1 引言

       90 年代以來（lái）, 數控（kòng）加工技術得到迅速的普及及發展, 數控加工中心在（zài）製造業得到了越來越廣（guǎng）泛（fàn）的應用。目前國內企業生產製造的加工中心主要是麵向生產領域, 其（qí）結（jié）構複雜、精度高（gāo）,封閉性（xìng）強（qiáng）, 價格昂貴（guì）, 難於滿（mǎn）足教學（xué）與培訓需要。

       V 40 0 立式加工中心是我校（xiào）新近研製的教學型立式加工中心, 整體布局采用開放式動柱T 型結（jié）構, 控製係統采用基於IPC 的模塊化開（kāi）放式（shì）數控係統, 係統界麵友好, 具有較強的在線幫助。該加工中心控製功（gōng）能豐富, 教學培訓（xùn）功能突出, 操作使用安（ān）全（quán）可靠性強。並具有一定切削加工能（néng）力。加工中心刀庫（kù）是實現多工序連續加工的重要（yào）裝置, 其結構設計及其控製實現是加工中心設計製（zhì）造中的關鍵之一。這（zhè）裏以V4 0 立式加工中心為例（lì）, 根據教學型加工中心（xīn）的特點要求, 探（tàn）討了刀庫結構及其控製係統的設計（jì）方法。

       2 刀庫的結構設計

       刀庫（kù）結構設計依據的基本（běn）原則是: 根據（jù）教學型加工中心的設計要（yào）求, 該刀庫設計（jì）注重功能完善, 開放式結構（gòu）、操作使用安全可靠（kào）等特點。V 40 型加工中心刀庫部分采（cǎi）用H CK 一U P 刀庫的設計形式, 由主軸直接完成（chéng）取刀動作。見（jiàn）圖1 :其主要參數是: 刀庫容量: 10 把; 最大刀具重量: 6K g , 最大刀具（jù）長度: 2 4 0 m m , 刀庫轉動速度: l 刀位/ 秒。

       2.1 刀庫的驅動

       刀庫由90 w 普通電機經減速後通過外齧合槽輪機構（gòu）進行驅動, 該方式（shì）由於利用槽輪機構（gòu）采用機械式分度（dù）定位, 可靠性較高（gāo）。同時電氣控製簡單, 製造成本（běn）較低。為了減（jiǎn）小（xiǎo）槽輪機構運動時的衝擊, 設計時采取（qǔ）如（rú）下措（cuò）施: (l) 使槽輪的實際外圓半徑Ra略大於槽輪名義外圓半徑R , 即槽輪名義外圓半徑R =, 實際外（wài）圓半徑R a =, 以消除滾子開始進人槽時滾子與槽兩（liǎng）側頂端的間隙。(2) 減小（xiǎo）和消除滾子和槽之間（jiān）的（de）間隙。(3 )適當調（diào）整支撐軸承的預緊力, 增加槽輪組件的回轉負載, 增加回轉阻尼

       2. 2 刀位的控製實現

       刀庫上的刀（dāo）位信號由兩支開關聯合發出, 在刀庫的一號刀位上安裝一隻感應塊, 在支架上安裝相應檢測（cè）開關（guān）(圖中未表示出來), 機床開機後, 刀（dāo）庫自動回轉尋找一號刀位, 刀庫處於初始狀態。其餘刀位信號由安裝在槽輪轉臂（bì）上的感應塊配合接近開關進行累計計數, 曲（qǔ）柄每回轉一周即刀（dāo）庫轉（zhuǎn）過一個刀位（wèi）觸（chù）發一次, 送出停止電機及（jí）啟動刹車信號b 通過控製電機的旋轉方向,實現刀庫的雙向選刀。

       2. 3 安全控製

       教學型加（jiā）工中心設計突出的特征就是安全設計。由於（yú）學生與（yǔ）工廠（chǎng）操作技工在使用時在熟練程度的差異（yì）, 針對刀庫部分特別加強了使用的安全（quán）控製。

       (l) 安全（quán）防撞設計（jì）: 刀（dāo）庫的刀臂本（běn）體與底座連接支架之間增加了一個轉動軸, 操作使用時如有不當的左移或上提, 刀臂本體可以反時針轉動一個角度, 刀臂本體與連接（jiē）支架之間的行程（chéng）開關斷開, 產生不（bú）正確的動作信號（hào）, 控製係統（tǒng）及時停機。(2) 刀盤上10 對刀爪的轉動銷軸上, 增加了安全剪（jiǎn）斷（duàn）槽的設計, 該銷軸按承受刀具規格重量的4 倍設（shè）計, 意外動作時, 如必須發生結構型破壞, 應優先剪斷銷軸。

       3 刀庫控製係（xì）統的實現

       v 40 o 教學型加工（gōng）中心采用基於IPC 的模塊化開放式數控係統, 係統界麵友好, 具有較強的在線（xiàn）幫助, 安全性強。刀庫控製係（xì）統的實現是通（tōng）過開放（fàng）式數控係統內置PMC 來完成。

       PMC 程序傳統上一般（bān）采用梯形圖編製, 而開放式數控係統則（zé）提供了（le）功能更強、更靈活高效的C + + 語言供用戶開（kāi）發PM C 軟件。

       整體PMC 軟件（jiàn）設計（jì）采用模塊化的結構設計（jì）思路. 程序中每一子模塊（kuài）都可以在N C 的人機接口PLc 參數設置欄中（zhōng）將其（qí）置（zhì）為 “ 開（kāi）” 、“關”狀（zhuàng）態, 以適應不同功能的加工中心需要。為了（le）程序的通用性, 最大（dà）刀號在C NC 參數中設定, 程序將最短路徑選刀處理為一般函數運算, 可適用於不同刀具數目的機床。

       自動換刀模塊的軟件框圖（tú）如圖所示, 整個換刀過程由10 步動作實（shí）現。1 )z 軸（zhóu）回（huí）換刀位; 2) 主軸準停; 3 )x 、Y 軸回換刀（dāo）位; 4 )鬆刀（dāo）吹氣;5) 主軸抬起; 6) 計算最佳選刀路徑; 7 )目標刀具旋轉到位; 8) 主軸下移抓刀; 9) 主軸右移到完（wán）成位; 10 )解除（chú）主軸準停。

       4 結論

       教學型加工中心刀（dāo）庫結構及控製係統設計, 體現了教（jiāo）學型（xíng）加工中心設計的原則。該係統在V4 0 加工中心上經過一年（nián）多的使用, 各（gè）項（xiàng）指標達到設計要求。刀庫結構（gòu）開放性好, 係統調整方便靈活, 成本低廉, 學生學習培訓安全性強。它除了能較好的完成加工要求外, 對於學生理解和掌握刀庫的結構及控製原理發揮（huī）了較（jiào）好的作用（yòng）。