1. 機械手刀庫的工（gōng）作特征

      機械手式刀（dāo）庫是數控加工中心使用的主要刀庫類型。其特點是刀庫可裝刀具多( 很多鏈式刀庫也可歸入（rù）此類型)，換刀速度快，換刀時間短，這是鬥笠式刀庫無法相比的，所以機械（xiè）手刀庫在中高端加工中心中得到廣泛應用。近年來也開始應用於一般的加工中心（xīn）。機械手刀（dāo）庫的（de）換刀動作與鬥笠式刀庫（kù）不同，鬥笠式刀庫換刀後，刀（dāo）套號始終與實際刀具號相（xiàng）同。而機械手刀庫經過多次換刀後，刀套號與實際刀具號不相同，在PLC 程序（xù）中其識別刀號要複雜得多。

      筆者在調試基於三菱M70 數控係統配機械手刀庫（kù）的加工中心過程中，研究開發了機械手刀庫的換刀宏程序（xù）和相應的PLC 程序。本文將介（jiè）紹應用三菱專用ACT 指（zhǐ）令（lìng）開發機械手（shǒu）刀庫換刀程序的關鍵技術。

      2. M70 數控係統內置刀（dāo）庫的設（shè）置

      為了在數控係統顯示屏幕上能觀察到刀庫的運動和刀具號的變化（huà），必須使用數控係統內置的（de）虛擬刀（dāo）庫功能。在（zài）三菱M70 數控係統中有內置虛擬刀庫的功能，該虛擬刀（dāo）庫（kù）可以模擬外部實際刀庫的動作，其優越性是在顯示屏上可以觀察到刀（dāo）庫（kù）的正反轉和各刀位內的實際刀具號，也可以觀察到（dào）主軸上的刀具號（hào）以及需要更換的下一刀具號。

      (1) 刀庫用特殊寄存（cún）器的功能在使（shǐ）用內置刀庫之前（qián）必須進行必要的設置。三菱M70 數控係統中規定（dìng）了一（yī）些固定的文件寄存器( 以下稱R 寄存器)用以表征刀（dāo）庫的基本性能，這些R 寄存器的（de）功能如下。

      R10600: 刀庫基本控製參數。如（rú）圖（tú）1 所示。

      bit: 設定刀號長度，是T4 還是（shì）T8，一般（bān）選擇T4。bit1: 設（shè）定刀庫從1 還是0 開始計數。

      bit3: 對各刀具庫的設定。

      bit3 = 0，刀庫數固（gù）定設置（zhì）。即係統內固（gù）定（dìng）設（shè）定有刀庫3 個，每個刀庫內固定設（shè）定（dìng）刀具（jù）數為120，刀具（jù）總數可達360。

      bit3 = 1，可設定的刀庫數= 5，每一（yī）刀庫內的刀具數可以任意設定。刀（dāo）具總數可達360 ( 一般選擇bit3 = 1，因為其刀（dāo）庫內的刀具數可以任意設定，大多數刀庫（kù）的刀具數為20 ～ 30)。

      R10610: 每一刀庫內的刀具數，也就是每一（yī）刀庫內有幾把（bǎ）刀，這（zhè）是一重（chóng）要參數。

      R10620: 主軸刀具號。該R 寄存器存放主（zhǔ）軸刀具號，經設置後可以在屏幕上觀察到“主軸刀具號”。

      R10621: 設（shè）置待機刀具號。

      R10603: 刀具庫工作畫麵的顯示（shì）內容（róng）。

      以上寄存（cún）器可（kě）以認為是一實際刀具庫的參數，必須在PLC 程序中予以設置。

      (2) 刀庫用特殊寄（jì）存器的（de）設（shè）置如圖2 所（suǒ）示，通過編（biān）製PLC 程序進行刀庫用特殊寄存器的設置。經（jīng）過（guò）以上設置（zhì）後，在刀庫工作畫麵就可以觀察到一刀具庫，特別是每一刀位內的刀具號，而且在內置刀（dāo）庫內是以（yǐ）固定的R 寄存器存放每一刀號。在三菱M70 數控係（xì）統中，以R10700 ～ R10779 代表每一刀位，而其中的數據就是刀具號。一般設置指針=以R10700 為換刀位置。以圖2 設置的（de）20 把刀的

      刀庫為例，R10700 ～ R10719 為1 ～ 20 號刀位， R10700 為換刀位置。對於機械（xiè）手刀庫而言，R10700～ R10779 代表刀庫的固定刀位，所以R10700 內的數據就是換刀所需要的數據，即換刀點位置刀具（jù）號。

