945刀具的选择与识别.docx

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1、945刀具的选择与识别 第四节 刀具的选择与识别 一、刀具的选择 按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀的位置，称为自动选刀。在刀库中选择刀具通常采用两种方法： 顺序选择刀具 刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。该法不需要刀具识别装置，驱动控制也较简单，工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能重复使用，为了满足加工需要，只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。 任意选择刀具 这种方

2、法根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可以任意存放。每把刀具都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每把刀具都经过“刀具识别装置”接受识别。当刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，刀库将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。任意选择刀具法的优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关，相同的刀具可重复使用。因此，刀具数量比顺序选择法的刀具可少一些，刀库也相应的小一些。 任意选择法主要有三种编码方式： 刀具编码方式 这种方式是对每把刀具进行编码，由于每把刀具都有自己的代码，因此，可以存放于刀库的任一刀座中。这样刀库中的刀具在不同的工序中也就可重复

3、使用，用过的刀具也不一定1-刀柄；2-编码环；3-压紧螺母； 图9-25 刀具编码结构图 1-编码装置；2-读码装置 图9-26 刀座编码示意图 放回原刀座中，避免了因刀具存放在刀库中的顺序差错而造成的事故；同时也缩短了刀库的运转时间；简化了自动换刀控制线路。 刀具编码的具体结构如图9-25所示。在刀柄1后端的拉杆4上套装着等间距的编码环2，由锁紧螺母3固定。编码环既可以是整体的，也可由圆环组装而成。编码环直径有大小两种，大直径的为二进制的“1”，小直径的为“0”。通过着两种圆环的不同排列，可以得到一系列代码。例如由六个大小直径的圆环变可组成能区别63种刀具。通常全部为0的代码不许使用，以免与

4、刀座中没有刀具的状况相混淆。为了便于操作者的记忆和识别，也可采用二-八进制编码来表示。THK6370自动换刀数控镗铣床的刀具编码采用了二-八进制，六个编码环相当八进制的二位。 这种编码环中，若所有的编码环都是凸的，其号码二进制是二，相当于二-八进制数八，也就是十进制的十。 刀座编码方式 这种编码方式对每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号码相符刀座中，换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库便停止旋转。由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构大为简化。因此，识刀器的结构不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在较适当的位置。另外，在自动换刀过程中必须将使用过

5、的刀具放回原来的刀座中，增加了换刀动作。与顺序选择刀具的方式相比，刀座编码的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。 图9-26所示为圆盘形刀库的刀座编码形式。在圆盘的圆周上均布若干个刀座，其外侧边缘上装有相应的刀座编码块1，在刀库的下方装有固定不动的刀座识别装置2。刀座编码的识别原理与上述刀具编码的识别原理完全相同。 编码附件方式 编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其中应用最多的是编码钥匙。这种方式是先给各刀具都缚上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进刀座旁边的钥匙孔中。这样就把钥匙的号码转记到 刀座中，给刀座编上了号码。识别装置可

6、以通过识别钥匙上的号码来选取该钥匙旁边刀座中的刀具。 编码钥匙的形状如图9-27所示。图中除导向突起外，共有16个凸出或凹下的位置，故有216-1=65535种凹凸组合，可区别65535把刀具。 图9-28为编码钥匙孔的剖面图，钥匙沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙孔座，然后顺时针方向旋转90，处于钥匙代码突起6的第一弹簧接触片5被撑起，表示代码“1”，处于代码凹处的第二弹簧接触片7保持原状，表示代码“0”。由于钥匙上每个凸凹部分的旁边均有相应的炭刷4或1，故可将钥匙各个凸凹部分均识别出来，即识别出相应的刀具。 图9-27 编码钥匙的形状 图9-28 编码钥匙孔的剖面图 这种编码方式称为临时性编码，

7、因为从刀座中取出刀具时，刀座中的编码钥匙也取出，刀座中原来编码随之消失。因此，这种方式具有更大的灵活性。采用这种编码方式用过的刀具必须放回原来的刀座中。 二、刀具识别装置 刀具识别装置是自动换刀系统中重要组成部分，常用的有下列几种： 接触式刀具识别装置 接触式刀具识别装置应用较广，特别适应于空间位置较小的刀具编码，其识别原理如图9-29所示。在刀柄1上装有两种直径不同的编码环，规定大直径的环表示二进制的“1”，小直径的环为“0”，图中有5个编码环4在刀库附近固定一刀具识别装置2是，从中伸出几个触针3，触针数量与刀柄上的编码环个数相等。每个触针与一个继电器相连，当编码环是大直径时与触针接触，继电

