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西門子 840DSL 係統機床可（kě）多點換刀的控製實現

2020-11-19 來源：漢川數控機床股份公司作者：任德勇王恒（héng）

【摘要】: 通過對西門子（zǐ） 840DSL 係統（tǒng）的（de）刀具管理、分度軸及 PLC 控製軸等功能的應（yīng）用，實現了（le）在動梁式龍門機床刀庫上的（de）多個點位置換刀控製。

數控動梁式龍門加工中心為機電（diàn）一體化、技術（shù）密集型的一種產品。作為大型龍門式數控機床，適用於箱體類或大中型零件等複雜零件的加工，可廣（guǎng）泛應用於（yú）國民經濟的各行各（gè）業，特（tè）別是軍（jun1）工、航空航天、汽車製造（zào）業和模具行業（yè）等。該機床（chuáng）由於刀庫換刀機械手是（shì）安裝在橫梁上的（de），而橫梁又是可以根據實（shí）際的加工上下移動的，隨（suí）著橫梁的上下移動，橫梁停在任意位置時，刀庫都要求能夠完成自動換刀，這樣就使得機床的找刀和換刀控製變得（dé）比（bǐ）較複雜。同時，由於該機（jī）床功能較多，操作也就比較複雜，對刀庫的控製需要考慮機（jī）床操作的簡便（biàn）性。如此，針對此類刀庫探索出了多點位置換刀的一種控製實現方法。

1、刀庫結構及工作原（yuán）理

刀庫結構如圖 1 所示。刀庫電機采用西門子伺服電機（jī）（電機編碼器為絕對編碼器），刀具容量為 N=50，刀庫相鄰刀套的（de）間距 S1=100mm，機械（xiè）手為換刀機（jī）構，隨橫梁上下移動。

通過刀庫伺服電機的正反轉實現刀具的選擇，由（yóu）刀庫機械手的左右和旋轉移動將新刀具裝（zhuāng）入主軸，舊刀具還回刀庫，以此來完成機床的自動換刀。根（gēn）據刀庫結構及其換刀動（dòng）作特（tè）點，該刀庫采用（yòng）固定換刀。卸刀油缸用於刀庫的手動裝（zhuāng）卸刀（dāo）。

圖 1 刀庫結構

2、機（jī）床刀庫多點換刀控（kòng）製流程及原理

由於動梁龍門（mén）機床的橫梁是（shì）可以上下（xià）移動的，橫梁停在（zài）任意（yì）位置時，刀庫換刀如果（guǒ）仍然像普通刀庫一樣（yàng），在固（gù）定位置換刀，那麽每次換刀就需要將橫梁移動到固定的（de）換刀位置，延長了機床的換刀（dāo）時間，降低了機床的生產效率。故而可考慮在如（rú）圖 1 刀庫結（jié）構圖所示的機床橫梁移動行（háng）程 S2 內設置多個換刀點位置，換刀時，隻需隨橫（héng）梁的位置就近確定換刀位置即可。刀庫多點換刀控製的流程如圖 2 所示（shì）。

圖 2 多點換刀控製流程

實現刀庫的多（duō）點（diǎn）換刀控製，關（guān）鍵在於（yú）橫梁的多個換刀位置與刀（dāo）庫多個刀套的對應。伺服刀庫通常設置（zhì）為旋轉分度軸，刀庫旋轉時，每次都會停（tíng）止（zhǐ）在一（yī）個完整的刀套位置（zhì）上，能有效保（bǎo）證刀庫操作的執（zhí）行，譬如卸（xiè）刀油（yóu）缸在卸刀時可頂出刀具等。利（lì）用刀（dāo）庫分度軸停（tíng）止的這一特點（diǎn），可將圖 1 刀庫結構圖中刀庫右側刀套（tào）在橫梁行程（chéng）上對應的多個位置作為橫梁的換刀（dāo）位置。換刀時，橫梁的當前位（wèi）置距（jù）哪個分度位（wèi）置（zhì）近，就以哪個分度（dù）位置作為當前換刀位置。如此，橫梁隻需移動很小的距離就能完成機床的換刀動作。