      3. 換刀專用指（zhǐ）令的使用

      在對M70 數控係統內置刀庫設置完畢（bì）後，為了動態的模擬實際（jì）刀庫的換刀動（dòng）作，M70 數控係統（tǒng）還提供了專用的換刀指令，正（zhèng）確的使用該指令，可以大大簡化PLC 程序對換刀過程的處理。如果使（shǐ）用常規的PLC 指令編程可能（néng）很複雜，而且還不能在（zài）屏幕上觀察到刀庫的運動和各刀套中的實際（jì）刀具。

      在換刀程序中（zhōng）必須使用專用的換刀指令如下:

      刀具號設定指令，刀盤正反轉（zhuǎn）指令，就近選刀指令，主軸（zhóu）刀具（jù）與刀庫內刀具交換指令。

      (1) 設定刀具（jù）號向刀庫（kù）中的R10700 ～ R10779順序寫入刀具號（hào），指令見圖3。

      圖3 所示是一次性（xìng）向刀庫中的所有刀位寫入（rù）刀具號的指令。該指令為11 號專用指令，通常用（yòng）於刀庫的初始化。

      (2) 刀盤正反轉指（zhǐ）令刀盤正反轉指令模擬了實際刀盤的正反轉。該指令一般由刀庫內計數器的正反轉脈衝所驅動，這樣在屏幕上可以觀（guān）察到刀盤的正反（fǎn）轉。如圖4 所示。

      當刀盤正轉脈衝（chōng）或反轉脈衝驅動上述指令後，在顯示屏幕上可觀察到各刀位內（nèi）R10700 ～ R10719 內的數據做環（huán）形移動，就相當於（yú）住進了環形客房的客人全體順時針或逆時（shí）針移動。一般設定指針（zhēn）為（wéi）0，即采用R10700 為換刀點（diǎn），R10700 的數值就表示了換刀位置中的刀（dāo）具號。使用該（gāi）指令的主（zhǔ）要目的就是要獲得在換刀位（wèi）置的（de）刀具號———即當前刀號。當前刀號是換刀動作所必須的數據。指令刀號即T 指令號由R536 中的數據表示，這是NC 中已經規定了的。

      經（jīng）過以上處（chù）理，獲得了換刀位置的刀號數據和指（zhǐ）令刀號的刀號數據，這就可以進行比較，以獲取停止旋轉條件。

      (3) 就近選刀即按（àn）最短的行程旋轉刀盤。在編製PLC 程序時，核心就是選（xuǎn）刀（dāo），即發（fā）一個選刀指令，驅動（dòng）刀庫正向或反向旋（xuán）轉（zhuǎn），直（zhí）到換刀位（wèi）置（zhì）刀號與所選刀號相（xiàng）等，才使刀盤停止旋（xuán）轉，執（zhí）行後續的換刀動作。

      可以使用ACT 專（zhuān）用（yòng）指令中的（de）1 號搜索指令（lìng），先搜索出目（mù）標刀（dāo）號在刀庫環形坐標係中的位置，再根據其（qí）位（wèi）置判斷正反轉方向。

      起動該指令後，其搜索出的數據是目標刀具在刀庫中環形坐標係中的位（wèi）置(0，1，2…)。

      對（duì）應於一個20 把刀的環形刀庫，通過判斷其數值是否大於（yú）10，就可以確定選刀的方向，這在PLC程序中可以很方便處理。

      (4) 刀具交換指令（lìng）在機械手刀庫中，有一個重要的（de）動作是換刀（dāo），即將（jiāng）主軸上（shàng）的刀具與刀庫換刀位的刀（dāo）具交換。三菱CNC 係統（tǒng）有一專用的3 號指令來表示這一動作。

      使用這一指令首先必須設置需要交換刀（dāo）具的R寄存器號(一般是主軸刀具R10620) 以及刀庫指針R10615 (一般設定R10615 = 0)。這（zhè）樣該指令的實際動作就是將（jiāng）主軸刀（dāo）具號(R10620 中的數據) 與刀庫中R10700 中的刀具數據相交換。同時必須注意該指令的觸發條件必須與實際換刀過程相一（yī）致。筆者編製（zhì）的程序是用“主軸換刀完成”信號來作為該指令的觸發條件。如（rú）圖5 所示。

      4. 換刀宏程序及PLC 程序（xù）的編製方法

      換刀程序的（de）編製有兩種（zhǒng）類型: 其一是全部動作（zuò）由PLC 程序控製，其二是換刀動作的順序部分由宏程序編製，而單步（bù）的動作由PLC 程序編製。由於宏程序的編（biān）程簡單，特別是可以方便地進行條件判斷，改變程序的流程，分（fèn）析和調試程序也方便，所以使用宏程序方式編製換刀程序是簡便易行的方法（fǎ）。

