數控機床的刀庫中存儲多把刀具,按數控裝置的刀具選擇指令,從刀庫中挑選各工序所需刀具的操作,稱為自動選刀。目前,常用的自動選刀方式主要有順序選刀和任意選刀兩種。

1.順序選擇方式

刀具的順序選擇方式是將刀具按加工工序的順序,依次放入刀庫的每一個刀座內。每次換刀時,刀庫按順序轉動一個刀座的位置,并取出所需要的刀具。已經使用過的刀具可以放回到原來的刀座內,也可以按順序放入下一個刀座內。采用這種方式的刀庫,不需要刀具識別裝置,而且驅動控制也比較簡單,可以直接由刀庫的分度機構來實現。因此刀具的順序選擇方式具有結構簡單、工作可靠等優點。但由于刀庫中的刀具在不同的工序中不能重復使用,因而必須相應地增加刀具的數量和刀庫的容量,這樣就降低了刀具和刀庫的利用率,而且每更換一種工件時,必須重新排列刀庫中刀具的順序,增加了操作的復雜性,在使用同一種刀具時,刀具的尺寸誤差也容易導致加工精度不穩定。此外,人工裝刀操作必須十分謹慎,如果刀具在刀庫中的順序發生差錯,將會造成嚴重事故。

2.任意選刀方式

由于數控系統的發展,目前絕大多數數控系統都具有刀具任選功能,因此多數加工中心都采用任選刀具的換刀方法。任選刀具的換刀方式可以有刀套編碼、刀具編碼和記憶等方式。

(1)刀具編碼方式

這種方式是采用一種特殊的刀柄結構,對每把刀具進行編碼,換刀時通過編碼識別裝置,按換刀指令代碼,在刀庫中尋找出所需要的刀具。由于每一把刀具都有自己的代碼,因此,刀具可以存放于刀庫的任一刀套中。這樣刀庫中的刀具在不同的工序中也就可重復使用,而且換下來的刀具也不必放回原來的刀套中,避免了因刀具存放在刀庫中的順序差錯而造成的事故:同時縮短了刀庫的運轉時間,刀庫的容量也可相應地減少,使自動換刀控制線路得到簡化。刀具編碼的具體結構如圖5.25所示。在刀柄1后面的拉緊螺桿4上套裝有一組等間隔的編碼環2,由鎖緊螺母3固定。編碼環既可以是整體的,也可由圓環組裝而成。編碼環的外徑有大小兩種不同的規格,大直徑表示二進制的1”,小直徑為“0°。通過對這兩種圓環的不同列,可以得到一系列的代碼。

(2)刀座編碼方式

刀座編碼方式是對刀庫的刀座進行編碼,圖5.25刀具編碼刀具進行編號。裝刀時,將與刀座編碼相對應1一刀柄:2一碼環:3一鎖緊螺母;4一拉桿的刀具一一放入指定的刀座中,然后根據刀座的編碼選取刀具。換刀時刀庫旋轉,使各個刀座依次經過刀具識別裝置,直至找到所需要的刀座,刀庫便停止旋轉。刀座編碼方式取消了刀柄中的編碼環,使刀柄的結構大為簡化。因此刀具識別裝置的結構不受刀柄尺寸的限制,而且可以放置在較為合理的位置。采用刀座編碼方式時,在自動換刀過程中必須將用過的刀具放回原來的刀座中,增加了刀座動作的復雜性,如果操作者把刀具誤放入與編碼不符的刀座內也會造成事故。與順序選擇刀具的方式相比,刀座編碼的突出優點是刀具在加工過程中可以重復使用。刀座編碼方式分永久性編碼和臨時性編碼。一般情況下,永久性編碼是將一種與刀座編號相對應的刀座編碼板安裝在每個刀座的側面,它的編碼是固定不變的。臨時性編碼也稱鑰匙編碼,它采用了一種專用的代碼鑰匙(圖5.26a),并在刀座旁設專用的代碼鑰匙孔(圖5.26b)。編碼時,先按加工程序的規定給每一把刀具系上表示該刀具號碼的代碼鑰匙,在刀具任意放入刀座的同時,將對應的代碼鑰匙插入該刀座旁的代碼鑰匙孔內這樣就通過鑰匙把刀具的號碼轉記到該刀座中,從而給刀座編上了代碼。編碼時,鑰匙對準鍵槽和水平方向槽子插入鑰匙孔座,然后順時針方向旋轉90°,處于鑰匙有齒部分的彈簧接觸片被撐起,表示代碼“1”,處于無齒部分的彈簧接觸片保持原狀,表示代碼0”。刀庫上裝有數碼讀取裝置,它由兩排成180°分布的炭刷組成。當刀庫轉動選刀時鑰匙孔座的兩排接觸片依次通過炭刷,讀出刀座的代碼,直到尋找到所需要的刀具。當刀具從刀座中取出時,刀座中的編碼鑰匙也取出,刀座中原來的編碼隨之消失。因此這種方式具有更大的靈活性,可以對大量刀具中的每一種用統一的固定編碼,有利于程序編制和刀具管理,而且在刀具裝入刀庫時,不容易發生人為的差錯。主要缺點是鑰匙編

