數控加工中心自動換刀原理和步驟
數控加工中心具有自動換刀裝置、刀具為和自動托盤交換裝置，這些裝置為了在一次安裝後能儘可能多地完成同一工件不同部位的加工要求，並儘可能減少數控機床加工中心的非故障停機時間，達到縮短產品的製造週期，提高產品的加工精度等目標。對自動換刀裝置的基本要求主要是結構簡單、功能可靠、交換迅速、刀具交換機構完成刀庫裡的刀（新刀）與主軸上的刀（舊刀）的交換工作。自動換刀裝置性能的好壞直接影響加工效率的高低。
如何設置一個安全的換刀點?
轉檯能為我們的加工提供不少方便，它能一次性在多個角度對工件進行加工，所以能明顯的減少加工的工序，提高加工效率，從而節省加工成本。
當工件本身（特別是加工工件的側面時）比較高，或者夾具高度比較高的情況下，換刀時就可能會出現刀具和夾具之間產生干涉的情況，這可能會造成刀具甚至換刀系統受損，要防止這種問題的產生，有以下問題值得考慮：
工件、夾具在工作臺上的擺放
由於側掛式刀庫一般都會安裝在機床的左上方，所以換刀的動作也會在主軸的左邊進行。換刀時，刀臂下方的一段空間將會被暫時使用，所以工件、夾具不能出現在這裡。
工作臺可以左右移動，如果將工件、夾具的安裝位置選擇的工作臺的左邊，那麼不管工作臺如何移動，工件和夾具都會處於主軸的左側，這對於工件、夾具高度比較低時可能不是問題，但是一旦工件、夾具由於高度的關係，與換刀動作有衝突，這時候就只能拆下工件和夾具，重新進行調試了，這可能會拜拜浪費幾個小時甚至更長的時間。
所以，優先利用工作臺的右側空間，是個不錯的選擇。
換刀點的選擇
如果由於條件的限制，換刀的動作不得不在一個特定的點完成，這個點可以優先選擇工作臺的左上角。
換刀點的一致性
我們將工件安裝在了工作臺的右側，程序裡也已經設置好了安全的換刀點，但是，在操作人員對刀具進行刀具修磨或者更換的時候，很可能就會忘記換刀點的問題，造成工件或者刀具的損壞。
要解決這個問題，我們可以更謹慎的操作每一步，也可以用更簡便的方式，通過自定義換刀命令M06，達到每次都在同一個位置換刀的目的。
在哈斯的數控系統裡，為了讓用戶更以更直觀的方式取得刀庫裡的刀具，哈斯有“ATC Forward”，“ATCReverse ”的按鈕，如果要取得15號刀套裡的刀具，只需要輸入“P15”，然後按“ATC Forward” 的按鈕就可以了。
但是“ATC Forward” 並不會每次都在指定的換刀點進行換刀，所以我們在這種情況下我們要通過6號設置“鎖定前面板”，禁止使用“ATC Forward”等功能，從而迫使操作員使用M06的指令進行安全的換刀。
那麼，能不能通過自定義M06代碼 ,讓機器每次都在同一個安全的點進行換刀呢？
答案是肯定的。
數控加工中心如何設置一個安全的換刀點？
方法/步驟
- 1.換刀點可以選擇在任意一個部位，前提是不妨礙刀具和卡盤、尾座
- 工件。
- 2.就近點換刀，離需要加工的部位取一個相對較近的點，可以節省加
- 工時間。
- 3.換刀的指令可以提前準備如
- G00 X100 Z100
- T0202 (在運行這段程序時，為下次換刀做準備）
- M30
一、數控加工中心自動換刀原理
數控加工中心刀庫的種類不同，但換刀的過程是一樣的。當自動換刀裝置收到換刀指令後，主軸立刻停止轉動並準確停至換刀位置，松刀；新刀隨著刀庫運動到換刀位置，松刀；雙臂機械手將新、舊刀具同是抓起，刀具交換臺迴轉到位後，將新、舊兩刀分別旋轉在主軸上和刀庫的空位置上；主軸夾緊，並回到最初的加工位置，完成換刀過程。
