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       【摘　要】本文主要講述了數(shù)控加工中心換刀系統(tǒng)，換刀過程是由氣動系統(tǒng)產(chǎn)生的動力，控制過程由PLC 來實現(xiàn)，文中具體介紹了換刀的具體過程及控制流程。

        1、 數(shù)控加工中心的概念

      數(shù)控加工中心是由機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于加工復(fù)雜零件的高效率自動化機床，一種帶有刀庫并能自動更換刀具，對工件能夠在一定的范圍內(nèi)進行多種加工操作的數(shù)控機床。它的具有很強的綜合加工能力，工件裝夾后控制系統(tǒng)能按不同的工序要求自動選擇刀具和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、切削進給量、刀具的運動軌跡等和其他輔助功能，依次完成工件一個或幾個面上多工序的加工內(nèi)容，尤其是在加工精度要求較高、加工的零件形狀比較復(fù)雜，品種更換頻繁時，加工中心的優(yōu)勢更加明顯。加工中心能集中完成多種工序，因而大大減少了刀具的裝夾和調(diào)整時間，使機床的利用率可達80% 以上，遠遠高于普通機床。所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度、生產(chǎn)率，而且是數(shù)控機床中自動化程度最高的綜合性機床。

      2 、數(shù)控加工中心換刀裝置

      自動換刀裝置，簡稱ATC，是加工中心的主要組成部分，主要由兩種結(jié)構(gòu)組成：刀庫和機械手。刀庫主要有兩種，一種是盤式，另一種是鏈式，其功能是儲存有足夠量的刀具，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出指令時，刀庫就會把所需的刀具迅速、準確地送到特定的位置以供系統(tǒng)使用。換刀機械手一般為兩爪式，安裝在主軸和刀庫之間，它的功能是先把主軸上已用過或不用的刀具送回到刀庫，然后把系統(tǒng)所需的刀具由刀庫送到主軸上，當(dāng)需要換刀時，首先由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，然后由氣動機械手通過相應(yīng)的控制軟件，自動選擇刀具進行交換，完成主軸的各種等動作。
 
 
      2.1 數(shù)控加工中心氣動換刀系統(tǒng)原理
 

     氣動（氣壓傳動）系統(tǒng)是一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其工作原理是空壓機將原動機輸出的機械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，通過各種閥及管路將壓力能傳送到執(zhí)行元件，也就是氣缸和氣馬達，然后再轉(zhuǎn)化為機械能從而推動負載做功。氣動換刀系統(tǒng)原理圖如圖1 所示，在換刀過程中實現(xiàn)定位、松刀、拔刀、向錐孔吹氣和插刀等動作。其工作過程為：當(dāng)需要換刀時，首先由系統(tǒng)發(fā)出指令，使主軸停止轉(zhuǎn)動，同時4YA 得電，壓縮空氣經(jīng)氣動三聯(lián)件1、兩位三通換向閥4、單向節(jié)流閥5 中的節(jié)流閥進入缸A的右腔，使A的活塞左移，這個過程可以實現(xiàn)主軸的自動定位。當(dāng)活塞桿壓下SQ1 時，6YA 通電，壓縮空氣經(jīng)兩位五通換向閥6、快速排氣閥8 進入增壓缸B 的上腔，使活塞伸出，這個過程為主軸的送刀過程，當(dāng)活塞桿下降碰到SQ3 時8YA 通電，壓縮空氣經(jīng)三位五通換向閥9、單向節(jié)流閥11 中的單向閥進入缸C 的上腔，活塞及活塞桿下移實現(xiàn)拔刀過程。然后由回轉(zhuǎn)刀庫交換刀具，同時使得1YA 通電，壓縮空氣經(jīng)兩位兩通換向閥2，單向節(jié)流閥3 向主軸錐孔吹氣。一段時間以后1YA斷電、2YA通電，停止吹氣，這個過程由定時器來實現(xiàn)。當(dāng)停止吹氣時8YA 斷電、7YA 通電，壓縮空氣經(jīng)三位五通換向閥9、單向節(jié)流閥10 中的節(jié)流閥進入缸C 的下腔，活塞及活塞桿上移，實現(xiàn)插刀的動作。

      當(dāng)碰到SQ6 時使6YA 斷電、5YA 通電，壓縮空氣經(jīng)兩位三通換向閥6 進入增壓缸B 的下腔，使活塞及活塞桿退回，主軸通過特定的機械連接機構(gòu)使刀具夾緊。當(dāng)碰到SQ4 時使得4YA 斷電、3YA 通電，缸A 的活塞復(fù)位，回到初始狀態(tài)，此時一次換刀結(jié)束。

                            圖1 氣動換刀系統(tǒng)原理圖

      2.2 氣動換刀系統(tǒng)的PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計

      本文選擇的是德國西門子公司生產(chǎn)的S7–200CPU224，S7–200 系列PLC 是西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC。以下是控制本系統(tǒng)的I/O 地址分配表和流程圖。

            表1 氣動換刀系統(tǒng)的I/0 地址分配表

                           圖2 氣動換刀系統(tǒng)控制流程圖

       3 、總結(jié)

     本文介紹了換刀系統(tǒng)的特點、應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)展趨勢以及工作原理。對換刀系統(tǒng)的氣動原理及PLC 控制進行了詳盡的論述。