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西門子 828D 刀庫（kù）功能解析及實現

2023-12-15 來源：一拖（洛陽（yáng））柴油機有限公司作者：張鋒，馬金衛（wèi）等

摘要：刀庫換刀功能是（shì）數控加工中心一個不（bú）可或缺的功能，闡（chǎn）述西門子 828D 數控係統刀庫（kù）功能所需的參數和數據表的含義，換刀步驟的命令和響應過程，用實際改造（zào）項目進（jìn）行輔助說明。

關鍵詞：828D；刀庫；加（jiā）工中心（xīn）；刀具管理

0 引（yǐn）言

一拖（tuō）（洛陽）柴油機公司一台 ARROW500 加工中心故障率高，為了（le）解決問題決定用西門子 828D 係統代（dài）替原（yuán）有定製數控係統（tǒng）。整個改造過程中（zhōng），實現（xiàn）換刀功能是難度最大的部分。為實現刀庫換刀（dāo）功能，技術（shù）人員查閱（yuè）大量資料（liào），投入大量時間和（hé）精力。要實現換刀功能，首先要弄明白西門（mén）子 828D 數控係統換刀過程中的（de）數據傳遞，以（yǐ）及相關參數的含義。

1、換刀功能技術研究

全新的 828D 數控係統默（mò）認沒有“刀具管理”界麵，需要運行刀庫初（chū）始化文件 MAG_CONF.SPF 進行刀庫初始操作，刀庫初（chū）始化步（bù）驟在《828D 簡明調試手冊》有詳細介紹，按照步驟操作即可。換刀子程序 L6.SPF 使用西門子提供的標準程序，根據手冊複製到指定位（wèi）置（zhì）即可。

然後根據實際情況設定相關參數：MD10715［0］、MD10716［0］、MD10717、MD10760、MD20270、MD22550、MD22560、MD20310（bit9）、MD52270（bit7、bit8、bit9）、MD30600［0］、MD30600［1］和MD30600［2］。參數具體含義參考《SINUMERIK 828D，SINAMICS120 機床（chuáng）數據參數（shù）手冊》。

刀（dāo）庫功能的實現是數控係統、PLC 程（chéng）序、刀庫檢測信號（hào）之間精準配合完成的（de）。換（huàn）刀過程中，每一步都是由 NCK 發出動作開始命令，由 PLC 發出動作完成的應答信（xìn）號來結束該步，NCK 進入下一步。

1.1 建立傳輸/響應步驟表

描述一個刀具的（de）移（yí）動需要（yào）一個源地址和（hé）一個目標地址。新刀是要換上主軸的，目標地址是固定的，就是主軸。新刀的源地址是刀庫，但是刀位（wèi）號是隨機的，可（kě）以是任意一個（gè）刀位。舊刀是要換回刀庫（kù）的，源地址是固定的，就是主軸。舊（jiù）刀的目標地址是刀庫（kù），但是刀位號是隨機的，可以（yǐ）是（shì）任意（yì）一個刀位。

在 PLC 程序中添加 3 個（gè）係統（tǒng） DB 塊，DB9900（常量傳遞表）、DB9901（變量傳遞表）和 DB9902（響應表（biǎo）），在表中定義（yì）刀具或刀庫的（de）所有可能的狀態。

1.1.1 DB9900 常量傳遞表

DB9900 常量傳（chuán）遞表列舉換刀過程中刀具經曆的刀庫變化，例如待換刀臂刀（dāo）庫的（de）刀具從刀庫（kù）到（dào）主軸，依次經曆刀庫（kù）（真實（shí）刀庫）、換（huàn）刀臂（緩衝區 2，西門子把緩衝區也看作一個刀庫）、主軸（緩衝（chōng）區 1），刀具經曆的刀庫和刀位在後麵詳細介紹。

設計 DB9900 常量傳遞表的步（bù）驟要點：

單獨設計新刀移動的步驟，即刀具從刀庫到主軸的過程步驟。例如，帶換刀臂的刀庫，新刀移動到主軸有兩步：刀庫→換刀臂、換刀臂→主軸。

單獨設計舊刀移動的步驟，即刀具從主軸到（dào）刀庫的過程步驟。例如，帶換刀臂的刀庫，舊刀移（yí）動到主軸有兩步：主軸→換刀臂、換刀臂→刀庫（kù）。

DB9900 的步驟數=新刀移動的（de）步驟數+舊刀移動的步驟（zhòu）數。因此帶換刀臂刀庫的換刀步驟有 4步。

1.1.2 DB9901 變量傳遞表

DB9901 變量傳遞表列舉刀（dāo）具在真實（shí）刀（dāo）庫中刀位的變化，一般都是把目標到（dào）位號調到（dào）可以離開刀庫（kù）的位置，步驟比較少（shǎo），步驟（zhòu）號從 101 開始與 DB9900 步驟（zhòu）號從 1 開始不同（tóng）。

