1 引言

       90 年代以來, 數控加工技術得到迅速的普及及發展, 數控加工中心在製造（zào）業得到了越來越廣泛的（de）應用。目前國內企業生（shēng）產製造的加工中心主要是麵向生（shēng）產（chǎn）領域, 其結構（gòu）複雜、精度（dù）高,封閉性強, 價格昂貴, 難於滿足教學與（yǔ）培訓需要。

       V 40 0 立式加工中心是我校新（xīn）近研製的教學型立式加工中心（xīn）, 整體布局采用（yòng）開放式動柱T 型結構, 控製係統采用（yòng）基於IPC 的模塊化開放式數控係統, 係統界（jiè）麵友好, 具有較強的在線幫助。該加工（gōng）中心控製功能豐富, 教學培訓功能突出（chū）, 操作使用安全可（kě）靠性強。並具有一定切削加工能（néng）力（lì）。加工中（zhōng）心刀庫是實現多工序連續加工的重要裝置, 其結構設計及其控製實現是加工中（zhōng）心設計製造中（zhōng）的（de）關鍵之一。這裏以V4 0 立（lì）式加工中心為例, 根據教（jiāo）學型加工中心的特點要求, 探討了刀庫結構及其控製係統（tǒng）的設計方法。

       2 刀庫的結構設計

       刀庫結構設（shè）計依據的基本原則是: 根據教學型加工中心的設計要（yào）求, 該刀庫設計注重功能完善（shàn）, 開放式結構、操作使用安全可靠等特點。V 40 型加工中心刀庫部分采用H CK 一U P 刀庫的設計形式, 由主軸直接完成取刀動作（zuò）。見圖1 :其主要參數（shù）是（shì）: 刀庫容量: 10 把; 最大刀具重量: 6K g , 最大刀（dāo）具長度（dù）: 2 4 0 m m , 刀庫轉動速度: l 刀位/ 秒。

       2.1 刀庫的驅動

       刀庫由90 w 普通電機經減速後通過外齧合槽輪機構（gòu）進行（háng）驅動, 該方式由（yóu）於利用槽輪機構采用（yòng）機（jī）械式（shì）分度定位, 可靠性較高。同時電氣控（kòng）製（zhì）簡單, 製造成本較低。為了減小槽（cáo）輪機構運動時的衝擊（jī）, 設計時采取如下措施: (l) 使槽輪的實際外圓半徑Ra略大於槽輪名義外圓半徑R , 即槽輪名義外（wài）圓半徑R =, 實際外圓半徑R a =, 以消除滾（gǔn）子開始進人槽時滾子與槽兩側頂端的間隙。(2) 減小和消除滾子和槽之間的間隙。(3 )適當調整支撐軸承的預緊力, 增加槽輪組件的回轉負載, 增加回轉阻尼

       2. 2 刀位的控（kòng）製（zhì）實現

       刀庫上的刀位信號由兩支（zhī）開關聯合發出, 在刀庫的一號刀位上安（ān）裝一（yī）隻感應塊, 在支架（jià）上安裝相應檢（jiǎn）測開關(圖中未表示出來), 機床開機後, 刀庫自動回轉尋找一號刀位, 刀庫處於初始狀（zhuàng）態。其餘刀位信號由安裝在槽（cáo）輪轉臂上的感應塊配合接近開關進行累計（jì）計數, 曲柄每回轉一周即刀庫轉過一個刀位觸發一次, 送出停止電機及啟動刹（shā）車信（xìn）號b 通過控（kòng）製電機的旋轉方向,實現刀庫的雙（shuāng）向選刀。

       2. 3 安全控製

       教學型加工中心設計突出的特（tè）征就是安全設計（jì）。由（yóu）於學生與（yǔ）工廠操作技工在（zài）使用時在（zài）熟練程度的差異, 針對刀庫（kù）部分特別加（jiā）強了使用的安全控製。

       (l) 安全防（fáng）撞設（shè）計: 刀庫（kù）的刀（dāo）臂本體與底座連接支架之間增（zēng）加了一個轉動軸, 操作使用時（shí）如有不當的左移或上提, 刀臂本體可以反時針轉動一個角度, 刀臂本體與連接支架之間的行程開關斷開, 產生不正確的（de）動作信號, 控製係統及時停機。(2) 刀盤（pán）上10 對刀爪的轉動（dòng）銷軸上, 增加了安全剪斷槽的設計, 該銷軸按承受刀具規格重量的（de）4 倍設計, 意外動作時, 如必須發生結構型破壞, 應優先剪（jiǎn）斷銷軸。

       3 刀庫控製係（xì）統的（de）實現

       v 40 o 教學型加工中心采用基於IPC 的模塊化開放式數控係統, 係統界麵友好, 具有較強的在線（xiàn）幫助, 安全性強。刀庫控製（zhì）係統（tǒng）的實現是通過開放式數控係統（tǒng）內置PMC 來完成。

       PMC 程序傳統上一般采用梯形（xíng）圖編製, 而開放式數控係統則提供了功能（néng）更強、更靈活高效的C + + 語言（yán）供用戶開發PM C 軟件。

       整（zhěng）體PMC 軟件設（shè）計采用模塊化的結構設計思路. 程序中每一子模塊都可（kě）以在N C 的人機接口PLc 參數設置欄中將（jiāng）其置為 “ 開（kāi）” 、“關”狀態, 以適應不同功能的（de）加工中心需要（yào）。為了程（chéng）序（xù）的通用性, 最大刀號在C NC 參數中（zhōng）設定, 程序將最（zuì）短路徑選刀處理為一般函數運算, 可適用於不同刀具數目的機床（chuáng）。

       自動換刀模塊的軟件框圖如圖所（suǒ）示, 整個換刀（dāo）過程（chéng）由10 步動作實現。1 )z 軸回換刀位; 2) 主軸準停; 3 )x 、Y 軸回換刀位; 4 )鬆（sōng）刀吹氣;5) 主軸抬起; 6) 計算最佳選刀路徑; 7 )目（mù）標刀具旋轉到位; 8) 主軸下移抓刀; 9) 主軸（zhóu）右移到完成（chéng）位; 10 )解除主軸準停。

       4 結論

       教學型（xíng）加工中心（xīn）刀庫結構及控製係統（tǒng）設計, 體現了教學型加工中心設計的原（yuán）則。該係統在V4 0 加工中心上經過（guò）一年（nián）多（duō）的使用, 各項指標達到設計要求。刀庫（kù）結構開放性好, 係統調整方便靈（líng）活（huó）, 成本低廉, 學生學習培訓安全性強。它除了能較好的完成加工要求外, 對於學生理（lǐ）解和掌握刀庫的結構及控製原理發揮了較好的作用。