自动换刀装置电控

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1、1加工中心自加工中心自动换动换刀控制刀控制一、加工中心自一、加工中心自动换动换刀控制的意刀控制的意义义为为了了进进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装来即可完成多道工序或全部工序的方向台机床一次装来即可完成多道工序或全部工序的方向发发展。因此出展。因此出现现了各了各类类型的加工中心机床加工型的加工中心机床加工过过程中要使用多种刀具，因此必程中要使用多种刀具，因此必须须有自有自动换动换刀装置，以便刀装置，以便选选用不同刀具，完成不同工序加工工序。从而衍伸用不同刀具，完成不同工序加工工序。从而衍伸出按有无机械手又分出按有无

2、机械手又分为为不不带带机械手的自机械手的自动换动换刀装置（如斗笠式刀装置（如斗笠式换换刀装刀装置）和置）和带带机械手的自机械手的自动换动换刀装置。刀装置。带带刀刀库库的自的自动换动换刀装置数控机床主刀装置数控机床主轴轴箱内只有一个主箱内只有一个主轴轴， ，设计设计主主轴轴部件就有可能充分增部件就有可能充分增强强它的它的刚刚度，因此能度，因此能满满足精密加工的要求。另足精密加工的要求。另外刀外刀库库可以存放很大的刀具，因此能可以存放很大的刀具，因此能够进够进行复行复杂杂的零件的多工序加工，的零件的多工序加工，这样这样就明就明显显提高了机床的适提高了机床的适应应性和加工效率。所以性和加工效率。所以

3、带带刀刀库库的自的自动换动换刀刀装置特装置特别别适用数控适用数控钻钻床、数控床、数控铣铣床和数控床和数控镗镗床。床。采用机械手采用机械手换换刀有很大的灵活性而且可以减少刀有很大的灵活性而且可以减少换换刀刀时间时间。目前在。目前在加工中心上加工中心上绝绝大多数都使用大多数都使用记忆记忆式的任式的任选换选换刀方式。刀方式。这这种方式能将刀种方式能将刀具号和刀具号和刀库库中刀套位置（地址）中刀套位置（地址）对应对应地地记忆记忆在数控系在数控系统统的的 PC 中，不中，不论论刀具放在哪个刀套内都始刀具放在哪个刀套内都始终记忆终记忆着它的踪迹。刀着它的踪迹。刀库库上装有位置上装有位置检测检测装装置（一般

4、与置（一般与电动电动机装在一起）可以机装在一起）可以检测检测出每个刀套的位置，出每个刀套的位置，这样这样刀具就刀具就可以任意取出并送回。刀可以任意取出并送回。刀库库上没有机械原点，使每次上没有机械原点，使每次选选刀刀时时，就近，就近选选取。取。这这里我里我们们将介将介绍绍斗笠式斗笠式换换刀装置（刀装置（12 刀位）的刀位）的结结构及构及动动作原理，作原理，2在此基在此基础础上上设计设计并并实现实现了了换换刀控制的刀控制的电电气及气及 PMC 控制控制过过程。程。二、二、12 刀位斗笠式刀刀位斗笠式刀库组库组成成结结构及构及动动作原理作原理在加工中心上刀在加工中心上刀库选库选刀控制（刀控制（T

5、指令）和刀具交指令）和刀具交换换控制（控制（M06 控制）控制）是是 PMC 控制的重要部分，通常用刀套控制的重要部分，通常用刀套编码编码方式和随机方式。方式和随机方式。刀套刀套编码编码是是对对刀刀库库中的刀套中的刀套进进行行编码编码，并将与刀套，并将与刀套编码编码相相对应对应的的刀具一一放在指定的刀套中（如刀具一一放在指定的刀套中（如图图 1），然后根据刀套的），然后根据刀套的编码选编码选刀具，刀具，刀套刀套编码编码控制控制换换刀刀过过程需要两次完成，首先把主程需要两次完成，首先把主轴轴的刀具放回主的刀具放回主轴轴上上刀具的原来位置，然后再从刀刀具的原来位置，然后再从刀库库中取出要中取出要选

