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VMC0656e 門式五軸加工中心的刀庫控製

2013-8-12 來源：作（zuò）者：沈陽機床股份（fèn）有限公司陳光，王旭

1 機床結構（gòu）概述

VMC0656e 是沈陽機床股份有限公（gōng）司2010 年開發（fā）的（de）一款門式五軸加工中心，該機床采用龍門動橫梁式結構，直線（xiàn）軸（zhóu）X、Y、Z 采用電機直連，A、C 軸耳擺式工作台。根據用戶要求可以選配SIMENS －840D 係統（tǒng），FANUC － 31i 係統同時（shí）也（yě）可選擇國產（chǎn）數控係統。

2 刀庫工（gōng）作原理

VMC0656e 配備（bèi）台灣基輔生產的LC0140 －020SZ101 － 02 型（xíng）刀庫( 符合ISO － 9001) ，最大容量20 把，單把刀具要求滿刀時最大半徑75mm，最大長度250mm，最大重量8kg。刀庫外形為跑（pǎo）道型並采用鏈子將各個刀套聯結在一起，刀庫（kù）的回轉運動由帶抱閘的三相異步電機作動力源（yuán），三相電源通過交流接觸器（qì）提供給（gěi）電機時抱閘自動打開，然後刀庫進行旋（xuán）轉，切（qiē）斷電源則（zé）抱閘閉鎖，刀庫立刻停止（zhǐ）運動。

刀庫中刀套按照（zhào）T 代碼的指令運（yùn）轉到換刀位置，進行刀具交換。在機床工（gōng）作過程中刀具按著指令由主軸直接抓取。實（shí）際上述條件除了刀具（jù）安裝尺寸等機械方麵達到要求（qiú）外，尤為重要的（de）是數控係統如何保證機床換刀（dāo）過程（chéng）的完成。

3 換（huàn）刀過程及對（duì）電氣係統（tǒng）的要求

由於VMC0656e 為緊湊型高（gāo）速加工中心，在設計（jì）初期為（wéi）了進一步提高其加工效率，我（wǒ）們（men）決定（dìng）采用無（wú）機械手換刀方式，這種方式更為（wéi）簡單而且快速（sù），在機床工（gōng）作結束時，由主軸將刀具直接（jiē）插回刀套，然後進行選刀，再由主軸直接抓刀繼續工作。

在基輔LC0140 － 020SZ101 － 02 型（xíng）刀庫中提供了刀庫換刀（dāo）的時序圖，如圖1 所示，電氣動作時序圖說明:

1) 選刀啟動( 為正、反轉就近選刀啟（qǐ）動) ;

2) 計數及定（dìng）位信號( 使電（diàn）機定位停止) ;

3) 刀鏈定位銷伸出和縮回( 當刀鏈（liàn）停止轉動時伸出（chū），當刀鏈旋轉時縮回) ;

4) 刀庫伸出和縮回（huí）( 當選刀過（guò）程結束控製刀庫伸出和縮回) 。

4 自（zì）動換刀（dāo）過程的實現

4. 1 西門子刀具管理原理簡述（shù）

為了達到一次裝夾實現多工序加工的目的，現在的數控機（jī）床大部份配備了交換刀具係統，這樣，數控係統需要知道這些刀具（jù）的幾何尺寸，還有刀具在刀庫裏的具（jù）體位（wèi）置。為了適（shì）應（yīng）工廠自動化生產的更高要求，有時（shí）還需要對刀具的加工時間或者是加工件數進行監控，當達到刀具的加（jiā）工壽命（mìng）時，係統會提示操作者更換刀具，避免因為刀具的磨損而造成批量廢品。在自動化（huà）程度更高的機床上，還可以為一些刀具配備一把（bǎ）或幾把（bǎ）類似的（de）刀具，叫做姊妹刀，當某把刀（dāo）具達到加工壽命時，係統會自動挑選它的姊妹刀（dāo）來代替，這樣能保證加工的連續運行，上述（shù）這些功能統稱為刀庫管理功能，西門（mén）子（zǐ）840D 係（xì）統可以選配刀庫管理功能。

在沒有（yǒu）刀庫管理功能時，係統（tǒng）隻是（shì）管理（lǐ）刀具數據，主要是刀具的幾何尺寸，當需要交換刀具時，係統會通過通（tōng）道的接口信號通知PLC 需要更換的新刀具號，PLC 控製刀具換刀動作（zuò），當動作完成後，通知NC。具體接口信號（hào）如下（xià）:

DB21. DBX61. 0T 碼改變，當NC 遇到一個新的T 指令時，該信號有效，信號隻持（chí）續（xù）一個PLC 周期; DB21.

