馮昊

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

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

隨著中國制造2025的提出，許多企業(yè)面臨設(shè)備的升級改造。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，同樣存在設(shè)備改造需求。該校積極開展產(chǎn)學(xué)研項目，參與企業(yè)設(shè)備改造項目，同時在校內(nèi)開展機(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)控銑床上加裝自動換刀裝置，實現(xiàn)在加工過程中自動換刀，成為一個可行有效的做法。通過安裝自動換刀裝置將數(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)備再購置資金，擴(kuò)大機(jī)床加工范圍，提高機(jī)床自動化程度，保證產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，降低勞動者的工作強(qiáng)度。

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

1 刀庫類型的確定

自動換刀裝置有斗笠式刀庫、圓盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁斓阮愋?。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，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，根據(jù)企業(yè)需求進(jìn)行分析，確定刀庫的使用參數(shù)，選用合適的刀庫。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)，通過分析每種刀庫的特點和企業(yè)需求，確定了自動換刀裝置選用圓盤式刀庫，刀具容量24把以及刀庫的參數(shù)指標(biāo)。

2 支架的設(shè)計和加工

支架是連接刀庫和機(jī)床的連接件，支架的設(shè)計使用到《機(jī)械CAD/CAM》以及《機(jī)械基礎(chǔ)》課程中的專業(yè)知識，學(xué)生通過測量機(jī)床和刀庫尺寸以及刀庫的重量，對支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，運(yùn)用CAD軟件實體進(jìn)行造型仿真，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)，完成支架的圖紙設(shè)計。

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)知識在《機(jī)加工實訓(xùn)》《數(shù)控加工實訓(xùn)》課程中學(xué)習(xí)到。

3 刀庫安裝

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；移動支架使其與立柱通過定位鍵準(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。

利用龍門架將自動換刀裝置吊裝至機(jī)床附近，并拆除自動換刀裝置的支承附件；將自動換刀裝置吊裝至支架位置，調(diào)整自動換刀裝置并用螺栓將其固定在支架上。連接信號線、動力線、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。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，實現(xiàn)單步換刀（M80-M86）。

4.1 自動換刀裝置位置調(diào)整

這部分內(nèi)容自動換刀裝置與主軸相對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）、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)整自動換刀裝置位置，這時調(diào)整支架上X向、Y向微調(diào)螺釘用來調(diào)整自動換刀裝置位置，同時在手輪模式下，Z軸上下移動主軸，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，這樣自動換刀裝置的位置調(diào)整完畢。

4.2 機(jī)床第二參考點設(shè)置（換刀點）

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

設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，將K參數(shù)中K3.3=1，K5.5=1。輸入#1326號系統(tǒng)參數(shù)Z50，#1851號參數(shù)APC置1，重新開關(guān)機(jī)，#1851號參數(shù)APZ置1，再次重新開機(jī)，此時調(diào)整前的參數(shù)設(shè)置完畢。

在手輪模式下移動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軸第二參考點即換刀點，將換刀點與機(jī)床原點Z向差值輸入到#1241號參數(shù)Z值，機(jī)床第二參考點即換刀點設(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的動作過程，必須設(shè)置主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)。由于刀具裝在主軸上，切削時切削轉(zhuǎn)矩不可能僅靠錐孔的摩擦力來傳遞，因此在主軸前端設(shè)置一個突鍵，當(dāng)?shù)毒哐b入主軸時，刀柄上的鍵槽必須與突鍵對準(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)停是實現(xiàn)ATC過程的重要環(huán)節(jié)。

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

4.4 換刀操作驗證

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

4.5 刷新自動換刀裝置

通過PMC將刀座號與刀具號設(shè)為一致，即主軸為零號刀，1號刀位對應(yīng)1號刀、2號刀位對應(yīng)2號刀。

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

參與該項目的學(xué)生為數(shù)控專業(yè)技師班學(xué)生，作為技師研修項目，在這個項目中應(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)加工實訓(xùn)》《數(shù)控加工實訓(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，根據(jù)企業(yè)需求進(jìn)行分析，確定刀庫的參數(shù)，選用了合適的刀庫；通過測量機(jī)床和刀庫尺寸以及刀庫的重量，對支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，運(yùn)用CAD軟件實體進(jìn)行造型仿真，優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)，完成支架的圖紙設(shè)計；完成了刀庫位置的調(diào)整任務(wù)；能根據(jù)要求對機(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，學(xué)生們邊學(xué)習(xí)邊應(yīng)用，對知識點有了更深刻的認(rèn)識，達(dá)到了良好的學(xué)習(xí)效果。

數(shù)控銑床自動換刀裝置改造項目的完成在同時也促進(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)。通過測試，熟練操作工手動換刀一次平均時間為19 s，而自動換刀一次時間為6 s。對于多工序、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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