0 引言

      加工（gōng）中心利用刀庫實現換刀, 這是目前加（jiā）工中心大量使用的換刀方式。由於有了刀庫, 機床隻要一個固定（dìng）主軸夾持刀具, 有利於提高主軸剛度。獨立的刀庫, 大大增加了刀具的儲（chǔ）存數量, 有利於擴（kuò）大機床的功能, 並能較好地隔離各種影響加工（gōng）精度的幹擾因素。刀庫換刀（dāo）, 按（àn）照換刀過程有無（wú）機械手參與, 分成有機（jī）械（xiè）手換刀和無機械手換刀兩種情況（kuàng）。在有機械手換刀的過程中, 使用（yòng）一個機械手（shǒu）將加工完（wán）畢的刀具從主（zhǔ）軸中拔出, 與此同時, 另（lìng）一機（jī）械手（shǒu）將在刀庫中待命（mìng）的（de）刀具從刀庫拔出, 然（rán）後兩者交換位置, 完成（chéng）換刀過程。有機械手的係統在刀庫配置、與主（zhǔ）軸的相對位（wèi）置及（jí）刀（dāo）具數量上都比較靈活（huó）, 換刀時間短。FANUC 係統（tǒng）是國內外在加工中心上使用最多的數控係統之一。

       1 凸輪機械手刀庫簡介

      以（yǐ）無原點的刀庫為例, 介紹凸輪機械手（shǒu）的刀庫與FANUC 0 i係統配套的（de）PMC控製實現方法。與電氣（qì）設計相關的機械手部件主要包（bāo）括刀庫電機, 機械手電機, 倒刀氣缸（gāng）及一些傳感器。其中刀（dāo）庫電機為三相異步電（diàn）機並帶製動機構（gòu）, 用於驅動刀庫正轉和反轉; 機械手電機為（wéi）三（sān）相異步電機（jī）, 單方向旋轉, 帶動凸輪（lún）控製機械手完成/扣刀（dāo）0/交換刀具0/ 機械手回原點0等動作; 倒（dǎo）刀氣缸, 控製刀庫中（zhōng）換刀位置（zhì）的刀套（tào）進（jìn）入水平, 或垂直狀態。傳感器包括刀庫計數、刀庫（kù）到位信號（hào）、刀（dāo）套水（shuǐ）平信號、刀套垂直信號（hào）、機（jī）械手原點（diǎn）信號、機械手電機停止信號、扣刀到位信（xìn）號等（děng）。各傳感器及（jí）刀庫時序如（rú）圖1所示。

       2 隨機換刀算法

       機械手換刀涉及到隨機換刀。要實現隨（suí）機（jī）換刀需要相應（yīng）的算法並建立刀號數據表（biǎo）。數據表可建立在FANUC 係統的D數據寄存區。以24個刀位的（de）刀庫為例, 將初始化時每個刀位上的（de）刀編號為1~ 24, 把初始化時主軸上的刀編為25號。則（zé）可在D 寄存區建立下麵（miàn）的數據表:

       D1------- 刀（dāo）盤1號位置上的刀號

       D2-------  刀（dāo）盤2號位置上的刀號

       D24-------  刀盤24號位（wèi）置上的刀號

       D25-------主軸（zhóu）上的刀（dāo）套號

       當然也可以根據（jù）采用刀位置作為數據表內容, 相應的表如下:

       D1-------  1號刀所在的刀盤位置或（huò）者在主軸（zhóu）上

       D2-------  2號刀所在的刀盤位（wèi）置或者在主軸上,

       D24-------  24號刀所在的刀盤位（wèi）置或（huò）者在主軸上

       D25-------  25號（hào）刀所在的刀盤位置或者在主軸上

       實際（jì）編寫PMC 程序時還有旋轉控製指令所需要的轉台定位號, 當前換刀位置, 目標地址, 運行結果等（děng）可以選（xuǎn）擇D 寄存器或者C 寄存器給出地址。

       地址分配完成後, 可以給（gěi）出隨機換刀算法, 隨機換刀是由數控程序給出的T指（zhǐ）令作為程序入口, 根據（jù）T指令給（gěi）出的目標刀號作出旋轉刀盤或者給出出錯或（huò）者提示信息, 流程圖如圖2所示（shì）

       需要說明的是其中流程圖（tú）中（zhōng）由T代碼結（jié）束信號作為程（chéng）序入口比用T代碼選通信號作為程（chéng）序入口的好處是, 當連續出現T指令時多個選通信號容易造成一個T代碼未處理完成而另（lìng）一個T 代碼已經開始處理, 這樣容易造成亂刀現象（xiàng）。由於CTR 指令可以存儲（chǔ）轉台位置, ROT ( ROTB )指令的輸出結果相應的可以選擇目標（biāo）位。這樣比起ROT ( ROTB)指令運算結（jié）果（guǒ）輸出轉台步數方便, 也不容易（yì）出現亂刀。ROTB 指令和CTR 指令實現選刀的PMC 梯形圖, 如（rú）圖3所示（shì）。