加工中心換刀時刀具的運動由四個部分組成；刀具隨主軸停止並移動到換刀位置、刀具在刀庫中的運動、刀具隨換刀機械手的傳遞運動和刀具隨主軸回到加工位置的運動等，其中刀具與在鏈式刀庫中隨鏈的運動為轉運副，刀具隨主軸的運動為移動副。
換刀機械手的傳遞運動即包括轉動副，又包括移動副。換刀機械手換刀過程由以下五個階段完成：抓刀階段、拔刀階段、換刀階段、插刀階段和放刀階段。這些動作分另由以下運動副完成；兩個齒條分輥與缸體組成移動副；兩個齒條分另與兩個齒輪軸組成齒輪副；兩個齒輪軸分別與缸體組成轉動副；機械手臂分別與兩個齒輪軸組成移動副，來回移動來完成拔刀和插刀動作。
二、數控加工中心自動換刀步驟
1、裝刀：刀具裝入刀庫
任選刀座裝刀方式。刀具安置在任意的刀座內，需將該刀具所在刀座號記下來。
固定刀座裝刀方式。刀具安置在設定的刀座內。
2、選刀
從刀庫中選出指定刀具的操作。
1)順序選刀：選刀方式要求按工藝過程的順序（即刀具使用順序）將刀具安置在刀座中，使用時按刀具的安置順序逐一取用，用後放回原刀座中。
2)隨意選刀：
①刀座編碼選刀： 對刀庫各刀座編碼，把與刀座編碼對應的刀具一一放入指定的刀座中，編程時用地址T指出刀具所在刀座編碼。
②計算機記憶選刀
刀具號和存刀位置或刀座號對應地記憶在計算機的存儲器或可編程控制器的存儲器內，刀具存放地址改變，計算機記憶也隨之改變。在刀庫裝有位置檢測裝置，刀具可以任意取出，任意送回。
3、換刀
1)主軸上的刀具和刀庫中的待換刀具都是任選刀座。
刀庫→選刀→到換刀位→機械手取出刀具→裝入主軸，同時將主軸取下的刀具裝入待換刀具的刀座。
2)主軸上的刀具放在固定的刀座中，待換刀 具是任選刀座或固定刀座。
選刀過程同上，換刀時從主軸取下刀具送回刀庫時，刀庫應事先轉動到接收主軸刀具的位置。
3)主軸上的刀具是任選刀座，待換刀具是固定刀座。
選刀同上，從主軸取下的刀具送到最近的一個空刀位。
刀庫對加工中心來說十分重要，各類工序加工都是由刀庫完成的。刀庫一般分為三種，圓盤式、斗笠式和鏈式刀庫。小型加工中心換刀和刀庫的選擇可以根據被加工工件的工藝分析結果來確定所需刀具數量，通常以需要一個零件在一次裝夾中所需刀具數來確定刀庫的容量，因為換另一零件加工時，需要重新安排小型加工中心刀具，否則刀具管理複雜並容易出錯。
小型五軸加工中心是目前很熱銷的機床，主要用於，高校創客工作室、科研單位加工小零件、高校教學、它最大的特點便是性價比高、穩定性好、可靠性強、加工精度高。小型加工中心能夠加工一些平面類、曲面類、變斜角類的零件，小型五加工中心最大的缺點便是在加工零件的尺度上有必定的約束。
從統計數據來看，小型加工中心選用20把刀左右的刀庫，臥式加工中心則選用40把刀左右的刀庫為宜。當然要根據實際需要最後確定。用於柔性製造單元(fmc)或柔性製造系統(fms)的加工中心機床，其刀庫容量應選大容量刀庫，甚至配置可交換刀庫。
小型加工中心裝刀、換刀、選刀的步驟：
小型加工中心裝刀很簡單，將所裝的刀具類型用途和對應的刀座號都記錄下來，在刀庫中任意選擇一個刀座將刀具裝進去就可以了。
在換刀時候就分為以下三種情況：
1.加工中心主軸上的刀具是任選刀座，待換刀具是固定刀座
