基于Fanuc的四轴加工中心刀库电气控制

1 机床换刀系统设计

　　1.1 刀库换刀的种类及选用

　　（1）顺序换刀。按照工艺要求依次将所有的刀具插入刀库的刀座中，顺序不能错，加工时按顺序调刀，已经使用过的刀具可以放回到原来的刀座内，刀具号和刀座号之间的关系不会随着刀具的交换而改变，而一直保持一一对应关系。此种换刀方式不需要刀具识别，结构简单，工作可靠，但是刀库和刀具的利用率低。

　　（2） 随机换刀。对刀库中的每把刀具进行编号，刀库上装有位置检测装置，刀库上设有机械原点，在PMC内部设置一个模拟刀库的刀具表，刀具编号可任意设定，一旦设定不应随意改变，刀具表与实际刀库中的刀具的位置始终保持一致，此种换刀方式稳定性、可靠性高，刀具号和刀座号之间的关系随着刀具的交换而改变。因此，随机换刀方式比较灵活，又可以节省换刀时间所以本机床采用了随机换刀形式。

　　1.2 换刀系统总体结构

　　机床刀库安装在机床的横梁侧面，刀库采用随机换刀方式。刀库电机为步进电机，机械手传动机构为凸轮机构，机床换刀系统总体结构如图2 所示。

图2换刀系统总体结构 

　　从图2 中可以看出机床换刀系统由刀库主体和主轴2 部分组成。其中刀库主体由刀库和机械手2 部分组成：刀库由刀库电机和位置检测开关组成，机械手由机械手电机和机械手到位检测开关2 部分组成；主轴换刀部分由松/ 夹刀气缸和检测开关2 部分组成。

　　1.3 刀库换刀方式

　　本机床有3 种换刀方式，即自动换刀、半自动换刀和手动换刀。每种换刀方式的具体介绍如下所述：

　　（1）自动换刀。

　　当执行到加工程序中的换刀指令时或是操作者在 “MDI”方式下输入换刀指令时，机床能够自动完成一系列的换刀动作，刷新刀具表，并且能够回到加工区域。

　　（2）半自动换刀。

　　操作者把机床主轴开到换刀点时，执行半自动换刀指令，机床可以完成刀具交换动作，并能够自动刷新刀具表，但是机床不能自动回到加工区域中，需要手动操作。

　　（3）手动换刀。

　　机床配备手动换刀盒，需要将机床开到换刀点，然后可以分步执行换刀动作。此方式不能自动刷新刀具数据表。也不能自动回到加工区域中，此种换刀方式主要用于刀库的调试及维护。

2 换刀系统的控制

　　在换刀控制时，通常可以将刀具交换分为2 个步骤，一是完成搜索刀库中的目标刀具，二是刀具交换的具体动作。刀库刀具交换的PMC 控制程序设计主要考虑搜索目标刀具在刀库上的刀套位置，刀库旋转方向（目标刀具所在刀套的最短路径）的判别，从而完成目标刀具的搜索，为刀具的交换做准备。机床的PMC 程序通过刀库的接口信号对其进行换刀等一系列动作的控制。图3 是加工中心的刀库控制流程。

图3刀库控制流程图