1.1.2. 电气控制系统
本刀具储存系统的电气控制主要是对其货架进行运行控制和位置控制。运行控制包括运行设备的启动、制动控制。位置控制主要是对货架位置和地址进行检测。控制系统框图如图 1 所示。
图 1 刀具库控制系统图
1)电气传动 水平旋转刀具储存系统各机械的动作都属于反复短时工作制。而且系统在运行时需要几种速度, 因此传动系统需要调速, 所以该系统选用了变频调速的方法, 可以采用结构简单、运行可靠的变频器和变频电动机。
2)控制方式 该系统分为手动和自动控制2 种控制方式, 手动控制一般作为调试用和备用的工作方式; 自动控制方式为本系统计算机(IPC)和控制单元(变频器、接触器等)组成的一个自动控制系统。
3)位置及定位精度检测 本系统中自动认址和位置检测采用了接近开关作为检测元器件, 通过光点隔离继电器板和记数板对接近开关采集的信号进行记数和运算处理, 采用最优路径寻址方式确定货架的当前位置和货架的目的位置。为了使系统定位更准确, 采用了 2 只光电开关, 分别检测2 个货架的2 只检测片。 1.2.刀库的功能
刀库的作用是储备一定数量的刀具，机械手实现主轴上刀具的互换}zs}a刀具的类型有盘式刀库、链式刀库等多种形式，刀库的形式和容量要根据机床的工艺范围来确定。 1.3.常见类型
刀库是存储刀具的装置，常见的刀库主要有以下几种形式: (1)转塔式刀库
包括水平转塔头和垂直转塔头两种，见图2.6a)与b):
(2)盘式刀库
盘式刀库中刀库呈盘状,刀具沿盘面垂直排列(包括径向取刀和轴向取刀),沿盘面径向排列或成锐角排列的形式的刀库。结构简单、紧凑,应用较多,但刀具单环排列,空间利用率低。见图2.7a)~c)。若增加刀库容量必须使刀库的外径增大,那么转动惯量也相应增大,选刀运动时间长。刀具数量一般不多于32把。刀具呈多环排列的刀库的空间利用率高,但必然使得取刀机构复杂,适用于机床空间受限制而刀库容量又较大的场合。双盘式结构是两个较小容量的刀库分置于主轴两侧,布局较紧凑,储刀数量也相应增大,适用于中小型加工中心。
(3)链式刀库
包括单环链和多环链，链环形式可有多种变化，见图2.8a)~c)，基本结构见图2. 8do
特点:适用于刀库容量较大的场合，所占的空间小，一般适用于刀具数在30-120把。仅增加链条长度即可增加刀具数，可以不增加圆周速度其转动惯量不像盘式刀库增加的那样大。
(4)直线式刀库和组合刀库
直线式刀库结构简单如图2. 9，刀具单行排列，刀库容量小，多用于数控车床和钻床上。由于刀库位置固定，换刀动作由主轴完成，无需机械手。组合刀库一般是转塔式刀库的组合、转塔式与盘式刀库的组合及链式刀库的组合。每单个刀库的储刀量较小，换刀速度快。另外还有一些密集型的鼓轮式、弹匣式和格子式刀库，这些密集型刀库虽.占地面积小，但由于结构限制，基本上不用于单机加工中心，多用于FMS的集中供刀系统。
1.4.刀库的容量
刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要，从使用角度出发，一般为10~40把刀，刀库的利用率会高，而结构比较紧凑。 1.5.刀具的选择方式
(1)顺序选择将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时，刀库顺序转动一个刀座位置，并取出所需要的刀具，己经使用过的刀具可以放回原来的刀座内，也可以顺序放入下一个刀座内。但由于刀库中刀具在不同的工序中不能重复使用，必须增加刀库的容量，降低了利用率。
(2)任意选择目前大多数的数控系统都采用任意选刀的方式，其分为刀套编码、刀具编码和记忆式等三种。刀具编码或刀套编码需要在刀具或刀套上安装用于识别的编码条，一般都是根据二进制编码的原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可在不同的工序中多次重复使用，换下的刀具不用放回原刀座，刀库的容量也可相应减少。本文采用记忆式选刀，这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置对应地记忆在数控系统的PLC
中，无论刀具放在哪个刀套内，刀具信息都始终记存在PLC内。刀库上装有位置检测装置，可获得每个刀套的位置。这样刀具就可以任意取出并送回。刀库上还设有机械原点，使每次选刀时就近选取。 1.6.刀库的控制方式
(1)刀库作为系统的定位轴来控制。在梯形图中根据指令的
T码进行运算比较后输出角度和速度指
令到刀库伺服驱动刀库伺服电机。刀库的容量、旋转速度、加/减速时间等均可在系统参数中设定，此种方式不受外界因素影响定位准确、可靠但成本较高。
(2)刀库由液压马达驱动，有快/慢速之分，用接近开关计数并定位。在梯形图中比较系统存储的当前刀号(主轴上的刀)和目标刀号(预选刀)并运算，再输出旋转指令，同时判断按最短路径旋转到位。这种方式需要足够的液压动力和电磁阀刀库旋转速度可通过节流阀调整。但使用一段时间后可能会因为油质、油压、油温及环境因素的变化而影响运动速度和准确性。一般用于不需频繁换刀的大中型机床。
(3)刀库由交流异步电动机驱动凸轮机构(马氏机构)，用接近开关计数，这种方式运行稳定，定位准确可靠一般与凸轮机械手配合使用，换刀速度快，定位准。
2.换刀装置的主要类型,特点和适用范围
2.1.自动回转刀架
自动回转刀架是数控机床上使用的一种简单的自动换刀装置，有四方刀架和六角刀架等多种形式，回转刀架上分别安装有四把、六把或更多的刀具，并按数控指令进行换刀。回转刀架又有立式和卧式两种，结构比较简单，适用于经济数控车床。
回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时切削抗力和减少刀架在切削力作用下的变形，提高加工精度。回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有较高的重复定位精度(一般为0.001 ~0.005mm )。图2.1所示为螺旋升降式四方刀架。