馮昊

摘 要：隨著該院產(chǎn)學(xué)研一體化的深入開(kāi)展，越來(lái)越多的企業(yè)尋求與我們合作。設(shè)備改造、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝改進(jìn)等都是企業(yè)需要突破的難點(diǎn)。數(shù)控銑床的自動(dòng)化換刀就是眾多產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目中的一個(gè)。我們通過(guò)分析企業(yè)需求，制定設(shè)備改造方案，帶領(lǐng)學(xué)生完成自動(dòng)換刀裝置支架的設(shè)計(jì)和制造、刀庫(kù)的安裝及位置調(diào)整、系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行等任務(wù)，最終完成對(duì)數(shù)控銑床的自動(dòng)化改造，使企業(yè)生產(chǎn)提高了效率，降低了成本。同時(shí)數(shù)控專業(yè)技師班的學(xué)生參與到項(xiàng)目中，作為技師研修的內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)參與項(xiàng)目，學(xué)習(xí)鞏固了專業(yè)知識(shí)，并運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，達(dá)到了良好的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：技師學(xué)院產(chǎn)學(xué)研數(shù)控銑床 自動(dòng)換刀裝置 改造

中圖分類號(hào)：G717 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（a）-0200-02

隨著中國(guó)制造2025的提出，許多企業(yè)面臨設(shè)備的升級(jí)改造。浙江交通技師學(xué)院處于浙中地區(qū)，汽摩配企業(yè)集中，制造企業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)，同樣存在設(shè)備改造需求。該校積極開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，參與企業(yè)設(shè)備改造項(xiàng)目，同時(shí)在校內(nèi)開(kāi)展機(jī)電一體化設(shè)備研究，并將其作為技師專業(yè)班的研修課程。

企業(yè)為了進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的加工效率，在數(shù)控銑床上加裝自動(dòng)換刀裝置，實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中自動(dòng)換刀，成為一個(gè)可行有效的做法。通過(guò)安裝自動(dòng)換刀裝置將數(shù)控銑床改造為數(shù)控加工中心，可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約設(shè)備再購(gòu)置資金，擴(kuò)大機(jī)床加工范圍，提高機(jī)床自動(dòng)化程度，保證產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，降低勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度。

該文以FANUC Series 0i-Mate MD系統(tǒng)為例，介紹數(shù)控銑床的自動(dòng)換刀裝置改造。

1 刀庫(kù)類型的確定

自動(dòng)換刀裝置有斗笠式刀庫(kù)、圓盤式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)等類型。這部分內(nèi)容是學(xué)生《機(jī)床與數(shù)控機(jī)床》專業(yè)課涉及到的專業(yè)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，根據(jù)企業(yè)需求進(jìn)行分析，確定刀庫(kù)的使用參數(shù)，選用合適的刀庫(kù)。企業(yè)的設(shè)備為寶雞VMC650型數(shù)控銑床，所加工產(chǎn)品的刀具在20把以內(nèi)，通過(guò)分析每種刀庫(kù)的特點(diǎn)和企業(yè)需求，確定了自動(dòng)換刀裝置選用圓盤式刀庫(kù)，刀具容量24把以及刀庫(kù)的參數(shù)指標(biāo)。

2 支架的設(shè)計(jì)和加工

支架是連接刀庫(kù)和機(jī)床的連接件，支架的設(shè)計(jì)使用到《機(jī)械CAD/CAM》以及《機(jī)械基礎(chǔ)》課程中的專業(yè)知識(shí)，學(xué)生通過(guò)測(cè)量機(jī)床和刀庫(kù)尺寸以及刀庫(kù)的重量，對(duì)支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用CAD軟件實(shí)體進(jìn)行造型仿真，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)，完成支架的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。

支架的機(jī)加工部分由學(xué)生自行加工完成，包括平面銑削、槽銑削、鍵的加工。這部分專業(yè)知識(shí)在《機(jī)加工實(shí)訓(xùn)》《數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)》課程中學(xué)習(xí)到。

3 刀庫(kù)安裝

利用龍門架將支架吊裝至主軸立柱的預(yù)留安裝位置；將立柱與支架的安裝面清理干凈，保證配合面安裝準(zhǔn)確；將支架的定位鍵插入立柱鍵槽；移動(dòng)支架使其與立柱通過(guò)定位鍵準(zhǔn)確定位；用緊固螺栓將支架固定在立柱上；在立柱上安裝用于調(diào)整支架位置的螺栓部件。

利用龍門架將自動(dòng)換刀裝置吊裝至機(jī)床附近，并拆除自動(dòng)換刀裝置的支承附件；將自動(dòng)換刀裝置吊裝至支架位置，調(diào)整自動(dòng)換刀裝置并用螺栓將其固定在支架上。連接信號(hào)線、動(dòng)力線、接通氣路。

4 機(jī)床調(diào)試

學(xué)生參與這部分任務(wù)用到了《數(shù)控機(jī)床維修》《數(shù)控原理與應(yīng)用》課程所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。在調(diào)試之前，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，將K參數(shù)中K3.3=1，K5.5=1，實(shí)現(xiàn)單步換刀（M80-M86）。