      機械（xiè）手刀庫的換刀可（kě）以分解為兩部分，第1 為選刀，第2 為換刀。在實際加工過程中，可先發出選刀指令（lìng）完成選刀，在需要換刀的工步再行執行換刀，這樣可以節（jiē）約換刀時（shí）間。這也是機械手刀庫的優越性之一。

      因此在編製（zhì）機械手刀庫宏程序時可編製兩個（gè）宏程序，其一（yī）是選刀宏程序，其（qí）二為換（huàn）刀宏程序。在不同的工步調用不同的宏（hóng）程序。

      (1) 機械手刀庫的（de）換刀順序( 選刀已預先完成狀態) 各軸(X、Y、Z 軸) 運動至（zhì）第1 換刀點→主軸停轉→關閉切削液（yè）→Z 軸運動至第2 換刀點（diǎn）→主軸定位→刀套垂直（zhí）→刀臂卡刀→主軸鬆刀→刀臂換刀→主軸鎖刀→刀臂回（huí）原點→刀套水平→換刀完成。

      5. 刀套號與（yǔ）實際刀具號的關係

      一般的機械手（shǒu）刀庫在每一刀套上都有標記、有（yǒu）刀（dāo）套號，而且是按順序（xù）排列的。機械手刀庫隻在（zài）初始化時，其刀套號和實際刀具號相同（tóng）。經過多（duō）次換刀後，由於主軸（zhóu）刀號被交換進來，刀套號和實際刀（dāo）具（jù）號已經不相同（tóng）。但（dàn）加工中心的操作者還是（shì）要求快（kuài）速查看實際刀具的位置，即刀套中的實際刀具。

      在實際的PLC 程序中作如下處理:

      製作一環形計數器(0 ～ n － 1，其（qí）中n 為刀庫中的刀具數)，用刀庫計數器信號驅動（dòng）(刀庫計數器（qì）信號也驅動刀盤運動指令)。這樣環形計數器內的數值（zhí）就表（biǎo）示了（le）刀套（tào）號（hào）的實（shí）際運動（dòng）位置(相對於R10700 起（qǐ）始的固定指標)。將環形計數器內的數值送入（rù）指針R10615，在三菱CNC 的（de）刀庫工作畫麵中，刀套編號就與實際（jì）刀具號實際對應起來，這樣可以方便地查看實（shí）際刀具。

      但是將環形計數器內的數值送入指針R10615 的時機有限製，不能用常ON 信號，因為（wéi）指針的數值變化會影響（xiǎng）其（qí）他專用（yòng）換刀指令的（de）執行。

      6. 刀庫調試（shì）必須注意的問題

      (1) 刀庫的初始化初始狀態為主軸刀（dāo）號為0號刀，刀盤按當前刀位為1 號刀（dāo）順序裝刀。必須在PLC 程序（xù）中預先（xiān）用開關信號做刀（dāo）庫初始化，設置當前（qián）位（wèi）置刀號和主軸刀號，如圖3 所示。

      (2) 在選（xuǎn）刀及換刀宏程序中（zhōng），必須做刀號比較判斷及足夠的安全保護條（tiáo）件。

      (3) 刀庫（kù）計數脈衝的使用刀庫製造廠家一般在刀庫（kù）上配有計數器，用以計數刀庫的旋轉。在調試刀庫時發現，即使在手動狀態下發刀庫（kù）旋轉指令，刀（dāo）庫（kù）總是不能停止在正確位置（zhì）上，是什（shí）麽原因呢?

      經（jīng）過仔細觀察刀庫（kù）的動作，發（fā）現當刀庫計數接近開關的紅燈熄滅時，刀庫才進入刀位的正確位置。因此必須（xū）用計數接近開關脈衝的下降沿做停止條件。在PLC 中改用下降沿脈衝後，果然（rán）能正確定位。也（yě）有刀庫計數器是（shì）使用脈衝（chōng）的上升沿做停止條件的，要根據實際情況確定。

      (4) 位置開關的使用為了保護（hù）刀庫的安全工作，充分利用了M70 係統所具（jù）有的位置開關功能。即可以通過參數在Z 軸上設定位置開關，位置開關的位（wèi）置區域就是Z 軸的換刀點。隻有（yǒu）Z 軸進入該位置區域（yù），位置開關= ON，刀庫才能前（qián）進卡刀。