自動(dòng)換刀機(jī)械手在數(shù)控技術(shù)中的應(yīng)用

孔憲玉

摘要：機(jī)械制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家的命脈，綜合國(guó)力的體現(xiàn)，而現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)是制造業(yè)的支柱。自動(dòng)換刀機(jī)械手促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，使數(shù)控機(jī)床朝著重復(fù)精度高、模塊化、節(jié)能化、機(jī)電一體化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工技術(shù)；數(shù)控機(jī)床；自動(dòng)換刀機(jī)械手

1數(shù)控技術(shù)的地位與作用

數(shù)控技術(shù)（英文：Numerical Control簡(jiǎn)稱：NC），起源于20世紀(jì)中期，是一種由數(shù)字程序?qū)C(jī)床執(zhí)行自動(dòng)控制的技術(shù)，它是由數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字化信號(hào)對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械加工設(shè)備及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種技術(shù)。它通常控制加工時(shí)的位移、切削量、轉(zhuǎn)速、走刀軌跡等有關(guān)機(jī)械量以及與機(jī)械量流向相關(guān)的開關(guān)數(shù)字量。數(shù)據(jù)載體和0、1邏輯形式運(yùn)算的出現(xiàn)是數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，在當(dāng)今的機(jī)械制造業(yè)業(yè)界數(shù)控技術(shù)也被稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)（Computerized Numerical Control簡(jiǎn)稱：CNC），計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)是由計(jì)算機(jī)軟件完成對(duì)機(jī)床數(shù)字程序的控制，是現(xiàn)代制造業(yè)數(shù)字信息化的重要構(gòu)成單元。它可由預(yù)先保存在計(jì)算機(jī)中的數(shù)字化控制程序完成對(duì)機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇鎯?chǔ)、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種功能的控制，此功能的實(shí)現(xiàn)是基于原來(lái)是硬件邏輯電路組成的數(shù)控運(yùn)行裝置被計(jì)算機(jī)所取代，由計(jì)算機(jī)軟件來(lái)執(zhí)行與控制。

數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械制造中先進(jìn)加工制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它是新時(shí)代制造業(yè)的起點(diǎn)，其發(fā)展和廣泛使用不僅使傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，還促使世界制造業(yè)今后的加工方向、產(chǎn)品的構(gòu)成、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)生了革命性的變化，也促使整個(gè)制造行業(yè)的格局有了明顯的變化?，F(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)在提高產(chǎn)品加工質(zhì)量、提升勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)現(xiàn)代化、智能化、集成化生產(chǎn)等方面是必不可少的手段和基礎(chǔ)。在各制造大國(guó)之間，數(shù)控技術(shù)已然成為一個(gè)時(shí)代、一個(gè)國(guó)家的象征，它代表著國(guó)家戰(zhàn)略地位和綜合國(guó)力水平的高低，其實(shí)現(xiàn)表征了一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化制造業(yè)發(fā)展的程度，而實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)控化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。改革開放后，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)及產(chǎn)業(yè)從發(fā)展的戰(zhàn)略充分結(jié)合了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)進(jìn)行了有針對(duì)性的研究和發(fā)展，自主研制開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控平臺(tái)，具有智能化的基本操作系統(tǒng)，也研制出業(yè)界機(jī)床的新技術(shù)和新產(chǎn)品，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比較仍舊存在不少問(wèn)題有待于解決。

2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

伴隨著社會(huì)的高速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)涉及的內(nèi)容也越來(lái)越廣泛，在一些重要的國(guó)計(jì)民生行業(yè)扮演著越來(lái)越重要的角色，因?yàn)樵谶@些行業(yè)中數(shù)字化的設(shè)備是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的新趨勢(shì)?？v觀當(dāng)今各國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：

2.1智能化趨勢(shì)

由于制造業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)需要具備一定的智能化系統(tǒng)，智能化是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)：

①實(shí)現(xiàn)提升產(chǎn)品加工生產(chǎn)效率、加工精度的智能化，如實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自適應(yīng)，自動(dòng)生成工藝參數(shù)：

②實(shí)現(xiàn)提高驅(qū)動(dòng)性能，使用方便連接的智能化，如前饋控制、學(xué)習(xí)控制、專家控制等：

③實(shí)現(xiàn)編程、操作的智能化，如可實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)編制加工程序，整個(gè)加工過(guò)程的可視化，模擬仿真等；

④即時(shí)處理信息智能化，如實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)加工實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)控設(shè)備的故障診斷與處理等。

2.2開放式趨勢(shì)

為了突破傳統(tǒng)的數(shù)控專用封閉系統(tǒng)和數(shù)控應(yīng)用軟件局限性的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)與其他不同平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)相互兼容，并具有特性一致的用戶操作界面，目前國(guó)內(nèi)外很多專家都對(duì)開放式系統(tǒng)進(jìn)行了研究。當(dāng)前，我國(guó)自主研究的數(shù)控開放式系統(tǒng)與國(guó)外的系統(tǒng)相比較，還處于萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步。

