模块式刀库的刀具交换与控制技术.pdf

功能都件F u n c f j o n U n j l s模块式刀库的刀具交换与控制技术王世鹏解艳彩任清孙伟(大连理工大学机械工程学院，辽宁大连1 1 6 0 2 4；大连华根机械有限公司，辽宁大连1 1 6 6 2 0)摘要：在开发设计卧式加工中心的过程中，为了能更好地满足客户多样化需求，降低成本和提高生产效率，设计了一种模块式刀库结构，并介绍了刀具交换及控制过程。关键词：模块化设计刀库交换与控制中图分类号：T G 5 2 9 4文献标识码：AE x c h a n g ea n d6 0 n t r o lt e c h n O I O g yO ft h et o o Im a g a z j n ei nm o d u l ar _ z e dd e s i g nW A N GS h i p e n g，X I EY a n c a i。R E NQ i n g。S U NW e i(D S c h o o lo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g，D a l i a nU n i v e l l s i t yo fT e c h n o l o g y，D a l i a n1 16 0 2 4，C H N；D a l i a I lD r a g o nM a c h i n e lC o-L t d-D a J j a n1 1 6 6 2 0。c H N)A b s t m c t：I nt h ep r o c e s s0 fd e v e l o p i n gh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e r-i no r d e rt om e e tc u s t o m e r sp r o d u c tm u l t i f o 咖i-哆d e m a r I d，r e d u c et 1 1 ec o s t 卸di m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y-w ed e s i g I l e dak i n do f r n o d u l a rs t r u c t u r eo ft o o lm a g 犯i n e。a I l di n t m d u c e dm ep r o c e s so fe x c h a J l 舀n ga J l dc o n t I _ 0 l i n gt 0 0 1 K e y w O r d s：M o d u l a rD e s i g n；7 I?0 0 lM a g a z i n e；E x c h a n g ea n dC o n t r o l随着国内近年来汽车工业的发展，不仅机械产品品种和规格的更新速度不断加快，而且要求交货及时，以传统的组合机床或专用机床进行大批量生产已无法满足发展的需要，现代设计思想便应运而生。模块化设计思想产生以来，国内外对其研究和应用均有许多进展。进行模块化设计，首先必须把产品划分成若干模块，再以模块为基本单元进行设计。模块必须具有可互换性、通用性和标准化的特点。因此，模块划分的合理性对模块化产品的性能、外观和模块的通用化程度以及成本均有很大影响。模块化是企业应对多样性挑战的最佳选择。通常的模块化设计和制造都是围绕多样性做文章，就是将产品的功能或结构模块化，再由功能模块组合产品。在机床方面的模块化研究也在不断地进行，为响应国家科技重大专项的号召，大连机床集团在机床模块化方面进行了研发设计，实现了刀库模t l e m l a l 目m m J】I I l t e m a t i _ a lJ a 10 fM a c l I i 7 I b l s n m l I f 如一n l r e，2 0 0 0，4 0：1 2 5 7 一1 2 8 4 2 郭策，孙庆鸿高速高精密数控车床主轴系统的热特性分析及热变形计算 J 东南大学学报，2 0 0 5，3 5(2)3 l(I MsM，L E EsK P r e d i c d 帆0 f 血陬一d a 鲥cb e h a“i nag p i n d l eb e a I i I l g8 y s t 唧咖s i d e r i I l gb e a r i l l g 蝴肿u n d i n 萨 J h I t 明1 a t i o n a lJ h l m a】0 fM h i r 地1 b o l 8&M 明I l 缸t I l I I e，2 0 0 l，4 1(6)4 郭军，张伯霖，肖曙红，等基于热接触分析的电主轴热态特性研究 J 机床与液压，2 0 0 6(7)5 胡秋，何东林数控机床电主轴单元热结构特性动态分析 J 组合机床与自动化加工技术。