CNC加工中心配备刀库是其与普通数控机床的最大区别，它能实现快速自动换刀，省去数控机床传统换动刀时每次都需要手动换刀及再次对刀过程，从而大大提高了零件加工的效率及质量。CNC加工中心刀库一般分为斗笠式刀库和凸轮式刀库，换刀方式相对应为固定换刀和随机换刀[1]。当前CNC加工中心斗笠式换刀过程还存在一些问题待改进，本文重点介绍电气控制优化设计思路和方法。
1 固定换刀动作过程根据主轴有无刀、换刀和取刀功能状态，固定换刀动作过程可分为四种情况[2]。第一种为指令取刀号为主轴上刀号，换刀动作不执行，换刀结束。第二种为主轴无刀，指令直接取刀。执行换刀指令后，Z 轴执行机械回零，主轴定向，刀库前进右位，主轴松刀，刀库旋转到指令取刀号位，Z 轴下降到第二参考点，夹紧刀具，刀库回退左位，换刀结束。第三种为主轴有刀，指令直接还刀。执行还刀指令后， Z 轴直接回到第二参考点， 主轴定向，刀库前进右位，主轴松刀，Z 轴回第一参考点，主轴紧刀，刀库回退左位，换刀结束。第四种为主轴有刀，指令要取刀库上的刀。执行换刀指令后，Z 轴直接回到第二参考点，主轴定向，刀库旋转到主轴上刀号位，刀库前进右位，主轴松刀，Z 轴回第一参考点，刀库旋转到指令取刀号位， Z 轴回到第二参考点， 主轴紧刀，刀库回退左位，换刀结束。2 换刀过程存在的问题换刀过程由PMC 控制及刀库表记录数据，规范操作及运行情况下，整个斗笠式刀库换刀过程都能正常运行，但如果有人为操作失误或外界电源因素干扰，就可能出现换刀混乱故障[3]。例如缺乏主轴上有无刀的判别。如果不对主轴上是否有刀进行判别，此时主轴上已有刀，这时PMC 刀库表是记录了该刀号数据的，但如果人为取下该刀，会导致PMC 刀库表数据跟实际的对应不上，PMC 还是会认为刀具在主轴上，这就会让整个换刀过程出现混乱[4]；但如果是取下主轴上刀后又手动换上其他刀具，会导致现在的刀具跟原来PMC 刀库表记录的数据对应不上，严重时可能出现主轴上刀柄跟刀库上刀柄相碰撞的严重事故，造成主轴、刀具、刀库和机械卡手损坏。
小结
通过误差建模与实验，本文提出了一种基于球杆仪测量加工中心5轴机床工作误差的方法，通过采集空间不同平面特征点的方式，快速计算出机床空间误差。通过该方法可以有效辨识出TCS与WCS两个坐标系下6项不同回转误差元素的具体数值。联合激光干涉仪，则可以辨识出加工误差中全部12项 误 差 元 素。以5轴数控机床作为实验载体，验证了空间中不同圆形轨迹产生的旋转误差并非常量这一机床误差特性。在此基础上揭示了不同角度对应误差元素数值的规律。实验结果精度等级，超过数控机床加工精度要求一个数量级，可满足加工及补偿要求。可以此辨识方法为依据，进行误差运动解耦分析及误差补偿等工作，也为5轴数控机床进行后续插补轨迹优化及误差对曲面精加工的影响等研究打下基础。
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