数控机床的刀库中存储多把刀具,按数控装置的刀具选择指令,从刀库中挑选各工序所需刀具的操作,称为自动选刀。目前,常用的自动选刀方式主要有顺序选刀和任意选刀两种。

1.顺序选择方式

刀具的顺序选择方式是将刀具按加工工序的顺序,依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时,刀库按顺序转动一个刀座的位置,并取出所需要的刀具。已经使用过的刀具可以放回到原来的刀座内,也可以按顺序放入下一个刀座内。采用这种方式的刀库,不需要刀具识别装置,而且驱动控制也比较简单,可以直接由刀库的分度机构来实现。因此刀具的顺序选择方式具有结构简单、工作可靠等优点。但由于刀库中的刀具在不同的工序中不能重复使用,因而必须相应地增加刀具的数量和刀库的容量,这样就降低了刀具和刀库的利用率,而且每更换一种工件时,必须重新排列刀库中刀具的顺序,增加了操作的复杂性,在使用同一种刀具时,刀具的尺寸误差也容易导致加工精度不稳定。此外,人工装刀操作必须十分谨慎,如果刀具在刀库中的顺序发生差错,将会造成严重事故。

2.任意选刀方式

由于数控系统的发展,目前绝大多数数控系统都具有刀具任选功能,因此多数加工中心都采用任选刀具的换刀方法。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。

(1)刀具编码方式

这种方式是采用一种特殊的刀柄结构,对每把刀具进行编码,换刀时通过编码识别装置,按换刀指令代码,在刀库中寻找出所需要的刀具。由于每一把刀具都有自己的代码,因此,刀具可以存放于刀库的任一刀套中。这样刀库中的刀具在不同的工序中也就可重复使用,而且换下来的刀具也不必放回原来的刀套中,避免了因刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故:同时缩短了刀库的运转时间,刀库的容量也可相应地减少,使自动换刀控制线路得到简化。刀具编码的具体结构如图5.25所示。在刀柄1后面的拉紧螺杆4上套装有一组等间隔的编码环2,由锁紧螺母3固定。编码环既可以是整体的,也可由圆环组装而成。编码环的外径有大小两种不同的规格,大直径表示二进制的1”,小直径为“0°。通过对这两种圆环的不同列,可以得到一系列的代码。

(2)刀座编码方式

刀座编码方式是对刀库的刀座进行编码,图5.25刀具编码刀具进行编号。装刀时,将与刀座编码相对应1一刀柄:2一码环:3一锁紧螺母;4一拉杆的刀具一一放入指定的刀座中,然后根据刀座的编码选取刀具。换刀时刀库旋转,使各个刀座依次经过刀具识别装置,直至找到所需要的刀座,刀库便停止旋转。刀座编码方式取消了刀柄中的编码环,使刀柄的结构大为简化。因此刀具识别装置的结构不受刀柄尺寸的限制,而且可以放置在较为合理的位置。采用刀座编码方式时,在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原来的刀座中,增加了刀座动作的复杂性,如果操作者把刀具误放入与编码不符的刀座内也会造成事故。与顺序选择刀具的方式相比,刀座编码的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。刀座编码方式分永久性编码和临时性编码。一般情况下,永久性编码是将一种与刀座编号相对应的刀座编码板安装在每个刀座的侧面,它的编码是固定不变的。临时性编码也称钥匙编码,它采用了一种专用的代码钥匙(图5.26a),并在刀座旁设专用的代码钥匙孔(图5.26b)。编码时,先按加工程序的规定给每一把刀具系上表示该刀具号码的代码钥匙,在刀具任意放入刀座的同时,将对应的代码钥匙插入该刀座旁的代码钥匙孔内这样就通过钥匙把刀具的号码转记到该刀座中,从而给刀座编上了代码。编码时,钥匙对准键槽和水平方向槽子插入钥匙孔座,然后顺时针方向旋转90°,处于钥匙有齿部分的弹簧接触片被撑起,表示代码“1”,处于无齿部分的弹簧接触片保持原状,表示代码0”。刀库上装有数码读取装置,它由两排成180°分布的炭刷组成。当刀库转动选刀时钥匙孔座的两排接触片依次通过炭刷,读出刀座的代码,直到寻找到所需要的刀具。当刀具从刀座中取出时,刀座中的编码钥匙也取出,刀座中原来的编码随之消失。因此这种方式具有更大的灵活性,可以对大量刀具中的每一种用统一的固定编码,有利于程序编制和刀具管理,而且在刀具装入刀库时,不容易发生人为的差错。主要缺点是钥匙编

码方式仍然必须把用过的刀具放回原来的刀座中。

(3)编码识别装置

编码识别装置是自动换刀系统中重要组成部分,常用的有下列几种

1)接触式编码识别装置

接触式编码识别装置应用较广,特别适应于空间位置较小的编码。采用这种方式时,在

刀柄上装有两种直径不同的编码环,在刀库附近固定一刀具识别装置,其上有一排与编码环一一对应的触针。每个触针与一个继电器相连,当编码环是大直径时与触针接触,相应的继电器通电,其数码为“1”。当编码环是小直径时,与触针不接触,继电器不通电,其

数码为“0”。当识别装置的继电器读出的数码与所需刀具的编码一致时,由控制装置发出信号,使刀库停转,所需刀具就准确地停在取刀位置上,然后由机械手从刀库中将刀具取出。接触式刀具识别装置的结构简单,但由于触针有磨损,故寿命较短,可靠性较差,难于快速选刀。

2)非接触式编码识别装置

非接触式刀具识别装置没有机械直接接触,因而无磨损、无噪声、寿命长,可以快速选刀,适应于高速、换刀频繁的工作场合。常用的非接触式编码识别有磁性识别和光电识别两种方式。

①非接触式磁性识别法磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料磁感应强弱不同,通过感应线圈读取代码实现刀具识别。编码环用直径相等的导磁材料(如软钢)和非导磁材料(如黄铜、塑料等)制成,分别表示二进制数“1”和“0”。识别装置由一组感应线圈组成,当编码环为导磁材料时,磁感应较强;如果编码环为非导磁材料,磁感应较弱。利用感应电压的强弱,就能识别刀具的号码。当编码环的号码与指令刀号相符时,控制电路便发出信号,使刀具停在换刀位置等待换刀

②光电识别法这种识别方法是利用光学系统将刀具外形及编码环投影到由光敏元件组

成的屏板上,形成刀具图样。装刀时,每把刀具形成的图样由屏板转变为对应的脉冲信息,经过处理后将每一把刀具的“图样”存入存储器中。选刀时,当某一把刀具在识别位置出现的图样”与存储器中指定刀具的“图样”一致时,便发出信号,该刀具便停在换刀位置上,机械手将该刀取出。这种识别系统,既能识别编码,又能识别图样,但系统价格昂贵,所以限制了它的使用。

3.软件记忆刀具识别法

随着计算机技术的发展,可以利用计算机的程序来选择刀具,以代替传统的编码环和刀具识别装置。在这种选刀与换刀的方式中,刀库上的刀具能与主轴上的刀具任意地直接交换,即随机任意选刀换刀。主轴上换上的新刀号以及还回刀库上的刀具号,均在计算机(或可编程序控制器)内部相应地存储单元记忆中,不论刀具放在哪个地址,都始终能跟踪记忆。这种刀具选择方式需在计算机内部设置一个模拟刀库的数据表,其长度和表内设置的数据与刀库的刀座位置数和刀具号相对应。这种方法主要用软件完成选刀,消除了由于刀具识别装置的稳定性、可靠性所带来的选刀失误。

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