碼方式仍然必須把用過的刀具放回原來的刀座中。

(3)編碼識別裝置

編碼識別裝置是自動換刀系統中重要組成部分,常用的有下列幾種

1)接觸式編碼識別裝置

接觸式編碼識別裝置應用較廣,特別適應于空間位置較小的編碼。采用這種方式時,在

刀柄上裝有兩種直徑不同的編碼環,在刀庫附近固定一刀具識別裝置,其上有一排與編碼環一一對應的觸針。每個觸針與一個繼電器相連,當編碼環是大直徑時與觸針接觸,相應的繼電器通電,其數碼為“1”。當編碼環是小直徑時,與觸針不接觸,繼電器不通電,其

數碼為“0”。當識別裝置的繼電器讀出的數碼與所需刀具的編碼一致時,由控制裝置發出信號,使刀庫停轉,所需刀具就準確地停在取刀位置上,然后由機械手從刀庫中將刀具取出。接觸式刀具識別裝置的結構簡單,但由于觸針有磨損,故壽命較短,可靠性較差,難于快速選刀。

2)非接觸式編碼識別裝置

非接觸式刀具識別裝置沒有機械直接接觸,因而無磨損、無噪聲、壽命長,可以快速選刀,適應于高速、換刀頻繁的工作場合。常用的非接觸式編碼識別有磁性識別和光電識別兩種方式。

①非接觸式磁性識別法磁性識別法是利用磁性材料和非磁性材料磁感應強弱不同,通過感應線圈讀取代碼實現刀具識別。編碼環用直徑相等的導磁材料(如軟鋼)和非導磁材料(如黃銅、塑料等)制成,分別表示二進制數“1”和“0”。識別裝置由一組感應線圈組成,當編碼環為導磁材料時,磁感應較強;如果編碼環為非導磁材料,磁感應較弱。利用感應電壓的強弱,就能識別刀具的號碼。當編碼環的號碼與指令刀號相符時,控制電路便發出信號,使刀具停在換刀位置等待換刀

②光電識別法這種識別方法是利用光學系統將刀具外形及編碼環投影到由光敏元件組

成的屏板上,形成刀具圖樣。裝刀時,每把刀具形成的圖樣由屏板轉變為對應的脈沖信息,經過處理后將每一把刀具的“圖樣”存入存儲器中。選刀時,當某一把刀具在識別位置出現的圖樣”與存儲器中指定刀具的“圖樣”一致時,便發出信號,該刀具便停在換刀位置上,機械手將該刀取出。這種識別系統,既能識別編碼,又能識別圖樣,但系統價格昂貴,所以限制了它的使用。

3.軟件記憶刀具識別法

隨著計算機技術的發展,可以利用計算機的程序來選擇刀具,以代替傳統的編碼環和刀具識別裝置。在這種選刀與換刀的方式中,刀庫上的刀具能與主軸上的刀具任意地直接交換,即隨機任意選刀換刀。主軸上換上的新刀號以及還回刀庫上的刀具號,均在計算機(或可編程序控制器)內部相應地存儲單元記憶中,不論刀具放在哪個地址,都始終能跟蹤記憶。這種刀具選擇方式需在計算機內部設置一個模擬刀庫的數據表,其長度和表內設置的數據與刀庫的刀座位置數和刀具號相對應。這種方法主要用軟件完成選刀,消除了由于刀具識別裝置的穩定性、可靠性所帶來的選刀失誤。

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