步驟：刀庫→選刀→到換刀位→機械手取出刀具→裝入主軸，從主軸取下的刀具就近送入空刀位。
2.小型加工中心主軸上的刀具放在固定的刀座中，而待換刀具是任選或固定刀座
換刀步驟：刀庫→選刀→到換刀位→機械手取出刀具→裝入主軸，從主軸取下的刀具送入刀庫時，事先刀庫要轉動到接收刀具的位置上。
3.主軸上的刀具和待換刀具都是任選刀座
換刀步驟如上，將主軸取下的刀具裝入待換刀具的刀座。
小型加工中心的選刀也有三種方式：
1.順序選刀，按照刀具的使用順序，把刀具安裝在刀座中，並按照順序逐一選用，使用完畢後再放回原來的位置上。
2.隨意選刀，對刀座進行編碼，對應的刀具放入制定的刀座中，編程的同時要用地址T標出刀具所在刀座編碼。
3.記憶選刀，在加工中心的存儲器中，將刀具號和存刀位置以及刀座號都記錄下來，當刀具存放地址改變，那麼加工中心記憶也隨之改變，在小型加工中心的刀庫中裝有位置的檢測裝置，刀具能夠任意取出和送回。
PLC程序是數控機床正常運轉的軟件核心，是連接NC和機床的橋樑，也是機床電氣設計人員調試機床的關鍵。
一個完善的PLC程序不僅能使機床正常運行，還要讓人看起來一目瞭然，既為自己調試提供方便，還能幫助維修人員查找故障和分析原因。
首先簡單介紹一下刀具交換裝置的基本情況，刀庫是可正反向旋轉的鏈式刀庫、裝在刀具交換裝置上的機械手用15個步驟將刀庫中的刀具交換到主軸，並將主軸刀具還回刀庫對應的刀套中。為儘量縮短換刀時間，我們採用刀具預選與零件加工同時進行的方式來壓縮換刀時間。機械手動作順序如下：
步驟1：平移縮回，抓刀庫中預選的刀具
步驟2：拔刀伸出，拔出刀套中的刀具
步驟3：平移伸出，離開刀庫側抓刀位置
步驟4：拔刀縮回，機械手縮回
步驟 5：搖臂伸出，搖臂轉向主軸側
步驟6：平移伸出，抓主軸刀具
步驟7：拔刀伸出，拔出主軸中的刀具
步驟8：換刀正轉或反轉，刀具交換
步驟9：拔刀縮回，將預選刀具插入主軸
步驟10：平移縮回，機械手離開主軸
步驟11：搖臂縮回，搖臂轉向刀庫側
步驟12：拔刀伸出，準備將主軸刀具送回刀庫
步驟 13：平移縮回，機械手移向刀庫
步驟14：拔刀縮回，將主軸刀具插入刀庫
步驟15：平移伸出，離開刀庫側抓刀位置。
以上15個步驟可分為如下4個階段：
第1階段：抓新刀。Txx代碼控制刀庫按就近方向轉動到編程刀具所在的位置，到位且有刀庫定位I信號後啟動機械手，經過步驟1→步驟2→步驟3→步驟4，將編程刀具抓在手上等待換刀。
第2 階段：換刀。M06啟動換刀固定循環“TOOL”。“TOOL”控制各座標移動到換刀位置，並用M90通知PLC啟動換刀，PLC用M90信號請求NC “讀入禁止”並啟動機械手換刀步驟5→步驟6→步驟7→步驟8→步驟9→步驟10→步驟11，同時用步驟5的到位信號控制刀庫轉到主軸刀號的位置。
第3階段：還刀。步驟5啟動的刀庫旋轉停止且有刀庫定位I信號後，啟動機械手步驟12→步驟13→步驟14→步驟15，將主軸刀具還到刀庫中並將記憶主軸刀號的存儲器更新。步驟11完成後，取消“讀入禁止”，激活刀具參數，加工程序和機械手還同時進行。
第4 階段：抓預選新刀。在M06的下一段緊跟下道工序要用的刀具號Txx，刀庫在完成還刀動作後可在零件加工的同時啟動機械手步驟1→步驟2→步驟3→步驟 4，將下道工序所用的刀具預選抓到機械手上，等待M06啟動後面的換刀動作，這樣大大縮短了刀具交換的時間，提高了工作效率。