6、择选择的刀具，的刀具，这样换这样换刀效率刀效率低，一般用于无机械手或刀低，一般用于无机械手或刀库库容量比容量比较较少的刀少的刀库选库选刀控制。刀控制。图图 1 12 刀位刀刀位刀库库示意示意图图随机随机换换刀是指刀刀是指刀库库中的刀具与主中的刀具与主轴轴的刀具任意地直接交的刀具任意地直接交换换，随机，随机换换刀控制需要在刀控制需要在 PMC 内部内部设设置一个刀置一个刀库库的数据表，如表一所示，数的数据表，如表一所示，数3据表的个数（数据表容量）是刀据表的个数（数据表容量）是刀库库的刀具的刀具总总量加上主量加上主轴轴刀，如刀，如该该刀刀库库为为 12 把刀，把刀，则则数据表的个数数据表的个数为

7、为 13（如（如 D0000D0012） ）该该数据的首地数据的首地址（如址（如 D0000） ）为为主主轴轴的刀座号，数据表的序号（又称表内号）与刀的刀座号，数据表的序号（又称表内号）与刀库库中中的刀座号相的刀座号相对应对应，每个表内号中的内容就是，每个表内号中的内容就是对应对应刀座中的刀具号，当刀座中的刀具号，当程序程序执执行到行到 T 码时码时， ，PMC 通通过过数据数据检检索指令，把索指令，把检检索到索到 T 码码（即所（即所选择选择的新刀具）所在数据表的位置（数据表内号），即新刀具在刀的新刀具）所在数据表的位置（数据表内号），即新刀具在刀库库的的实际实际位置通知系位置通知系统统，

8、，PMC 控制刀控制刀库库旋旋转转把把选择选择的新刀具的新刀具转转到到换换刀位刀位置，等待置，等待换换刀。在刀。在执执行行换换刀指令（刀指令（M06） ）时时，机床主，机床主轴轴快速回到快速回到换换刀点刀点（一般（一般为为机床的第二参考点），并且机床的第二参考点），并且实现实现主主轴轴准停，机械手准停，机械手执执行行换换刀控刀控制，即同制，即同时时交交换换主主轴轴和刀和刀库库中的刀具，中的刀具，换换刀刀结结束后，把主束后，把主轴轴所在数据所在数据表的地址内容改写成表的地址内容改写成现现在的刀具号，把主在的刀具号，把主轴轴上的刀号（旧刀号）写入到上的刀号（旧刀号）写入到换换刀的刀具所在数据表的地

9、址中。刀的刀具所在数据表的地址中。表一：刀号数据表表一：刀号数据表 名称名称数据序号刀套号数据序号刀套号刀具号刀具号 D000D0000 00 0 D001D0011 11 1 D002D0022 22 2 D003D0033 33 3 D004D0044 44 4 D005D0055 55 5 D006D0066 66 6 D007D0077 77 7 D008D0088 88 8 D009D0099 99 9 D0010D001010101010 D0011D001111111111 D0012D0012121212124三、斗笠式刀三、斗笠式刀库库（ （12 把刀）自把刀）自动换动换刀装

10、置刀装置电电气控制气控制电电气控制气控制电电路包括接路包括接强电电强电电路和路和 PMC 控制控制电电路两部分。路两部分。图图 3 所示所示为为接触器控制接触器控制电电路。主路。主电电路由空气开关路由空气开关 QF、 、KM1 主主触点、触点、KM2 主触点、三相异步交流主触点、三相异步交流电电机机 M 等等组组成。控制成。控制电电路中中路中中间间继电继电器器 KA1 与与 KA2 分分别别控制接触器控制接触器 KM1 和和 KM2 的的线线圈，控制刀圈，控制刀库电库电机机 M 的正反的正反转转和停机制和停机制动动。 。实现实现刀具的刀具的选择选择从而达到精确从而达到精确选选刀刀的目的。的目的

11、。图图 3 电动电动刀刀库电库电气控制气控制线线路路图图四、斗笠式刀四、斗笠式刀库库（ （12 把刀）自把刀）自动换动换刀装置的刀装置的 PMC 控制控制 PMC 控制包括硬件控制和控制包括硬件控制和软软件控制两方面。件控制两方面。硬件控制包括硬件控制包括输输入信号的接入和入信号的接入和输输出信号的控制。出信号的控制。图图 4 所示所示为为电动电动刀刀库库 PMC 接接线图线图。在此例。在此例应应用中，用中，传传感器信号分感器信号分别别接在接在5X2.0、 、X2.1 输输入端口，而控制正反入端口，而控制正反转转接触器接触器 KM1、 、KM2 的中的中间继电间继电器的器的线线圈分圈分别别由由