3、機床換刀多點控製的（de）實現

（1）機床多點換刀的橫梁軸控製（zhì）

橫梁軸按（àn）機床的不同（tóng）使用需求，可設置為分度定位軸，也可以（yǐ）設置為插補軸（zhóu）。對（duì）於設置為（wéi）插補軸的機床，根據換刀的需要，可在換刀的時候，將該軸由 PLC 切換為直（zhí）線分（fèn）度軸，換刀完成後，再由PLC 切換為直線插補軸。根據刀庫的（de）多點換刀原理，橫梁換刀的分度間（jiān）隔應為相鄰刀套的間距，如圖1 中的等間距 S1。換刀過程中（zhōng），橫梁分度軸的定位運動由 PLC 控製，並將其定位到就近（jìn）的換刀位（wèi）置。

橫梁直線分度軸參數設置如下 :( 橫梁軸為第 5 軸 )

PLC 切換橫梁分（fèn）度軸或插補軸是通過 PLC 係統功能 FB3 “PUT” 修改軸類型（xíng）參數變量 MD30500來完成的。FB3 的調（diào）用如下 :

換刀過程中，橫梁軸請求為 PLC 軸，借助係統 FC 18:SpinCtrl（主軸控製功能）通過 PLC 控製軸的轉動速度和位（wèi）置。FC18 的調用如下 :

（2）刀庫當前刀套確定

當前刀套（tào）采用西門子 840DSL 係統刀具管理的異步應答方式來確定。機床加工過程中，橫梁在運行到一（yī）個（gè）換刀（dāo）分度位置時，刀（dāo）具（jù）管理就可異步應答一次刀庫的當前刀套，這樣既保證了刀庫備刀的需要，也為橫梁提供了就近（jìn）換刀（dāo）的當前位置。當前（qián）刀套異（yì）步應答的 FC6 調用如（rú）下：

（3）橫梁（liáng）與（yǔ）刀庫的基準點標定

機床換刀多點控製的實現（xiàn），需要刀套號與橫梁換刀位置間建立相應的對應關係，為此需標定橫梁（liáng）和刀庫的基準點。將刀（dāo）庫的 1 號刀套移動到刀庫上與橫梁軸平行的最高點位置，設定為刀庫的零點。

然後移動橫梁軸，使刀庫機械手卡爪中心與 1 號刀套中心在同一水（shuǐ）平位置，設定為橫梁軸（zhóu）的零點，並（bìng）作（zuò）為（wéi）橫梁的第（dì）一個可換刀（dāo）分度點。

4、刀庫旋轉（zhuǎn）備刀控製

由於刀庫電機（jī）采用（yòng）的是西門子伺服電機，故而刀庫需設置為一個 NC 控（kòng）製軸，該軸（zhóu）的配置方法、回零操作等與其它 NC 軸相同。鑒於刀庫旋轉停止後，必須要停在一個完整的刀套處，應用西門子係統的模態旋轉軸和等分分度軸功能可很好地實現這一要求。

刀（dāo）庫手（shǒu）動旋轉控製（zhì）刀庫軸作為機床的一個 NC 軸，正（zhèng）確設置軸的 NC 參數（shù），保（bǎo）證其能（néng）正常運行，而後設置模態旋轉軸和等分分度的參數如下

設置（zhì）完成後，在手動方式下，按下刀庫（軸）移動鍵，刀庫將按選擇的方向轉動，直到鬆開移動鍵而停在下一個完整的刀套處。

5、多點換刀的其它說明（míng）

（1）刀庫配置包含一個真實刀庫 50 個刀位，一個（gè）緩衝刀庫 3 個刀位和一個裝載站刀庫 2 個裝（zhuāng）載站刀位。

（2）刀庫機械手換刀和普通刀庫一樣，包括抓新刀、還舊刀（dāo）、交換刀三（sān）種類型。

（3）換刀過程中，FC6 數據交換可以采用異步應答，也可以采用（yòng）同步應答。

6、結束語（yǔ）

基於西門子 840DSL 係統的刀具管理、分度軸和 PLC 控製軸等（děng）功能，本文詳細介紹了動梁式龍門機（jī）床（chuáng）上所配的可以多個點換刀刀庫（kù）的一種（zhǒng）控製（zhì）實現方法。通過在我公司動梁式龍門加工中心上實際使用，能夠很好地達到控製要求，方便用戶對機床的操作，值得推廣應用（yòng）。

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