2.3網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)

在現(xiàn)代化、信息化的制造模式下，我國(guó)自主研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)大部分沒有大容量的存儲(chǔ)設(shè)備，也無(wú)法連接網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存較小，存儲(chǔ)空間有限。通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的上網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜模具加工程序的存儲(chǔ)。同時(shí)，企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外發(fā)布信息或讓外界了解自己的制造能力，從而根據(jù)需要選擇性地組成網(wǎng)上虛擬車間和電子商務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)異地CAD/CAM/CNC的網(wǎng)絡(luò)加工制造。

3自動(dòng)換刀機(jī)械手在數(shù)控技術(shù)中的應(yīng)用

自動(dòng)換刀機(jī)械手（Automation Tool Changer簡(jiǎn)稱為ATC），是執(zhí)行刀庫(kù)和主軸之間換刀動(dòng)作的裝置，可以完成數(shù)控加工中心在一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道或全部工序加工，該裝置由刀庫(kù)、自動(dòng)換刀機(jī)械手及控制系統(tǒng)等組成。

現(xiàn)代機(jī)械加工中為了進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工作在一臺(tái)機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心。自動(dòng)換刀機(jī)械手裝置一般用于加工中心，自從1952年世界上出現(xiàn)第一臺(tái)上數(shù)控機(jī)床后，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)備在柔性、自動(dòng)化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。它用易于修改的數(shù)控加工程序進(jìn)行控制，因而比大批量生產(chǎn)中使用組合機(jī)床生產(chǎn)線的凸輪、開關(guān)控制的專用機(jī)床有更大的柔性，容易適應(yīng)加工關(guān)鍵品種的變化，進(jìn)行多品種加工。

現(xiàn)代加工中心正朝著重復(fù)精度高、模塊化、節(jié)能化、機(jī)電一體化方向發(fā)展，其主要特點(diǎn)有：

①帶有自動(dòng)換刀裝置：

②自動(dòng)分度轉(zhuǎn)臺(tái)或自動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度主軸箱；

③如帶有交換工作臺(tái)，工件在工作臺(tái)上進(jìn)行加工的同時(shí)，不影響其他的工件進(jìn)行裝卸和加工。

4自動(dòng)換刀機(jī)械手在數(shù)控技術(shù)中發(fā)展趨勢(shì)

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)換刀機(jī)械手在數(shù)控機(jī)床中的作用也日漸突顯，在提高產(chǎn)品的加工精度、減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及改善生產(chǎn)加工條件等方面有著日趨重要的作用。在對(duì)零部件的生產(chǎn)加工過(guò)程中，為了提高加工效率進(jìn)一步節(jié)省工件裝夾時(shí)間，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床正朝著一臺(tái)機(jī)床在一次裝夾中完成多道工序或全部工序的方向發(fā)展。然而在多工序的數(shù)控機(jī)床中，為了完成自動(dòng)換刀操作必須設(shè)置的刀具存儲(chǔ)裝置和刀具交換裝置等統(tǒng)稱為數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀系統(tǒng)，即自動(dòng)換刀機(jī)械手，由于在系統(tǒng)的刀庫(kù)里存放著一定數(shù)量的刀具，因此可以對(duì)形狀、尺寸復(fù)雜的零件進(jìn)行不同工步、多工序加工，從而使數(shù)控機(jī)床的通用性和生產(chǎn)加工效率有了很大的提高。目前，數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的刀庫(kù)都帶有這種自動(dòng)換刀系統(tǒng)。

換刀機(jī)械手促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。主要表現(xiàn)在：①換刀系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)控復(fù)合加工技術(shù)逐步走向成熟，相比以前機(jī)床的加工精度和加工效率有了很大的提高。②智能換刀系統(tǒng)提升了機(jī)床的功能和品質(zhì)。③自動(dòng)換刀機(jī)械手促進(jìn)了柔性化加工的廣泛應(yīng)用，提升了機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合效率。④換刀機(jī)械手的主軸箱內(nèi)只有一根主軸，且具有足夠的剛度，因此能夠完成各種精密加工。

換刀機(jī)械手正朝著快速化、智能化、簡(jiǎn)便化以及安全性能高的方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)達(dá)到換刀速度快、用時(shí)短、高精度的刀具二次定位、足夠的刀庫(kù)容量、占據(jù)空間小及工作安全可靠等要求。帶有自動(dòng)換刀機(jī)械手的數(shù)控系統(tǒng)能讓機(jī)床按照不同加工程序自動(dòng)選刀、自動(dòng)換刀、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速、自動(dòng)改變刀具進(jìn)給量等其他工藝參數(shù)?？蛇B續(xù)完成車、銑、刨、磨、鉆等多種工序，對(duì)于加工形狀、尺寸較復(fù)雜，表面粗糙度要求較高，頻繁更換加工工藝的工件應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。endprint