数控加工中心盘式刀库自动换刀控制系统设计

1 引言

　　加工中心是指备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后可以进行多道工序加工的数控机床。数控铣床通过改造加上自动换刀系统就可以得到一台全功能的加工中心。加工中心能大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，同时减少了多次安装造成的定位误差，提高加工精度，能实现高精高效的加工。

　　1.X-Y 精密数控工作台2.立柱3.拉刀装置4.电主轴5.控制箱6.限位传感器7.横梁8.直流电机9.刀库旋转装置10.刀柄11.盘式刀库随着我国工业的不断发展，模具制造业、机械加工业得到了大力发展，加工中心以其高自动化程度得到广泛应用。然而，目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主，小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为了填补市场的空白，本台自主研发制作的微型立式加工中心应运而生。加工中心工作台采用X-Y 双向精密数控工作台；可以进行X、Y、Z 三个方向的进给；配装自动换刀系统，可以完成铣、钻、扩、铰、锪、攻丝等多种加工工序，体积小、结构紧凑，不但可满足本科实验教学的需要，还能进行小型板类、盘类、叉架类和箱体类等复杂零件的多品种中小批量加工。整体结构，如图1 所示。加工中心的关键技术在于自动换刀系统装置。针对自主研发制作的微型立式加工中心进行阐述自动换刀控制系统的设计。

图1微型立式加工中心布局图 

2 自动换刀装置结构原理

　　加工中心自动换刀装置有两种形式：有机械手换刀和无机械手换刀。有机械手换刀方式是当主轴位于换刀点位置时首先利用机械手把主轴上的旧刀取下来再把刀库上的刀具送到主轴上，最后把已用过的刀具返送到刀库上。换刀时间短，但其机械结构比较复杂。而无机械手换刀是直接在刀库与主轴（或刀架）之间的相对运动来实现换刀的自动换刀方式，结构简单。由于小型加工中心体积小，相对于有机械手换刀方式来说，无机械手换刀方式更适合于小型加工中心。

　　加工中心自动换刀系统采用无机械手固定换刀方式，即每次换刀的过程，刀套号与刀具号始终一一对应，如N号刀套中始终是N号刀。利用刀库和主轴的相对运动实现刀具的更换。其中刀盘的旋转是由直流电机驱动马氏机构带动刀盘转动，这种结构能准确控制转角、工作可靠、机械效率高；以用光电开关来实现刀盘转动的圈数计数；刀库的进退由步进电机带动丝杠驱动，为了工作可靠，采用机械开关作为前后极限的限位开关。主轴的拉刀装置采用电磁铁作为力源，通过杠杆的扩力实现主轴抓刀和松刀。