找正器:
用于确定圆心。
机内对刀器:
用于刀具X、y、Z向标定。
机外对刀仪:
在车床外测量刀具长度、直径和几何角度等,不占机时。
3D测头:
自动测量刀具X、y、Z向的位置和补偿值。
③工件坐标系的建立。
建立工件坐标系是数控加工的重要内容之一。
数控车床建立工件坐标系实际就是将用户选定的编程坐标系告知CNC系统,若不能正确建立工件坐标系,即使编程指令正确,车床仍可能产生误动作。
摇臂钻床车床的误动作有可能损坏刀具、车床,甚至可能会伤害到用户。
由于数控加工中心系统功能不同,建立工件坐标系的具体方法有所不同。
但基本原理相类似。
a.直接法。
直接法即试切法。
启动主轴,选定一把基准刀接触工件上表面,设置Zo,即将基准刀Z向补偿值设为“o”;其他刀也触碰同一表面,标定其他刀的Z向补偿值。
用刀具接触工件侧面设置X。
、Yo。
测量刀具直径或根据刀具公称直径确定刀具半径补偿值。
b.间接法。
刀具不旋转,选择一把基准刀接触量块或Z向设定器,设置Z。
。
将基准刀Z向补偿值设为“0”,其他刀触碰同一表面,标定Z向补偿值。
Xo、y。
及刀具半径补偿值的确定相同。
c.机内对刀。
机内对刀通常使用车床自备的机内对刀仪。
数控车床以主轴端面为基准,各把刀具从Z向触碰对刀仪,系统自动测出各刀相对某一基准点的长度作为刀具长度补偿值(每把刀的长度补偿值均不为“o”),摇臂钻床然后选择一把刀作为基准刀确定工件坐标系Zo。
X。
、y。
的确定及刀具半径补偿值的确定相同。
加工中心自动换刀过程PLC编程技巧
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未知
加工程序和PLC程序关系示意图PLC程序是数控机床正常运转的软件核心,是连接NC和机床的桥梁,也是机床电气设计人员调试机床的关键。
一个完善的PLC程序不仅能使机床正常运行,还要让人看起来一目了然,既为自己调试提供方便,还能帮助维修人员查找故障和分析原因。
下面就XH756B系列卧式加工中心配SIEMENS802D数控系统时,在自动换刀过程中机械手的编程技巧作一介绍。
首先简单介绍一下刀具交换装置的基本情况,刀库是可正反向旋转的链式刀库、装在刀具交换装置上的机械手用15个步骤将刀库中的刀具交换到主轴,并将主轴刀具还回刀库对应的刀套中。
为尽量缩短换刀时间,我们采用刀具预选与零件加工同时进行的方式来压缩换刀时间。
机械手动作顺序如下:
步骤1:
平移缩回,抓刀库中预选的刀具:
步骤2:
拔刀伸出,拔出刀套中的刀具:
步骤3:
平移伸出,离开刀库侧抓刀位置:
步骤4:
拔刀缩回,机械手缩回:
步骤5:
摇臂伸出,摇臂转向主轴侧:
步骤6:
平移伸出,抓主轴刀具:
步骤7:
拔刀伸出,拔出主轴中的刀具:
步骤8:
换刀正转或反转,刀具交换:
步骤9:
拔刀缩回,将预选刀具插入主轴:
步骤10:
平移缩回,机械手离开主轴:
步骤11:
摇臂缩回,摇臂转向刀库侧:
步骤12:
拔刀伸出,准备将主轴刀具送回刀库:
步骤13:
平移缩回,机械手移向刀库:
步骤14:
拔刀缩回,将主轴刀具插入刀库:
步骤15:
平移伸出,离开刀库侧抓刀位置。
以上15个步骤可分为如下4个阶段:
第1阶段:
抓新刀。
Txx代码控制刀库按就近方向转动到编程刀具所在的位置,到位且有刀库定位I信号后启动机械手,经过步骤1→步骤2→步骤3→步骤4,将编程刀具抓在手上等待换刀。
第2阶段:
换刀。
M06启动换刀固定循环“TOOL”。
“TOOL”控制各坐标移动到换刀位置,并用M90通知PLC启动换刀,PLC用M90信号请求NC“读入禁止”并启动机械手换刀步骤5→步骤6→步骤7→步骤8→步骤9→步骤10→步骤11,同时用步骤5的到位信号控制刀库转到主轴刀号的位置。
第3阶段:
还刀。
步骤5启动的刀库旋转停止且有刀库定位I信号后,启动机械手步骤12→步骤13→步骤14→步骤15,将主轴刀具还到刀库中并将记忆主轴刀号的存储器更新。
步骤11完成后,取消“读入禁止”,激活刀具参数,加工程序和机械手还同时进行。
第4阶段:
抓预选新刀。
在M06的下一段紧跟下道工序要用的刀具号Txx,刀库在完成还刀动作后可在零件加工的同时启动机械手步骤1→步骤2→步骤3→步骤4,将下道工序所用的刀具预选抓到机械手上,等待M06启动后面的换刀动作,这样大大缩短了刀具交换的时间,提高了工作效率。
注意事项:
Txx和M06不能编在同一程序段内:
在固定循环TOOL中,所有位移程序段应加G153(段有效)取消基本偏移:
三个换刀过程:
①装刀:
主轴无刀,Txx/M06直接安装编程刀具:
②换刀:
主轴有刀,交换编程刀具和主轴刀具:
③还刀:
主轴有刀,编程T0,将主轴刀具还回刀库。
主轴准停角度利用PLC浮点参数MD14514[0]:
$MN_USER_DATA_FLOAT[0]
本编程方法的核心是将机械手动作按时序分成共15个步骤。
“步骤”存储在一个中间的变量中,该中间变量点占一个字节,每个“步骤”完成后将中间变量的值修改为下一个“步骤”,而整个步骤全部完成后将中间变量置为零,下一个换刀指令到来后又从步骤1开始执行。
这样不仅使PLC程序简单、直观,而且由于“步骤”是唯一的,这样就能避免信号之间的互相干扰,编程人员再也不用绞尽脑汁来为每一个输出信号加各种限制条件,巧妙利用“变量”达到事半功倍的效果。
加工程序和PLC程序关系见下图。
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