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數控加工中心氣動換刀系統

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


        1、 數控加工中心的概念


      數控加工中心是由機械設備與數控系統組成的適用于加工復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進行多種加工操作的數控機床。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容,尤其是在加工精度要求較高、加工的零件形狀比較復雜,品種更換頻繁時,加工中心的優勢更加明顯。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、生產率,而且是數控機床中自動化程度最高的綜合性機床。


      2 、數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,主要由兩種結構組成: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,當系統發出指令時,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,然后把系統所需的刀具由刀庫送到主軸上,當需要換刀時,首先由數控系統發出指令,然后由氣動機械手通過相應的控制軟件,自動選擇刀具進行交換,完成主軸的各種等動作。
 
 
      2.1 數控加工中心氣動換刀系統原理
 

     氣動(氣壓傳動)系統是一種能量轉換系統,其工作原理是空壓機將原動機輸出的機械能轉換為空氣的壓力能,通過各種閥及管路將壓力能傳送到執行元件,也就是氣缸和氣馬達,然后再轉化為機械能從而推動負載做功。氣動換刀系統原理圖如圖1 所示,在換刀過程中實現定位、松刀、拔刀、向錐孔吹氣和插刀等動作。其工作過程為:當需要換刀時,首先由系統發出指令,使主軸停止轉動,同時4YA 得電,壓縮空氣經氣動三聯件1、兩位三通換向閥4、單向節流閥5 中的節流閥進入缸A的右腔,使A的活塞左移,這個過程可以實現主軸的自動定位。當活塞桿壓下SQ1 時,6YA 通電,壓縮空氣經兩位五通換向閥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,當活塞桿下降碰到SQ3 時8YA 通電,壓縮空氣經三位五通換向閥9、單向節流閥11 中的單向閥進入缸C 的上腔,活塞及活塞桿下移實現拔刀過程。然后由回轉刀庫交換刀具,同時使得1YA 通電,壓縮空氣經兩位兩通換向閥2,單向節流閥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。當停止吹氣時8YA 斷電、7YA 通電,壓縮空氣經三位五通換向閥9、單向節流閥10 中的節流閥進入缸C 的下腔,活塞及活塞桿上移,實現插刀的動作。


      當碰到SQ6 時使6YA 斷電、5YA 通電,壓縮空氣經兩位三通換向閥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使刀具夾緊。當碰到SQ4 時使得4YA 斷電、3YA 通電,缸A 的活塞復位,回到初始狀態,此時一次換刀結束。

       

                            圖1 氣動換刀系統原理圖


      2.2 氣動換刀系統的PLC 控制系統設計


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


            表1 氣動換刀系統的I/0 地址分配表

     

 

      


                           圖2 氣動換刀系統控制流程圖


       3 、總結


     本文介紹了換刀系統的特點、應用領域,發展趨勢以及工作原理。對換刀系統的氣動原理及PLC 控制進行了詳盡的論述。

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