       3 機械手順序控製

       機械手（shǒu）換（huàn）刀作為順序控製（zhì）, 用（yòng）梯形圖語言實現較為方便, 可以給出下麵的順序控製圖, 如圖4所示（shì）。

       作為具有隨機換刀功能的加工中心, 應有刀具準備功能, 這樣選刀和換刀指令可以靈活配合使用, 如:可以是T04M 06表（biǎo）示選擇4號刀（dāo）換至主軸（zhóu）; 也可（kě）以是T05M06T03, 表示選擇05 號刀換至主軸作為當前（qián）刀具, 03號刀旋轉刀換刀位置（zhì）; 還可以是M06T05, 表示將當前換刀位（wèi）置的刀具換（huàn）至主軸, 05號刀（dāo）旋轉到換刀位置。當然單獨的T指令, M06指（zhǐ）令也可以使用, 多個T指令M06指令連續出現也同（tóng）樣正確執行。並且（qiě）應保證T28M06這類錯誤指令(總共25個刀（dāo）號)不執行換（huàn）刀。則機械手順序控製程（chéng）序（xù）應根據上述各種情況（kuàng）給出提示信息, 並防止刀庫及機械手誤動作。如果機械手動作不正確, 會造成設備損壞, 因此PMC程（chéng）序應對各（gè）個執行機（jī）構的動作做必要的互鎖保護, 總（zǒng）結如下:

       1)刀庫正反轉互鎖;

       2)無刀套水平位置到位信號, 或刀庫電機過載時刀庫不（bú）能轉動;

       3)無機械（xiè）手原點到（dào）位信號, Z 軸進（jìn）給保持;

       4) Z 軸沒有進入換刀區, 或機械手電機過載時機械手不能動作;

       5)無刀套垂直信號, 機械手不能動作;

       6)無主軸停止信號及定（dìng）向信號（hào）時, 不能鬆刀;

       7)無（wú）機械手原點信號, 刀（dāo）套不能動作。

       8)刀庫旋轉, 機械手不（bú）能動作。

       由於機械手動作作為順序控製對於FANUC 係統PMC來說（shuō）比較容易實現, 但順序控製各步的（de）轉換（huàn）依靠各種信號來切換, 信號正確步相互幹（gàn）涉才（cái）能保（bǎo）證順序（xù）程序正確執（zhí）行。數控（kòng）係統的可編（biān）程控製器有其獨特的（de）特點, 有MST 功能選通和結束（shù）這些信號, 則為（wéi）了調試方便, 可以把刀庫機械手的每一個動作分開（kāi）為一個M功能, 如分解為（wéi）倒刀M40, 扣刀M41, 鬆刀M42, 換（huàn）刀M 43, 回原點M44, 回刀M45。然後在用戶宏程序中將各動作組合成整個（gè）機械手換刀過程。這樣做的好處（chù）是信號之間不易（yì）產生（shēng）幹涉, 出現故障也容易查找。大大降低了調試難度。

       4 報警及（jí）信息提示

       報警和操作信息提示製作是PMC 程序必不（bú）可（kě）少的一部分。報（bào）警信息一方麵是提示用戶, 另一方麵也控製機床在發生故障時能停止數控程序的執行。操作信息充分可以給用（yòng）戶一個友好的工作介麵。與機械手換刀相關（guān）的報警及操作信息提示可以做（zuò）的很細致, 如刀盤電機, 機械手電（diàn）機過載, 各工作過程中機械（xiè）手信號未到位, 機械手動作超時, 無T 代碼給出（chū）的刀號, T 代碼給出的刀號在主軸上等等。加（jiā）工中心主軸速度高, 一般都是全封閉式的。則隨（suí）機換刀的一條關鍵的操作（zuò）信息是要顯示主軸當前刀號和當前換刀位置上的刀號, 這對操（cāo）作（zuò）者編寫加工程序相當重要。由於（yú）操作信（xìn）息（xī）中主軸上（shàng）的刀具號和當前（qián）換刀位（wèi）置（zhì）上的刀具號是隨機變化的。FANUC 係統PMC具有數值數據顯示功能, 數值數據格式為[ Ib id, t t t t ] , / b0表示字節數（shù）( 1, 2, 4), / i0表示整數部分的位數, / d0表示小數部分的位數, / t t t t 0表（biǎo）示存儲數值的數據（jù）地（dì）址, 數據數（shù）值必（bì）須為二進製格式（shì）。比如可（kě）以（yǐ）編寫這樣一條操作（zuò）信息/主軸上的刀具號= [ I220, D30 ], 當前（qián）換刀位置的刀具= [ I220, D32 ] 0 ( FANUC 0i係統實際編寫（xiě）報警操作信息時采用英文)。則編寫PMC程序時在執行機械手（shǒu）換刀指令M06後將主軸上的刀具號寫入D30單元, 在執行（háng）T 指令刀具準備後將該刀具號寫入D32單元（yuán）即可隨機顯示主軸上的刀號和當前換刀位置上的刀號。

       5 結束語

       結（jié）合（hé）配FANUC 0i的凸輪機械手LH 714加工中（zhōng）心電氣（qì）設計調試實踐（jiàn）, 總結了這類加工中心的電氣設計調試要點及（jí）主要環節, 對隨機（jī）換刀算法, 機械手順序控（kòng）製以及報警（jǐng）提示信（xìn）息的相關問題作（zuò）了介（jiè）紹。並針對調試過程出現的相關問題, 提出了一些思路。對類似的（de）機械（xiè）手加工中（zhōng）心電（diàn）氣設（shè）計調試有一定（dìng）的借鑒（jiàn）價值。