注意事項：
Txx和M06不能編在同一程序段內。在固定循環TOOL中，所有位移程序段應加G153(段有效)取消基本偏移。
三個換刀過程為：
①裝刀：主軸無刀，Txx/M06直接安裝編程刀具；
②換刀：主軸有刀，交換編程刀具和主軸刀具；
③還刀：主軸有刀，編程T0，將主軸刀具還回刀庫。主軸準停角度利用PLC浮點參數MD14514[0]：$MN_USER_DATA_FLOAT[0]
FANUC加工中心換刀編程格式
一、斗笠式刀庫的換刀
採用固定地址換刀方式，刀具號與刀座號是固定對應的，其換刀動作是依靠刀庫的橫向移動與主軸的上下移動實現換刀，簡稱為主軸換刀方式。由於其無換刀機械手，因此選刀動作不能在換刀動作之前預選。其換刀指令與選刀指令一般編寫在同一個程序段，其指令格式如下:M06 T××；指令執行時，刀庫首先將主軸上刀號對應的刀座轉到換刀位置，並將主軸上的刀具換回刀座中，然後刀庫又將指令中指定的刀具轉到換刀位置，並換上主軸。這種刀庫，即使在執行M06的前面先執行Tx x，也不能夠預選刀，*終選刀的動作還是在執行M06時執行，如果M06前面沒有Tx x，則系統會報警。
二、圓盤式和鏈式刀庫的換刀其多采用隨機地址換刀方式，刀具號與刀座號的對應關係是隨機的，但其對應關係能夠被數控系統記憶住。這種刀庫的換刀是依靠機械手換刀。其指令與換刀的動作為:刀具指令Tx x控制刀庫的旋轉，並將選中的刀具轉至換刀工作位置，而換刀指令M06控制換刀機械手的動作，實現主軸刀具與刀庫換刀位置處刀具的交換。其選刀指令與換刀指令可以在同一個程序段，也可以分開編寫，選刀與換刀指令對應的動作也可以同時或分開動作。其指令格式如下:Tx x M06;指令執行時，刀庫首先將Tx x刀轉到換刀位置，然後機械手將刀庫刀具與主軸刀具交換，實現Tx x刀具換至主軸的目的。閱讀以上兩種方法可以看出方法二將選刀動作與加工動作重疊，這樣換刀時就不必選刀而直接換刀，提高了工作效率。刀庫的換刀指令與機床廠家有關，如有的刀庫不僅要求Z軸必須返回換刀點，而且Y軸也必須返回換刀點，其程序格式如下：TXXM06;或者M06TXX; 在同一個程序段編寫選刀與換刀指令時，不同廠家刀其的執行規則也可能有差異，如有的不管書寫的先後順序，均按先選刀、再換刀的規則執行。而有的規則規定選刀指令必須在換刀指令執行之前編寫，否則，其動作是先換刀、再選刀，如上面的程序所示。這種情況，若在M06指令執行前未編寫選刀指令，則系統會報警。技巧與禁忌：加工中心的換刀指令必須按機床廠家的編程說明書執行，否則可能不能正常換刀或出現意想不到的結果.。說明：1、對於斗笠刀庫換刀宏程序可以按照如下編寫M06TXX； 或者TXX直接換刀。2、對於圓盤刀庫可以編寫M06TXX；TXXM06；
高速加工中心是高速機床的典型產品，高速功能部件如電主軸、高速絲槓和直線電動機的發展應用極大地提高了切削效率。為了配合機床的高效率，作為加工中心的重要部件之一的自動換刀裝置（ATC）的高速化也相應成為高速加工中心的重要技術內容。隨著切削速度的提高，切削時間的不斷縮短，對換刀時間的要求也在逐步提高，換刀的速度已成為高水平加工中心的一項重要指標。
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