加工中心自动换刀控制及常见故障分析
一、加工中心自动换刀控制的意义
为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装来即可完成多道工序或全部工序的方向发展。因此出现了各类型的加工中心机床加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同刀具，完成不同工序加工工序。从而衍伸出按有无机械手又分为不带机械手的自动换刀装置（如斗笠式换刀装置）和带机械手的自动换刀装置。
带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分增强它的刚度，因此能满足精密加工的要求。另外刀库可以存放很大的刀具，因此能够进行复杂的零件的多工序加工，这样就明显提高了机床的适应性和加工效率。所以带刀库的自动换刀装置特别适用数控钻床、数控铣床和数控镗床。
采用机械手换刀有很大的灵活性而且可以减少换刀时间。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式能将刀具号和刀库中刀套位置（地址）对应地记忆在数控系统的PC中，不论刀具放在哪个刀套内都始终记忆着它的踪迹。刀库上装有位置检测装置（一般与电动机装在一起）可以检测出每个刀套的位置，这样刀具就可以任意取出并送回。刀库上没有机械原点，使每次选刀时，就近选取。
这里我们将介绍斗笠式换刀装置（12刀位）的结构及动作原理，
在此基础上设计并实现了换刀控制的电气及PMC控制过程。
二、12刀位斗笠式刀库组成结构及动作原理
在加工中心上刀库选刀控制（T指令）和刀具交换控制（M06控制）是PMC控制的重要部分，通常用刀套编码方式和随机方式。
刀套编码是对刀库中的刀套进行编码，并将与刀套编码相对应的刀具一一放在指定的刀套中（如图1），然后根据刀套的编码选刀具，刀套编码控制换刀过程需要两次完成，首先把主轴的刀具放回主轴上刀具的原来位置，然后再从刀库中取出要选择的刀具，这样换刀效率低，一般用于无机械手或刀库容量比较少的刀库选刀控制。
图 1 12刀位刀库示意图
随机换刀是指刀库中的刀具与主轴的刀具任意地直接交换，随机换刀控制需要在PMC内部设置一个刀库的数据表，如表一所示，数
据表的个数（数据表容量）是刀库的刀具总量加上主轴刀，如该刀库为12把刀，则数据表的个数为13（如D0000～D0012）该数据的首地址（如D0000）为主轴的刀座号，数据表的序号（又称表内号）与刀库中的刀座号相对应，每个表内号中的内容就是对应刀座中的刀具号，当程序执行到T码时，PMC通过数据检索指令，把检索到T码（即所选择的新刀具）所在数据表的位置（数据表内号），即新刀具在刀库的实际位置通知系统，PMC控制刀库旋转把选择的新刀具转到换刀位置，等待换刀。在执行换刀指令（M06）时，机床主轴快速回到换刀点（一般为机床的第二参考点），并且实现主轴准停，机械手执行换刀控制，即同时交换主轴和刀库中的刀具，换刀结束后，把主轴所在数据表的地址内容改写成现在的刀具号，把主轴上的刀号（旧刀号）写入到换刀的刀具所在数据表的地址中。
表一：刀号数据表 名称 数据序号刀套号 D000 0 D001 1 D002 2 D003 3 D004 4 D005 5 D006 6 D007 7 D008 8 D009 9 D0010 10 D0011 11 D0012 12 刀具号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
三、斗笠式刀库（12把刀）自动换刀装置电气控制
电气控制电路包括接强电电路和PMC控制电路两部分。 图3 所示为接触器控制电路。主电路由空气开关QF、KM1主触点、KM2主触点、三相异步交流电机M等组成。控制电路中中间继电器KA1与KA2分别控制接触器KM1和KM2的线圈，控制刀库电机M的正反转和停机制动。实现刀具的选择从而达到精确选刀的目的。
图3 电动刀库电气控制线路图
四、斗笠式刀库（12把刀）自动换刀装置的PMC控制
PMC控制包括硬件控制和软件控制两方面。
硬件控制包括输入信号的接入和输出信号的控制。图 4所示为
电动刀库PMC接线图。在此例应用中，传感器信号分别接在X2.0、X2.1输入端口，而控制正反转接触器KM1、KM2的中间继电器的线圈分别由Y50.1、Y50.2控制。
为了进一步提高数控机床的加工效率-数控机床正向着工件在一台机床一次装来即可完成多道工序或全部工序的方