DBW118T 碼的值，也就（jiù）是要交換的新刀號的值，該信（xìn）號在新的（de）刀號來之前一（yī）直有效。

4. 2 HMI 的（de）調整

對於HMI 來說，不需要對刀庫管理進行特殊的設置，隻要係統刀（dāo）庫（kù）管理功能生效以後，係統會自動用帶刀（dāo）庫（kù）管理（lǐ）功能的操作畫麵來代替標準的刀具參數顯示畫麵，在這個畫麵裏既能顯示刀庫裏刀具的情況，也能顯示緩衝區裏麵的刀具情況（kuàng），還可以選擇顯示所有的刀具列表，對刀具進行管理，比如裝載和卸載，是定點換刀還是隨機換刀，常規的刀沿尺寸修改，刀具位（wèi）置的重新分配（pèi）等。

4. 3 NCK 的（de）調整

西門子－ 840D 數控係統的刀庫管理是一個選項，需要激活（huó）該選項功能（néng）。由於刀庫管理需要占用一些內存，需要在係統裏麵預留（liú）相應的內存，主要相關參數如下:

MD18080 係統刀庫管理參數，對（duì）整（zhěng）個係統而言;

MD20310 通道刀庫管理參數（shù），僅對相（xiàng）應通道而言，一般（bān）設置成和MD18080 一樣其中比較重要的設置位: Bit 0 刀庫管理功能是否有效（xiào）; Bit 1 刀具監（jiān）控功能是否有效; Bit 3 是否考慮鄰近刀座; Bit 4 PLC是否能要求新的修改參（cān）數後的預選（xuǎn）刀具指（zhǐ）令一般（bān）的刀庫管理功能，這四位（wèi）都需要置上，所以（yǐ）至少為BH;

MD18084 係統管理刀庫數量，要包含虛擬刀庫，所以至少為3;

MD18086 係統管理刀座（zuò）數量，要包含虛擬刀座，＞ = 實際刀座數+ 5;

MD18082 係統管理的刀具（jù）數，一（yī）般要大於實際（jì）的刀座數; MD18100 係統管理的刀沿數，一般要大於係統管（guǎn）理（lǐ）的刀具數。

以上參數的修改都（dōu）會涉及到內存的重新分配，所以修改後要（yào）立即( 不要下電（diàn）和NCK 複位) 做一個NC 數據的備份，再回裝回來，這樣NCK 的刀庫管理（lǐ）功（gōng）能就急活了（le）。

刀庫的建立，通過以上參數的設定，係（xì）統（tǒng）隻是為刀庫管理（lǐ）預留了相應的空間，但對於刀庫的特（tè）征 ( 比如刀庫的類型，實際刀座的數量，虛擬刀座的數量等) 需要通過對刀庫管理係統變量來定義（yì），係統（tǒng）可以通過傳輸一個刀庫定義文件來對係統變量賦值，也可以通過執行一個子程序來對這些（xiē）變量賦值，對於HMI_ADVACED 來說，可以在啟（qǐ）動菜單裏通過圖形交互形（xíng）式生成一個刀庫的配置文件，對PCU20而言，隻能通過（guò）編（biān）輯器來編輯刀庫定義文件，附件裏有一個刀庫（kù）定義文件，裏麵（miàn）主要包（bāo）含以下（xià）幾個信息:

$ TC_MAP1［0］= 0 刪除原來有關（guān）刀庫的數據;

$ TC_DP1［0，0］= 0 刪除原有刀具數據（jù）;

$ TC_MAP1［n］刀庫的類型實（shí）際的刀庫類型一般有兩（liǎng）種，鏈式刀庫和車床用的刀塔;

$ TC_MAP7［n］刀座的（de）數（shù）量n 表示刀庫號;