4.1 自動(dòng)換刀裝置位置調(diào)整

這部分內(nèi)容自動(dòng)換刀裝置與主軸相對(duì)位置的確定十分重要，關(guān)系到換刀能否順利完成。順序執(zhí)行M80（刀套垂直）、M81（刀臂持刀）、M82（刀位松）、M83（換刀）、M84（刀位緊）、M85（刀臂原點(diǎn)）、M86（刀套水平）指令，使換刀臂處于換刀位置（M83），將一刀柄錐面均勻涂抹紅丹油放置在刀臂上，用于調(diào)整自動(dòng)換刀裝置位置，這時(shí)調(diào)整支架上X向、Y向微調(diào)螺釘用來(lái)調(diào)整自動(dòng)換刀裝置位置，同時(shí)在手輪模式下，Z軸上下移動(dòng)主軸，使主軸錐孔與刀柄錐面輕輕接觸，觀察主軸錐孔上紅丹油的分布情況，直至紅丹油均勻分布在主軸錐孔面上。鎖緊支架螺釘，這樣自動(dòng)換刀裝置的位置調(diào)整完畢。

4.2 機(jī)床第二參考點(diǎn)設(shè)置（換刀點(diǎn)）

在調(diào)試之前，機(jī)床回機(jī)械原點(diǎn)，執(zhí)行回零操作，一般機(jī)械原點(diǎn)高于換刀點(diǎn)。

設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，將K參數(shù)中K3.3=1，K5.5=1。輸入#1326號(hào)系統(tǒng)參數(shù)Z50，#1851號(hào)參數(shù)APC置1，重新開(kāi)關(guān)機(jī)，#1851號(hào)參數(shù)APZ置1，再次重新開(kāi)機(jī)，此時(shí)調(diào)整前的參數(shù)設(shè)置完畢。

在手輪模式下移動(dòng)Z軸，使主軸錐孔與刀柄輕微接觸，Z軸上移0.3mm，將這一位置作為Z軸第二參考點(diǎn)即換刀點(diǎn)，將換刀點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)Z向差值輸入到#1241號(hào)參數(shù)Z值，機(jī)床第二參考點(diǎn)即換刀點(diǎn)設(shè)置完畢。

4.3 主軸定位的設(shè)置

數(shù)控機(jī)床為了完成ATC的動(dòng)作過(guò)程，必須設(shè)置主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。由于刀具裝在主軸上，切削時(shí)切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來(lái)傳遞，因此在主軸前端設(shè)置一個(gè)突鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時(shí)，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對(duì)準(zhǔn)，才能順利換刀。為此，主軸必須準(zhǔn)確停在某固定的角度上。由此可知主軸準(zhǔn)停是實(shí)現(xiàn)ATC過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。

主軸準(zhǔn)停的設(shè)定通過(guò)#4031號(hào)參數(shù)設(shè)置，保證主軸凸鍵與刀柄鍵槽對(duì)準(zhǔn)。

4.4 換刀操作驗(yàn)證

順序執(zhí)行M80-M86指令，單步完成換刀動(dòng)作，檢查換刀動(dòng)作是否正確順利。

4.5 刷新自動(dòng)換刀裝置

通過(guò)PMC將刀座號(hào)與刀具號(hào)設(shè)為一致，即主軸為零號(hào)刀，1號(hào)刀位對(duì)應(yīng)1號(hào)刀、2號(hào)刀位對(duì)應(yīng)2號(hào)刀。

4.6 參數(shù)復(fù)位

調(diào)試結(jié)束之后，要將參數(shù)復(fù)位，需要復(fù)位的參數(shù)有#1320、#1326、K3.3、K5.5。

5 結(jié)語(yǔ)

參與該項(xiàng)目的學(xué)生為數(shù)控專業(yè)技師班學(xué)生，作為技師研修項(xiàng)目，在這個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用到了《機(jī)床與數(shù)控機(jī)床》《機(jī)械CAD/CAM》《機(jī)械基礎(chǔ)》《機(jī)加工實(shí)訓(xùn)》《數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)》《電工與電子技術(shù)》《機(jī)床電控與PLC》《數(shù)控機(jī)床維修》《數(shù)控原理與應(yīng)用》等課程所涉及的專業(yè)知識(shí)，根據(jù)企業(yè)需求進(jìn)行分析，確定刀庫(kù)的參數(shù)，選用了合適的刀庫(kù)；通過(guò)測(cè)量機(jī)床和刀庫(kù)尺寸以及刀庫(kù)的重量，對(duì)支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用CAD軟件實(shí)體進(jìn)行造型仿真，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)，完成支架的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)；完成了刀庫(kù)位置的調(diào)整任務(wù)；能根據(jù)要求對(duì)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，學(xué)生們邊學(xué)習(xí)邊應(yīng)用，對(duì)知識(shí)點(diǎn)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，達(dá)到了良好的學(xué)習(xí)效果。

數(shù)控銑床自動(dòng)換刀裝置改造項(xiàng)目的完成在同時(shí)也促進(jìn)了校企之間的技術(shù)交流。企業(yè)提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了人力資源；改造后的機(jī)床能夠承擔(dān)工藝復(fù)雜、工序繁多和批量生產(chǎn)等零件的加工任務(wù)。通過(guò)測(cè)試，熟練操作工手動(dòng)換刀一次平均時(shí)間為19 s，而自動(dòng)換刀一次時(shí)間為6 s。對(duì)于多工序、多刀具的的產(chǎn)品生產(chǎn)可以大大提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本。

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