数控刀库设计中存在的问题及对策探析

数控刀库设计中存在的问题及对策探析

朱建国, 吴明刚, 侯超, 李朋飞, 张海林

冈田智能（江苏）股份有限公司  丹阳市  212300

摘要 近年来，电子IT的飞速发展已经深刻地影响了各行各业的生产过程，智能数字控制技术的不断完善，为机床加工业带来了更高的精确度和效率。数控加工控制系统中加入了刀具库配置，不仅实现了换刀自动化，而且还大大提升了零件加工的精准度和效率，对于提高加工机床的效率起到了至关重要的作用。因此，本文探讨数控刀具库设计中存在的问题，并阐述了相应的改进措施。

关键词：数控；工具库设计；问题；对策

1、换刀过程中存在的问题及对策

在数控产品设计中，换刀程序是使用计算机控制工具来完成的。当没有指令时，操纵器会闭合，通常使用弹簧或电磁铁来完成闭合。使用弹簧可以减少电能消耗，而使用电磁铁可以更好地控制工具的闭合，但具体使用哪种方法取决于实际需求。在工作开始时，计算机会向操纵器发出指令，并根据系统的要求移动到换刀位置，从而完成换刀操作。当刀具到达固定位置时，它将通过电光门传输信号，然后命令操纵器取刀。通道后，操纵器将返回初始位置以更改刀具。在整个操作过程中，定位是至关重要的一环。为了确保操作的准确性，操纵器或传动装置必须精确定位，以便在预定的位置上完成任务。

　2 机械手设计中的问题及对策

经过深入研究，我们发现机械手在换刀过程中扮演着至关重要的角色。在拆刀和换刀的过程中，机械手的受力控制是非常重要的。如果施加的力量过大，可能会损坏工具；而如果施加的力量过小，就会导致夹紧不牢，从而影响加工的顺利进行。控制机械手尺寸是一个关键性的问题，它主要体现在弹簧控制装置中。因此，在选择和安装弹簧时，必须保证其弹力系数、宽度等参数保持一致，并且放置位置应该在两只机械手之间正确；此外，为了防止机械手折断刀具，机械手所使用的材料硬度应低于刀具硬度，同时还要具备一定的耐久性。

3 变速器设计中存在的问题及对策

驱动设备是将工件精准地传送到指定位置的关键设备，而驱动轴则是实现换刀操作的重要支撑。将待转换的工件放置在传动轴上，跟着传动装置的运动，就可以实现换刀的目的，从而达到最佳的切削效果。。为了确保安全生产，我们需要对驱动轴的速度和扭矩以及刀具的质量进行精确的计算和分析，上述因素对换刀流程具有至关重要的作用。驱动轴的速度决定了换刀所需的时候，但是一旦速度过快，就必须充分考虑驱动器的输出功率是否能够达到需求；，转轴的转速控制是传动装置设计中的关键环节。利用计算机技术，我们可以通过传感器和反馈系统实时监测转轴的速度，从而精确控制其在规定的速度范围内，以达到预期的运行效果。

　　4  刀具的选择办法

　　在数控加工机床的过程中，可以根据工作程序的要求切换机械手。通过计算机软件编程，可以有效控制和决定换刀时间，从而大大降低外部线路的成本。然而，编程过程仍然相当复杂，需要不断调试，以确保换刀时间的准确性和可靠性，从而确保刀具工作的顺利进行。选择合适的刀具是刀具更换过程中必不可少的一步。为此，我们可以将不同类型的刀具进行编号，并将其储存在微机管理系统中，这样将来可以快速、准确地切换到不同的刀具库管理系统中。此外，我们还可以通过调用子程序，将刀具库管理系统中的刀具发送到预定位置，从而实现多种类型的刀具的切换，从而有效地提高更换效率，提升工作效率。通过改进刀具更换过程，我们大大提高了灵活性，减少了磁盘的容量。如果程序设计合理，我们基本上可以满足个性化生产需求。

　　5 刀盘类型及容量配置的选择

不同工具库的容量、外观和形状以及更换工具的方式都存在一定的差异。在数控加工机床的生产过程中，刀头的选择是非常重要的。传动带式刀头可以有效地提高加工效率，而竹帽式刀头则需要整体移动旋转装置来实现换刀。圆盘式刀头的载荷较小，因此更适合进行各类小型设备的机械加工。相比之下，输送机式刀头的容量更大，而且结构设计也更简单。转速快，可靠性高。但是这种刀头相应的成本也比较高。客户可以根据自身需求进行定制，无论使用何种类型的刀头，当刀具容量较小时，它们之间的间距会比较长，但是当容量增大时，结构会变得更加紧凑，但是公差也会变得非常有限。

6动力系统的选择

在数控刀库设计中，动力系统的合理选择也是影响其工作效果的重要因素。不同的动力系统会有自己的特点和适用范围。目前数控加工中常用的动力系统包括液压、气动和电动。电力系统装置结构简单,易于操作,具有较强的实用性和可靠性在实际工作中,并与其他类型的电力系统结构相比,它可以产生更多的力量在体积相同的情况下,也就是说,使用液压动力系统,所需的液压缸体积远小于气缸和电机,可以节省更多的空间在一定程度上,在往复运动的过程中,它不需要使用减速装置，因此它提供的动力在运行过程中更加稳定，从而大大节省了生产成本。

7  换刀速度的加快方式

7.1操纵器两个工具夹单元的长度和角度

通过对换刀过程的分析，可以发现，机械手在换刀时会进行旋转运动，而不是平移运动。因此，它的旋转速度会受到机械手自身长度和旋转角度的影响。这需要通过重复测试和分析来确定最佳值。此外，机械手的质量也会对传输速度产生一定影响。通常，选择密度小、硬度大的材料来完成机械手的生产。

7.2操纵器旋转角度

为了提高换刀效率，盘式刀具库系统采用了最小化旋转角度和距离的设计方法。这种设计方法使得机械手能够在最短的时限内完成取刀和换刀，大大缩短了换刀时限，提升了换刀速度。为了提高数控刀具库的效率，我们应该在其中添加一套智能控制系统。该系统能够根据菜刀编码来判断距离和旋转角，并且按照严格的顺序输入。这样，系统就能够提前做出判断，并在下一次菜刀编码预测中，根据顺时针或逆时针设定来掌握下一菜刀编号类型，进而达到智能和自动换刀。

7.3电力系统的影响

机械手的动力系统是决定其转速的关键因素，因此，为了提高更换工具的效率，必须对动力系统进行有效控制。根据CNC刀具库的加工情况，选择合适的液压缸或马达类型，以确保其能够提供足够的动力，从而实现机械手的联合动作，从而提高更换工具的速度。

8结束语

随着电子IT的进步，数控刀具库技术已被广泛应用于零件的生产和加工。为了提高生产效率，数控刀具库设计必须解决精确定位、速度控制和机械手握力等关键问题，以便更快地完成换刀，从而大幅提升生产效率。推动生产全面自动化、智能化的进一步实现。

参考文献：

[1]王东辉.浅谈关于数控刀库设计中存在的问题及对策分析[J].中国设备工程，2019，419（08）：171-172.

[2]常飞虎，蒋鹏飞，张福，等.基于PLC的自动进料快速对心数控破竹机控制系统[J].林业和草原机械，2020（01）：35，57-60.

[3]杨道杰.基于PLC刀库捷径方向选择自动控制的软件设计与研究[J].名城绘，2019（004）：143.