非標(biāo)數(shù)控加工中心對刀庫的要求重點(diǎn)在高速與高可靠性，論述了加工中心直取式飛碟刀庫的設(shè)計(jì)機(jī)理及結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了絕對式刀庫程序，優(yōu)化了換刀過程，并結(jié)合鋁材3軸加工中心進(jìn)行了實(shí)際使用。結(jié)果表明，程序可靠性與換刀準(zhǔn)確性都很高，達(dá)到了非標(biāo)設(shè)備廠家的加工要求。

針對國內(nèi)制造業(yè)高精度、產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的增加以及非標(biāo)制造設(shè)備行業(yè)的快速發(fā)展，對非標(biāo)高速加工中心的需求越來越多，快速性、可靠性等性能要求也越來越高。高速加工中心作為數(shù)控機(jī)床的核心，其高速、高效、高精度等性能，在高精度制造業(yè)設(shè)備中占有不可替代的地位，國內(nèi)許多非標(biāo)數(shù)控機(jī)床廠的設(shè)計(jì)和開發(fā)能力具有國際水平或接近國際水平。

然而國內(nèi)許多非標(biāo)設(shè)備制造企業(yè)在高速主軸與高速進(jìn)給的前提下提出對高品質(zhì)高速加工中心提出更高的換刀要求，我國已成功開發(fā)高速飛碟式換刀程序和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

本文采用臺(tái)灣東元交流伺服驅(qū)動(dòng)器和臺(tái)安飛碟刀庫進(jìn)行改裝高速非標(biāo)主軸，并對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對刀庫程序進(jìn)行了開發(fā)。

1、非標(biāo)刀庫系統(tǒng)簡介

PYA系列高速加工中心，是自主開發(fā)研制的高速非標(biāo)加工中心機(jī)床，主要針對鋁型材非標(biāo)加工，主軸轉(zhuǎn)速15000r/min，主軸額定扭矩52N·m，X軸快速移動(dòng)速度為60m/min，Y、Z軸快速移動(dòng)速度均為48m/min，X、Y、Z此3軸進(jìn)給速度均為36m/s。

飛碟式刀庫的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由回轉(zhuǎn)體和分布其上面的刀夾單元及伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。通過i=1∶89的擺線針輪減速機(jī)進(jìn)行刀庫的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。刀庫伺服驅(qū)動(dòng)器采用東元JSDAP-30交流伺服驅(qū)動(dòng)器，配套伺服電機(jī)采用JSMA-PSC08A7（功率為0.75kW，力矩為2.39N·m，轉(zhuǎn)速3000r/min，額定電流5A，輸出電壓0~230V，編碼器規(guī)格為17BIT絕對編碼器），刀庫采用臺(tái)安飛碟式16位刀庫，飛碟式刀庫采用液壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直取式抓刀，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行到位查詢，采用絕對式編碼器對刀位進(jìn)行檢測。

圖1刀庫結(jié)構(gòu)示意

2、系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

2.1伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定

采用東元伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行刀庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)定伺服驅(qū)動(dòng)器為刀庫控制模式，伺服電機(jī)控制為有剎車模式，剎車采用24V直流供電，伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定決定系統(tǒng)的工作模式，具體參數(shù)設(shè)定過程按照圖2參數(shù)設(shè)定過程進(jìn)行設(shè)定。其中加減速設(shè)定要求啟動(dòng)和制動(dòng)比較平滑，沒有過沖現(xiàn)象。

換刀旋轉(zhuǎn)速度最大設(shè)定為3000r/min，結(jié)合系統(tǒng)要求，PYA系列加工中心的換刀速度設(shè)定為1500r/min，剎車延遲和動(dòng)作時(shí)間分別為66.67μs，刀庫數(shù)量為16，刀盤減速比的設(shè)定按照現(xiàn)場調(diào)試過程中的刀位定位情況進(jìn)行調(diào)整，本系統(tǒng)設(shè)定為80。

圖2參數(shù)設(shè)定

2.2刀庫系統(tǒng)宏程序設(shè)計(jì)

為避免在調(diào)用刀庫過程中出現(xiàn)調(diào)用混亂，同時(shí)絕對式飛碟刀庫退刀采用機(jī)械式退刀，退刀偏心擠壓行程大約在10mm左右，退刀速度分為兩種，擠壓退刀時(shí)采用低速，以免過大的機(jī)械沖擊造成設(shè)備的損壞，其換刀宏程序程序如下：

2.3系統(tǒng)編程思想

非標(biāo)快速刀庫程序的PMC程序編寫前提是必須了解飛碟式刀庫的工作原理和刀庫的動(dòng)作過程，本程序按照PYA系列加工中心非標(biāo)快速刀庫的要求進(jìn)行編寫，不同的非標(biāo)高速加工中心，刀庫不同，工作原理基本相似，PYA系列高速加工中心機(jī)床具體換刀過程參考圖3。

圖3飛碟式快速刀庫換刀過程

2.4PMC程序的設(shè)計(jì)

按照換刀要求及換刀過程，針對快速刀庫的要求，編寫了PMC程序，此程序適合于FUNAC0imateMD系統(tǒng)。進(jìn)過現(xiàn)場調(diào)試，飛碟絕對式快速刀庫的PMC程序如下：

3、小結(jié)

本刀庫程序開發(fā)完成后，已經(jīng)在PYA系列數(shù)控加工中心上應(yīng)用，達(dá)到了合作開發(fā)設(shè)計(jì)的目的，換刀速度與國外同類高速加工中心產(chǎn)品的水平相當(dāng)，其性能可靠，換刀過程平穩(wěn)，換刀過程無過沖，運(yùn)動(dòng)平衡無沖擊，該系列非標(biāo)高速加工中心的加工速度有了很大的提高，提升了國產(chǎn)化率和自主開發(fā)的能力指數(shù)，降低了生產(chǎn)成本，對加工中心刀庫設(shè)計(jì)有一定參考價(jià)值，值得推廣