8、器通电，其数码为“1”。当各继电器读出的数码与所需刀具的编码一致时，由控制装置发出信号，使刀库停转，等待换刀。 接触式刀具识别装置的结构简单，但由于触针有磨损，故寿命较短，可靠性较差，且难于快速选刀。 1-刀柄；2-刀具识别装置；3-触针；4-编码 图9-29 接触式刀具识别原理图 非接触式刀具识别装置 非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反映速度快，适应于高速、换刀频繁的工作场合。常用的有磁性识别和光电识别法。 非接触式磁性识别法 (b) 图9-30 a-选刀控制方框图 b-磁性识别装置图 磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料磁感应强弱不同，通过感应线圈读取代码

9、。编码环的直径相等，分别导磁材料和非导磁材料制成，规定前者编码为“1”，后者编码为“0”。图9-30所示为一种用于刀具编码的磁性识别装置。图中刀柄1上装有非导磁材料编码环4和导磁材料编码环2，与编码环相对应的有一组检测线圈6组成非接触式识别装置3。在检测线圈6的一次线圈5中输入交流电压时，如编码环为导磁材料，则磁感应较强，在二次线圈7中产生较大的感应电压。如编码环为非导磁材料，则磁感应较弱，在二次线圈中感应的电压较弱。利用感应电压的强弱，就能识别刀具的号码。当编码环的号码与指令刀号相符时，控制电路便发出信号，使刀库停止运转，等待换刀。 当尺寸受到限制时，不能采用由标准无触点开关组成的识刀器。为

10、此，华中理工大学研制了一种小型的磁性识刀器，六组磁芯叠合在一起的宽度只有30mm。其选刀控制方框图如图9-30(a)所示。当数控装置发出选刀指令T后，选刀控制电路使刀库快速旋转，刀柄上的编码环依次经过识刀器。在识刀器上感应出每把刀具的不同信号，经“刀号读出电路”将编码环所需要的号码读出，并经输入控制门存入“刀号寄存器”内，然后送入“符号电路”与数控装置的T代码比较。如读出的刀具号码与给定的T代码不一致时，刀库继续旋转，进行识别比较。直至识刀器读出的刀具号码与给定的T代码一致时，则发出选刀符合信号，选刀控制电路使刀库减速慢转，由刀库定位销定位，等待换刀。 光学纤维刀具识别装置 这种装置利用光导纤

11、维良好的光传导特性，采用多束光导纤维构成阅读头来获取刀具上的二进制信号。在光导纤维中传播的光信号比在导体中传播的电信号具有更高的抗干扰能力。光导纤维可任意弯曲，这给机械设计、光源及光电转换元件的安装都带来了很大的方便。因此，这种方法很有发展前途。 近年来，“图象识别”技术也开始用于刀具识别，刀具不必编码，而在刀具识别位置上利用光学系统将刀具的形状投影到许多光电元件组成的屏板上，从而将刀具的形状变为光电信号，经信号处理后存入记忆装置中。选刀时，数控指令T所指的刀具在刀具识别装置出现图形时，并与记忆装置中的图形进行比较，选中时发出选刀符号信号，刀具便停在换刀位置上。这种识别方法虽然有很多的优点，但

12、由于该系统价格昂贵，而限制了它的使用。 利用PC实现随机换刀 利用可编程控制器记忆的方式将刀具和刀库的刀座位置分别编号，列出刀号数据表存储在PC内，刀号数据表应与刀具在刀库中的实际位置相对应。换刀时，主轴上新装的刀具号及还回刀库的刀具号均在PC内部相应地存储记忆，使刀号数据表与刀库中的位置始终保持一致。这种方法由于不需要编码环和识刀装置，结构大为简化，同时也增加了可靠性，已被广泛应用于加工中心。JCS018加工中心也采用了这种方式实现了任意选刀。 第五节 工件交换装置 在加工中心上最早使用的是交换工作台，即双工作台，当一个工件在工作台上还在被加 工时，另一个工作台则处于装卸工件的位置，如图9-

13、31所示。 1-加工工位工作台 2-装卸工位工作台 图图9-31 带交换台的加工中心带交换台的加工中心 进一步发展是在加工中心的基础上配置更多的托盘，组成环形回转式托盘 库，构成了第1种柔性制造单元概念CNC机床加自动托盘交换系统。托盘支承在圆柱环形导轨上，由内侧的环链拖动而回转，链轮由电机驱动。托盘的选定和停止位置由可编程控制器进行控制，借助终端开关、光电识别1-加工工位工作台;2-装卸工位工作台器来实现。精密的托盘交换定位精度要求极高，一般达到士 0.005mm。更多的托盘交换系统是采用液压驱动，滚动导轨导向，接近开关或组合开关作为定位的信号。 液压死挡铁准确定位，最终由液压装置夹紧。托盘