2 0 0 6(1 2)6 马丙辉，卢泽生基于电主轴的高速轴承及其热分析 J 机械设计与制造，2 0 0 8(1 1)：1 1 7 张明华，袁松梅。刘强基于有限元分析方法的高速电主轴热态特性研究 J 高速加工技术，2 0 0 8(4)8 伍良生，罗吉成，周大帅，等高速高精密机床主轴温度场的有限元分析 J 现代制造工程，2 0 0 8(9)9 于翔主轴系统热变形分析 J 应用能源技术，2 0 0 8(1 0)1 0 黄晓明，张伯霖，肖曙红高速电主轴热态特性的有限元分析 J 航空制造技术，2 0 0 3(1 0)第一作者：李程启，男，1 9 8 5 年生，硕士，主要从事光电检测、信号分析与故障诊断方面的研究。(编辑周富荣)(收稿日期：2 0 l l 一0 2 一1 8)文章编号：l 1 0 6 5 l如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置o高档数控机床与基础制造装备科技重大专项“系列高速立、卧式加工中心”课题(2 0 0 9 z x 0 4 0 0 1 0 1 1)尝至主等、一7“l l+_ Vm万方数据块化设讣与控制。1 刀库模块化结构简介如图l 和困2 所示，链式刀库的模块有4 款，分别为模块l、模块2、模块3 和模块4。模块l 有4 4 个川日1 楼#式1 6 0 月月目镕自 等：；磐F u n m n u n 功麓越件位，模块2 有4 0 个刀位模块3 有6 4 个刀位，模块4有6 0 个刀位。1 6 0 把刀刀库由3 十模块2 和1 个模块l 组成。1 2 0 把刀刀库可以南2 个模块2 和1 个模块l组成，也可以由1 个模块3 和】个模块4 组成；考虑到成本的囚素，采用1 个模块3 和1 个模块4 来组成1 2 0把刀刀库。总之，刀库系列有4 0(1 个模块2)、6 0(1个模块4)、(1 个模块l 和1 个模抉2)、1 2 0(1 个模块3 和1 个模块4)、1 6 0(3 个模块2 和1 个模块1)、1 8 0(1 个模块3 和2 十模块4)和2 4 0(1 个模块3 和3个模块4)等等；w 库月的把数为6 0 的倍数时采用模块3 和模块4 组合，其他用模块l 和模块2 来组合。目2 张 1 2 0 W 昨*#2 刀库的控制技术刀库旋转的起停和定位等动作是通过v OL n k1 5 3 万方数据功箍都件F u n m B轴进行控制的。陵控制方法的特点魁通过F A、u c 系统挺供的P 0 w E RM A T F(：M：符理功能对0u n k 轴的动作进行控制，通过尉系列放大器完成驱动该艘大器通过O u n k 接u 与系统柑连系统通过P L c 锑形圈时谈接口进行控制，从f l 完成对伺服也动机的于空制，泼轴通常用束对系统的外f 机构进行刨定动作帕控制完成某种特定的运动千盯动作。斟为经过N c 处理，可以I d H 4 控制多个川库的赶停干n 定位，现打的变频器控制疗式，动作必须忡弛执，不能同时执行多个动作，罔此这种利用】0I m k 轴挖制刀库的打止在模块式刀库的运用和发展中比普通的变频器榨制打A 大大节省了换刀时问，提高r _ r 作嫂半，见其足在刀库慎块越多的情况下，这种优势就越叫显。在此仅以图I 所示结构的1 6 0 把刀刀库为铡说明刀厍抉刀过程。21 模块l 自动换刀原理主说罔I 的模块I 可以简睢地理解成址到库内的刀具与主轴上的刀具进行空换的原理示意 鍪1 脱衙化成图3 所乐躏目3 月#*l-M H 目该模块包括刀库l、换机械手、A 1 J、推托气缸等。