12、 Y50.1、 、Y50.2 控制。控制。图图 4 电动电动刀刀库库 PMC 接接线图线图6软软件完成件完成换换刀控制刀控制逻辑逻辑关系。关系。实现换实现换刀控制刀控制过过程的流程程的流程图图如如图图 5所示。所示。图图 6 为为PMC 控控制梯制梯形形图图。 。7图图 5 换换刀控制流程刀控制流程图图 8图图 6 换换刀控制梯形刀控制梯形图图9例如，加工中心在例如，加工中心在执执行行 M06T1 换换刀指刀令刀指刀令时时的的换换刀刀结结果是：刀果是：刀库库中的中的 T1 刀装放刀装放轴轴。 。 、1、 DSCH 功能指令（功能指令（检检索功能）索功能）当当 CNC 读读到到 T1 指令代指令

13、代码码信号信号时时，将此信号信息送入，将此信号信息送入 PMC。当。当PMC 接到接到寻寻找新刀具的指令找新刀具的指令 T1 后（后（FT3 为为“1”）在模）在模拟拟刀刀库库的刀号的刀号数据表中开始数据表中开始 T 代代码码数据数据检检索出来存入索出来存入 F26 地址地址单单元中。然后元中。然后 将将1 号刀所在数据表中的序号号刀所在数据表中的序号 1 存入到存入到检检索索结结果果输输出地址出地址 D100 中，同中，同时时 R10.2 为为“1”。由于。由于 R9091.0 为为“0”。即断开，所以。即断开，所以 DSCH 功能指令功能指令按按规规定定 2 位位 BCD 码处码处理数据。

14、理数据。、2、 COIN 功能指令（比功能指令（比较较指令）指令）当当 R10.2 为为“1”时时，地址，地址 D100 的内容（指令的内容（指令 1 号）和地址号）和地址 D200（当（当前刀套数据表序号前刀套数据表序号 4）的内容作比）的内容作比较较。数据一致。数据一致时时， ，输输出出 R10.3 为为“1”， ，不一致不一致时时， ，R10.3 为为“0”作作为为刀刀库库旋旋转转达达 ROT 功能指令的条件。功能指令的条件。、3、 ROT 功能指令（旋功能指令（旋转转指令）指令）ROT 功能指令中，旋功能指令中，旋转检转检索数（刀套位置个数）索数（刀套位置个数）为为 12， ，现现在位

15、置在位置地址地址为为 D200（存放当前刀套号（存放当前刀套号 4），目），目标标位置地址位置地址为为 D100（存放（存放 T1号刀具的刀套号号刀具的刀套号 1），），计计算算结结果果输输出地址出地址为为 C1。 。当刀具判当刀具判别别指令指令 R10.3 为为“0”， ，ROT 指令开始指令开始执执行根据行根据 ROT 控控制条件制条件设设定，定，计计算出刀算出刀库现库现在的位置与目在的位置与目标标相差的步数相差的步数为为“3”步将此步将此数据存入数据存入 C1 中，并中，并选择选择出最短旋出最短旋转转路径，使路径，使 R10.4 置置“0”，正向旋，正向旋转转方向方向输输出。通出。通过过

16、 Y50.1 正向旋正向旋转继电转继电器，器，驱动驱动刀刀库库正向旋正向旋转转“3”步，步，即找到了即找到了 1 号刀位。号刀位。10、4、 CTR 功能指令（功能指令（计计数指令）数指令）CTR 功能指令中，功能指令中，计计数指令数指令 01 号号计计数，地址数，地址 C1 为为刀刀库现库现在的在的位置目位置目标标位置相差的步数的数据存位置相差的步数的数据存储储地址。地址。R10.4 控制控制计计数器的加数器的加计计数或数或计计数器的减数器的减计计数，数，X2.1 为为 0 时计时计数器不数器不计计数，当数，当 X2.1 为为 1 时计时计数器数器计计数累加。当数累加。当计计数器累加到定数器累加到定值值 R10.5 输输出。出。刀刀库库旋旋转转后，后，R10.3 输输出出为为“1”时时（刀（刀库库的的实际实际位置与刀位置与刀库库目目标标位位置一致），即置一致），即识虽识虽了所要了所要寻寻找的新刀具，刀找的新刀具，刀库库停停转转并定位，等待并定位，等待换换刀。刀