CNC加工中心配備刀庫是其與普通數控機床的最大區別,它能實現快速自動換刀,省去數控機床傳統換動刀時每次都需要手動換刀及再次對刀過程,從而大大提高了零件加工的效率及質量。CNC加工中心刀庫一般分為斗笠式刀庫和凸輪式刀庫,換刀方式相對應為固定換刀和隨機換刀[1]。當前CNC加工中心斗笠式換刀過程還存在一些問題待改進,本文重點介紹電氣控制優化設計思路和方法。
1 固定換刀動作過程
根據主軸有無刀、換刀和取刀功能狀態,固定換刀動作過程可分為四種情況[2]。
第一種為指令取刀號為主軸上刀號,換刀動作不執行,換刀結束。
第二種為主軸無刀,指令直接取刀。執行換刀指令后,Z 軸執行機械回零,主軸定向,刀庫前進右位,主軸松刀,刀庫旋轉到指令取刀號位,Z 軸下降到第二參考點,夾緊刀具,刀庫回退左位,換刀結束。
第三種為主軸有刀,指令直接還刀。執行還刀指令后, Z 軸直接回到第二參考點, 主軸定向,刀庫前進右位,主軸松刀,Z 軸回第一參考點,主軸緊刀,刀庫回退左位,換刀結束。
第四種為主軸有刀,指令要取刀庫上的刀。執行換刀指令后,Z 軸直接回到第二參考點,主軸定向,刀庫旋轉到主軸上刀號位,刀庫前進右位,主軸松刀,Z 軸回第一參考點,刀庫旋轉到指令取刀號位, Z 軸回到第二參考點, 主軸緊刀,刀庫回退左位,換刀結束。
2 換刀過程存在的問題
換刀過程由PMC 控制及刀庫表記錄數據,規范操作及運行情況下,整個斗笠式刀庫換刀過程都能正常運行,但如果有人為操作失誤或外界電源因素干擾,就可能出現換刀混亂故障[3]。例如缺乏主軸上有無刀的判別。如果不對主軸上是否有刀進行判別,此時主軸上已有刀,這時PMC 刀庫表是記錄了該刀號數據的,但如果人為取下該刀,會導致PMC 刀庫表數據跟實際的對應不上,
PMC 還是會認為刀具在主軸上,這就會讓整個換刀過程出現混亂[4];但如果是取下主軸上刀后又手動換上其他刀具,會導致現在的刀具跟原來PMC 刀庫表記錄的數據對應不上,嚴重時可能出現主軸上刀柄跟刀庫上刀柄相碰撞的嚴重事故,造成主軸、刀具、刀庫和機械卡手損壞。
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小結
通過誤差建模與實驗,本文提出了一種基于球桿儀測量加工中心5軸機床工作誤差的方法,通過采集空間不同平面特征點的方式,快速計算出機床空間誤差。通過該方法可以有效辨識出TCS與WCS兩個坐標系下6項不同回轉誤差元素的具體數值。聯合激光干涉儀,則可以辨識出加工誤差中全部12項 誤 差 元 素。以5軸數控機床作為實驗載體,驗證了空間中不同圓形軌跡產生的旋轉誤差并非常量這一機床誤差特性。在此基礎上揭示了不同角度對應誤差元素數值的規律。實驗結果精度等級,超過數控機床加工精度要求一個數量級,可滿足加工及補償要求??梢源吮孀R方法為依據,進行誤差運動解耦分析及誤差補償等工作,也為5軸數控機床進行后續插補軌跡優化及誤差對曲面精加工的影響等研究打下基礎。
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