数控加工中心的刀库与自动换刀技术

1 加工中心及刀库的相关概念

　　1.1 加工中心

　　加工中心(Machining Center)是数控机床中典型的机电一体化高技术产品，同时又是先进制造技术不可缺少的工艺设备。它综合了微电子，计算机、自动控制，精密测量、机床制造等方面的最新技术，是当代机床工业发展方向和先进生产力的标志，多坐标(5坐标)以上联动的加工中心更是先进制造业的重要战略物资。一台加工中心是由机床(机械部分)和控制系统(电气部分)两部分组成，机床是加T中心的主体，控制系统是加工中心的核心。而加工中心的主机通常是由(床身、立柱、工作台)和主轴部件、刀具存储自动交换系统(ATC)及其它辅助功能部件组成。

　　1.2 刀库结构

　　刀库是数控加工过程中用来储存刀具用的装置，加工中心的刀库结构有多种类型，常用的有以下四种：

　　(1)圆盘式刀库：也叫固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、16、18、20、24等，鄢为刀号地址。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。圆盘式刀库制造成本低，主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样部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：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，只要挡板靠近无触点开关(距离为0.3mm左右)，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。

　　(2)链式刀库：也叫多环链式刀库，刀库的外形较紧凑，占用空间较小，适用于做大容量刀库。在增加存储刀具数日时，可增加链条的长度，而不增加链轮直径，因此，链轮的圆周速度不会增加，且刀库的运动惯量不像圆盘式刀库增加的那么多，基于这些优点，链式刀库在加工中心应用非常广泛，符合加工结构造型复杂的大型零件。

　　(3)格子箱式刀库(也称阵列式刀库)：刀库容量大，结构紧凑，空问利用率高，但布局不灵活，通常将刀库安放于工作台上。有时甚至在使用一侧的刀具时，必须更换另一侧的刀座板。

　　(4)直线式刀库：这类刀库的特点是结构简单，刀库容量较小。一般用于数控车床，数控钻床，个别加工中心也有采用。

2 自动换刀装置及其常见故障排除

　　2.1 自动换刀装置

　　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换刀装置。自动换刀装置中最常用的就是机械手换刀，它是数控机床上应用最广泛的换刀方法。换刀过程较为方便，它的任务是当一个工序完成后．将不用的刀具从主轴中卸下来送回刀库中，同时还将下道工序的刀具装入主轴中。然后机械手回到原始位置等待下一个工作循环。机械手的规律性运动是通过三相异步电动机和齿轮传动等构件及配气系统来实现，配气系统的气压必须保持在6毫升以上机械手才能成功更换刀具：刀库中刀套按照T代码的指令运转到换刀位置，然后进行刀具交换．在机床工作过程中刀具按指令使机械手取刀或装刀。因此，要求电气系统需按照换刀过程的运动次序准确町靠地完成每一个动作。

　　2.2 常见故障及其排除

　　(1)刀库转动时不能刹车定位：原因：刀库计数感应开关LSIO损坏。此时，在“寸动”模式下，每按刀库旋转按钮一次，刀库只旋转一个刀位后立即停止转动，并且该刀位不能停止在规定的换刀位置，排除方法：更换感应开关。

　　(2)CRT屏幕显示报警：2023 ATC NOT HOME POSTION(自动换刀装置不在原点位置)．原因：控制刀库转动的计数感应开关损坏。或感应开关的接线断。或感应距离太远。排除方法：检查感应开关的接线状况；感应距离调整在1-5mm以内，若无效，则更换感应开关。

　　(3)CRT屏幕显示报警：2027 NOOL CLAMP()]具没有夹紧)，原因：①刀库旋转状态位置感应开关感应面上附着有铁屑等污物。②刀库上的刀套下降未到位，刀套升降气缸压力不足。排除方法：①清洁感应开关。②检查气缸及其秘管道有无泄漏，使压力达到0.392—0.49Mpa。

　　(4)CRT屏幕显示报警：2028 ATC ARM NOT HOME POSI—TION(自动换刀装置刀臂不在原点位置)，原因：①控制刀臂旋转的感应开关表面上附着有铁屑等污物。②控制刀臂旋转的感应开关损坏或接线不良。排除方法：①清洁感应开关表面。②检查感应开关接线，若无效，则更换感应开关。

　　(5)CRT屏幕显示报警：2029 POT NOT CP(ZI套没有处在上升状态)原因：①刀套上升限位开关坏；接触杠杆动作不灵活；刀套上升后接触杠杆不能压入。②刀套下降限位开关坏；接触杠杆动作不灵活：刀套上升后接触杠杆不能弹出。排除方法：①检查限位开关的接触杠杆动作是否灵活，若无效；则更换限位开关。②检查限位开关的接触杠杆动作是否灵活，若无效，则更换限位开关。

3 结语

　　刀库及自动换刀装置是加工中心的关键技术。四种不同的刀库结构有各自的原理和应用范围。了解和掌握自动换刀技术中的常见故障，并且找到相应的解决方案，对于加工中心的运用具有非常重要的意义。