数控链式刀库的精确定位及控制

摘要：链式刀库刀具容量大，但刀库定位精度低。文章介绍了SDL120数控链式刀库的模拟电子检控电路及其控制方案，解决了链式刀库快速和精确定位的问题。

链式刀库的链条式结构，决定了刀库自身存在着明显的缺陷：机械刚性差、传动间隙大，从而造成刀库定位精度差，常引起机床故障。我厂开发的SDL120数控链式刀库中，采用了模拟电子检控电路，很好地解决了链式刀库快速和精确定位的问题。

SDL120数控链式刀库的主要参数：刀具容量为120 把：刀具锥度为ISO50：最大刀具直径为250mm：最大刀具长度为500mm。

图1

图2

图3

SDL120数控链式刀库主要由蜗轮减速箱、链式刀具存储仓、机械手穿梭装置和机械手等部分组成。该刀库链式存储仓由伺服电动机经圆柱蜗杆减速箱驱动，位置环开环控制，存储仓刀座依靠编码器进行刀具号译码，由模拟电子检控电路(图1)完成精确定位。

各部分功能简述如下。

链条及刀座部分链条上有120 个刀座，用于存放120 把刀具，整个链条由伺服电动机驱动。
模拟接近开关输出电压(或电流)与物体和接近开关之间的距离为近似线性关系。由于刀具的刀柄是圆形结构，两个接近开关为平行安装，所以当移动的刀柄随着链条的转动从某一方向经过两个接近开关时，两个接近开关各输出一个近似正弦规律变化的电压信号，两个信号存在着一个相位差，如图2 所示。
比较电路把两个模拟电压信号进行比较，并做出如下判断：输出比较结果先达到正最大值则刀库链正向转动：输出比较结果先达到负最大值则刀库链反向转动：输出比较结果由正负最大值转换为“0”，则该刀座位于两个接近开关正中位置，即刀库精确定位位置。通过调整零位置窗的阈值大小，可调整刀座的定位精度。窗口值偏大则定位精度低，偏小则导致刀库链抖动，无法完成定位，这正是不采用闭环控制的原因。
逻辑处理电路逻辑处理电路是刀库定位控制的核心，主要完成如下功能：计算最佳找刀路径：控制链条正反转及起停：快速找到要求刀座的精定位区：控制精确定位及输出定位完成信号。
通信接口电路用于逻辑处理电路和机床PLC之间进行信息交换。如机床PLC给出的找刀指令、定位指令、抓刀指令、放刀指令、机械手控制指令和要求的刀号等，逻辑单元提供定位完成信号、刀座有刀信号、机械手到位信号等。
手动控制电路主要用于操作者进行刀具更换、调整以及生产调试和机床维护。
给定电路完成把来自逻辑控制电路的给定信号和手动控制电路的给定信号转换成伺服驱动要求的给定信号。
伺服驱动电路及电动机用于驱动刀库链的转动。我们选用了SIEMENS 611A系列的伺服系统及其相应电动机。

换刀过程控制见图3。

以上控制方案在我厂生产的数控机床MAJOR240中得到应用和验证，其最长换刀时间(主轴直角铣头带刀具换刀)不超过30s，且稳定可靠。极大地缩短了非加工工时，提高了加工效率，满足了市场的需要，提高了国产
加工中心的水平。

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数控链式刀库的精确定位及控制

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