$ TC_MAMP2 刀具和空刀座搜索策略;

$ TC_MAP3［1］實際刀庫狀態，隻有激活後該刀庫才能使用;

$ TC_MP1［n，m］、$ TC _MP2［n，m］、$ TC _MP3［n，m］、$ TC_MP4［n，m］、$ TC_MP5［n，m］定義刀座狀態;

$ TC_MLSR［n，m］把緩存刀庫（kù）的刀（dāo）座分配給相應的主（zhǔ）軸;

$ TC_MP1［n，m］、$ TC _MP2［n，m］、$ TC _MP3［n，m］、$ TC_MP4［n，m］、$ TC_MP5［n，m］定義刀座狀態; 應的主軸;

$ TC_MDP1［n，m］、$ TC_MDP2［n，m］定（dìng）義虛擬刀座和換刀點的偏置量，這個參（cān）數對裝/卸刀（dāo）具點才有用，對其他虛擬刀座來（lái）說（shuō），這（zhè）個值為0。當這些係統參（cān）數正確定義以後，在（zài）刀庫管理顯示畫麵裏就可以看見刀庫的情況了，可以（yǐ）依照操（cāo）作說明書來建立新刀具。

4. 4 PLC 的調整

PLC 主要要處（chù）理刀（dāo）庫管理發送過來指令的應（yīng）答信號，PLC 必須知道有關刀庫的一些情（qíng）況，根據這些情況生（shēng）成相應的DB 數據塊，在HMI_ADVANCED裏（lǐ），配（pèi）置刀庫管理的菜單裏，有一個軟鍵能根據刀庫的具體配置文件生成相應的數據塊DB71 － DB74，對PCU20 而言，隻能通過係統數據塊DB4 來生成。在DB4 裏麵定（dìng）義刀庫的特征，這些定義在OB100 裏麵調用一次就行了，附件有一個常用刀庫的數據塊定義（yì）文件FC100，如果刀庫類型一樣，調用時（shí）隻要輸入相應的刀座數即可。下麵是幾個常用的地址:

DB4. DBW64 刀（dāo）庫（kù）數量;

DB4. DBW65 刀（dāo）庫號;

DB4. DBW67 刀庫（kù）類型;

DB4. DBW68 刀（dāo）庫的刀座（zuò）數;

DB4. DBW65 到DB4. DBW68 要根據刀庫的數量（liàng）挨個定義，包含虛擬刀庫;

DB4. DBBn 主軸數量n 的（de）數值為DB4. DBW64的值* 5 + 65。

在刀庫管理中，刀具交換時要等待PLC 的（de）刀具（jù）準備（bèi）應答（dá）信號，由於刀庫管理需要知道刀具離開刀（dāo）庫後的臨時存放位置，比如是在主軸上（shàng）還是（shì）在機械手上，刀具準備和刀（dāo）具交換是否完成，這些都需要PLC 來應答，PLC 是通過調用FC8 來應答刀具管理。

PLC 編程思路:

CALL " TM_TRANS" / /調用FC8 時需要（yào）提供這幾個參數

Start : = #Start / /啟動信號，當（dāng）該信號為1 時，係統調用FC8

TaskIdent : = #TaskIdent / /任（rèn）務索引號，指要交換刀具（jù）的主（zhǔ）軸號，一般為1

TaskIdentNo: = #TaskIdentNo / /任務號，刀具準備（bèi）和刀具交換任務號是2

NewToolMag : = #NewToolMag / /新刀具現在位（wèi）置的刀庫（kù）號

NewToolLoc : = #NewToolLoc / /新刀具現在位置的刀庫號

OldToolMag : = #OldToolMag / /舊刀具所在位置的刀庫（kù）號（hào）

OldToolLoc : = #OldToolLoc / /舊刀具所在的位置（zhì）的刀座號

Status : = #Status / /執行該指令時的狀態字

Ready : = #Ready / /FC8 是否完整執行

Error : = #Error / /指令執行時是否有錯誤有時一個換刀過程需（xū）要刀具經過幾個過（guò）渡狀態才能完成，這時候常需要多次調用FC8 來（lái）及時更新刀（dāo）具的位置信息。