14、系统一般都具有存储、运送功能，自动检 测功能，工件、刀具归类功能，切削状态监视功能等。托盘的交换是由设在环形交换系统中 的液压或电动推拉机构来实现。这种交换首先指的是在加工中心上加工的托盘与托盘系统中备用的托盘交换。如果在托盘系统的另一端再设置一个托具工作站，则这种托盘系统可以通过托具工作站与其它系统发生联系，若干个FMC通过这种方式，可以组成一条FMS线。 另外，也有将托盘交换系统设计成立体仓库，而将托盘交换装置设计成 2个工位，这样可减少占地面积，工作面可以宽敞些，便于操作。 车削中心立式加工中心卧式加工中心图9-32 3台加工中心与Robot组成FMC 第2种类型的柔性制造单元由CNC机

15、床加机器人组成，如图所示。图9-32所示是由美国 CINCINNATI公司生产的 3台数控机床与机器人组成的 FMC。3台机床分别是车削中心、立式加工中、卧式加工中心。机器人安装在沿导轨移动的传输小车上，由机器人完成机床到机床之间的工件传送。 图9-33所示为由2台磨床与机器人和工件传输组成的FMC，机器人安装在中央位置，它负责2台NC磨床与工件传输系统的上、下料工件。 磨床工作传输系统磨床图9-33 NC磨床与Robot组成的FMC 图9-34所示为采用龙门式机器人搬运工件的FMC，目前在数控车床或车削中心上用得较多。 龙门式机器人料仓数控车床图9-34 采用龙门式机器人的FMC 图.采用龙

16、门式机器人的从上述可见，工业机器人可以在一台CNC机床与工件毛坯传送架之间执行上下料的任 务。也可以在23台数控机床之间将毛坯、半成品进行工序传递，还可以执行刀具的交换 及夹具的交换，甚至完成装配任务。所以工业机器人在柔性制造中承担了重要角色。但工业机器人搬运工件的承载能力有一定的限制，一般仅适用于体积和质量都较小的工件。 当由多台机床组成柔性生产线时，工件在它们间的传送方式有有轨小车和无轨小车。 图9-35是有轨式无人输送小车，这种物料运送方式多数为直线导轨，机床和加工设备机床输送台车图9-35有轨式物流系统 在导轨一侧，随行工作台或托盘在导轨的另一侧。RGV的驱动装置多为DC伺服电机，通过

17、电缆向它供电，并提供它和系统中央计算机的通信，当RGV到达指定位置时，识别装置 向控制器发出停车信号，使小车停靠在指定位置，由小车上的液压装置来完成托盘和工件的自动交换。RGV可以由系统的中央控制器从外部启动和控制，也可由小车本身所装备的控制站离线控制。这种RGV适用于运送尺寸和质量都比较大的工件和托盘，而且行驶速度快，减速点和准停点一般均由诸如光电装置、接近开关或限位开关等传感器来识别。这种方式的物流控制较简单，成本低廉。但它的铁轨一旦铺成后，便成为固定装置，改变路线非常困难，所以它适用于加工工序的变化不太频繁的场合。鉴于它的上述优点，国内外许多制造商和用户都乐于采用。 AGV是一种电磁感应

18、制导的无人运输小车。它应用于机床的品种和台数较多、加工工序较复杂、要求系统柔性较大的场合。AGV行驶的路线在总体设计阶段要多方案比较和论证。这种方式是在地下10mm20mm处埋一条宽3mm10mm的电缆。这种方式工作可靠，不怕尘土污染，制导电缆埋在地沟内不易遭到破坏，适宜于一般工业环境，投资费用较低。 图9-37是一种外封闭型物流系统。一般情况下有较多的机床品种，如加工中心、 CNC车床、CNC磨床、测量机等。机床设备均放在中间，AGV行走路径由外围封闭一圈。这种方式占地面积小，机床和随行工作台、工件等均在同一侧。 图9-368是多环型物流系统，用于全部由加工中心组成的柔性生产线。无论从加工看，还是从物流看，系统的柔性都很好，但物流控制复杂，成本较高，占地面积大。 图9-37是开环型物流系统，用于机床品种多、数量多的场合。物流的路线更加灵活。AGV也不止一台，控制当然复杂，但获得的效益很好。 输送台车自动仓库中央刀库机床图9-36多环型物流系统图多环型物流 加工区自动化仓库台车机床加工区1加工区输送台车 图9-37是开环图 。开环型物流