换w 潍程为：(1)定义刀库1 中的】个固定牵刀央l 号刀夹为倒刃位置；(2)输 h 换刀指令时经N c 判断确定浚刀所属，l 丁库；(3)通过模块2，执行川库I 选川动作，将需要交换的第n 把刀换刮l 号川库的W 央I 内；(4)席动换刀N c 发指令旋转刀库1，正转或反转将刀央l 就近旋转至换刀位置1；(5)传感器柱测到他后，递过推拉气缸将10 刀夹内的w 具(带刀宴)推垒换位置2；(6)同时A r c 丌，f【触手旋转9 0。抓，(7)机械r 旋转I8 0。将主轴f：的川其1 m 与换刀位霞2 的刀具h 进行变换(8)机械于旋转9 0。，1 J 黄；(”推拉气缸启动，将刀具(带w h 排同军1号空刀夷内：c l o)经N c 剐新，T m 所脯的刀库 婧旋转至j|)应的换月位鞋，通过模块2 将T n z 放川T m 川妊山。22 模块2 一刀库阃按刀、选刀装置谈模块包括刀阼2 4 挺4 个推拙气缸。川库2 j、4 与刀库I 之问的换刀过程是类I l=【的。在此我们仅以刀其T 1 5 0 位于刀库4 为剜，性蹬位于七轴上的刀具为l 瑚，位十川乍3，阐述具体的进刀丘上程。川庠和推拉气缸的位置见吲4 所示。儿体流程为：科肇瓢。精擀二稚仉。浦簿硅驾静(1)根据九5 0 指，P L c 判断小泼川聪十刀库4；(2)P L c 发出指令刀库4 开始旋转1 F 转或反转将T 1 5 0 就近旋转覃换刀他置4；(3)榆测到位后推拉气缸4 将T 1 5 0 刀儿(带刀套)拉出至推拉轨道卜位置6 山7C 动 f 轨将5 0 推至位置5；(4)刀库l 与(2)同时动作，进行旋转将I 号字刀兜旋转至位置I；(5)气缸l 将T 1 5 0 拉至l 号刀央内，刀库进行旋转将l 号刀央旋转暮涣刀f t 置执行模块l 的换川动作。此时，主轴上的刀儿”0 已经位于刀央I 内；(6)旋转刀J ：1 将刀夹l 旋转董他Wl，等待抉刀：曲慧驾臻万方数据电源M G 用放大器1D C 2 4 V 输入C X A l 9 BM G 放大器2急停回路(a)刀库1 的控制模块M G 用放大器3C X A l 9 AM G 用放大器2C X A l 9 BM G 放大器4急停同路M G 放大器2J D l BM G 放大器4F u n c l i o nU n j l s 功能部件M G 用放大器2C X A l 9 AM G 用放大器1C X A l 9 AM G 用放大器3急停回路电源(b)刀库2 的控制模块M G 用放大器4M G 放大器1J D l BM G 放大器3C X A l 9 AM G 放大器3急停网路(c)刀库3 的控制模块(d)刀库4 的控制模块图5 模块式1 6 0 把刀刀库结构模块式控制原理图(7)气缸l 将四0 推出，推至位置5，检测到位后，气动滑轨将四0 拉至位置7，等待换刀；(8)与(5)动作的同时，N c 发出指令，旋转刀库3，将T 9 0 的刀夹旋转至位置3，等待换刀；(9)最后由气缸3 动作，将四o(带刀套)拉至四0空刀夹内；(1 0)至此，模块2 的选刀换刀动作已经完成。模块式刀库可实现模块式控制方式，仅一个控制模块就可实现刀库的交换和控制。以1 6 0 把刀刀库为例，原理简图如图5。3 结语模块式刀库的刀具交换与控制技术，换刀时间短，两刀库时2s 内能实现换刀；依照实际需要灵活配置刀库数量和控制程序；将构成系统的模块进行标准化，能方便地构成完整的系统，也可以不断地将最新的技器搿一一，7“l I 幂口月M G 放大器3术应用于模块的设计中使机床低成本及保持先进性；模块化组织设计和生产，可提高劳动生产率和降低成本，又提高产品的质量；用户还可以通过更换相应的模块以较低的成本适应转产的需要；由模块组成，采用替换法来诊断故障，缩短机床停机时间。参考文献 1 许石数控加工中心双刀库自动换刀的控制方法与实现 J 现代制造，2 0 0 7(6)：9 8 一1 0 0 2 机械设计手册编写组编机械设计手册 M 北京：机械工业出版社。1 9 7 8 3 魏克新自动化控制综合应用技术 M 北京：机械工业出版社。2 0 0 7 第一作者：王世鹏，男，1 9 8 0 年生，工程师，博士。主要研究方向为数控机床设计、机械振动及可靠性。(编辑谭弘颖)(收稿日期：2 0 1 l 一0 2 2 8)文章编号：l 1 0 6 5 2如果您想发表对本文的看法请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。凇暑九篙臌万方数据