1.1.3 DB9902 響應表

DB9902 響（xiǎng）應表的（de）步驟不是每次換刀都全部（bù）執行，而是根據主軸無刀抓新刀、主軸有刀換刀、還刀 3 種情況執行不同的（de）步驟，響應對應的信（xìn）號（hào）即（jí）可完成換刀過程。

DB9902 響應表建立要點（diǎn）：

建立響應表應該窮舉出主軸無刀抓新刀、主軸有（yǒu）刀換刀、還刀這（zhè） 3 種刀庫動作的（de）所有狀態。有共同的狀態合成同一步，不同的狀態需要全部列舉出來放入 DB9902 中。每一步都要指明新刀和舊（jiù）刀的動作，如果（guǒ）沒有動作，起始值（zhí）設為零。

響應表中的新/舊刀要執行相應的動作，動作起始值（zhí）填寫DB9900 中編寫動作步驟的步驟號（hào）。

刀庫結構越複雜，換刀的中間狀態越多，建立的響應（yīng）表步驟越（yuè）多。

響應表還要建立刀庫旋轉的步驟和換刀終止的步驟。刀庫旋轉（zhuǎn）舊刀沒（méi）有動作，新（xīn）刀動作的起始值要和 DB9901 中相應動作的步驟號相同。

真實刀（dāo）庫中（zhōng）的某個刀位用刀位號表示，但是（shì）刀庫中（zhōng）的刀位往往較多，很難逐個列出。所以用“0，1”代表新刀源地址，實際地址在（zài） DB4300.DBW6 和 DB4300.DBW8 中；用“0，2”代表舊刀（dāo）目標地址，實際地址在 DB4300.DBW18 和 DB4300.DBW20 中。在（zài）緩衝區中用“9998，1”代表主軸，“9998，2”代表卡爪 1，“9998，3”代表卡爪 2。一般刀庫裝刀點都是主（zhǔ）軸，用“9999，1”表示，如（rú）果還有第二裝刀點，則用“9999，2”表示。

1.2 自動換（huàn）刀命令和應答

刀庫換刀相關命令讀取地址見表 1。

表 1 自動換刀命令信號接口

DB4300.DBX0.0 是命令位，代表當前有命令（lìng）。DB4300.DBB1中的每一（yī）位對應（yīng）不同的命令內容。

自動換刀（dāo）過程中，DB4300.DBX1.0~DB4300.DBX1.6 中的信號（hào）來自 NCK，結合換刀程序的信息和刀具管理表的實際情況，向 PLC 發出（chū）不同的信號。例如：換（huàn）刀程序執行時主軸上（shàng）無刀，則DB4300.DBX1.4 置（zhì） 1；執行換刀（dāo）程序 T0，則 DB4300.DBX1.3 置1；換刀執行到需要刀庫旋轉找刀時，DB4300.DBX1.2 置 1。

正常（cháng）情況下換刀程序執行 M206 指（zhǐ）令後，DB4300.DBX1.1一直置 1，刀（dāo）庫換刀位的刀號和（hé）主軸上刀具的（de）原刀位不相同時，DB4300.DBX1.1 不（bú）會置 1，還有（yǒu）其他（tā）條件也可能導（dǎo）致 DB4300.DBX1.1 不會置 1，需要多加觀察。

自動換刀各個步驟（zhòu）應答地址（zhǐ）見表 2。

表 2 自動換刀應答信號接口

表 2 中數字對應 DB9902 中的步驟數。例如（rú） DB4200.DBX0.1中 1，對應 DB9902 中的第 1 步，當換刀過（guò）程中（zhōng）執行到 DB9902中的第 1 步，如果 PLC 將 DB4200.DBX0.1 置 1，表示 DB9902 中的第 1 步完成（chéng），否則刀具管理表認為這一步沒有完成，不會進行下一步動作。

響應信號使用置位線圈（S），其接通後，在下一個 PLC 掃描周期自動複（fù）位，因此不需要複位的 PLC 程序。

響應信號存在的實際非（fēi）常短暫，隻有一個 PLC 掃描周期，因此在 PLC 程序監控中（zhōng）看不到響（xiǎng）應信號接（jiē）通，需要添加輸出或者中繼點（diǎn）的（de）置位線圈進行輔助（zhù）顯示。

如果不借助輔（fǔ）助顯示信號，直（zhí）接監控到（dào）一個響應信號一直存在，則表（biǎo）示該響應信號的命令沒有出現，先出現（xiàn）了響應信號。

這種情況下即使響應信號（hào）的條件已經不滿足，該信號在下一個PLC 掃（sǎo）描周期也不會自動複位，需要接通（tōng） DB4200.DBX9.0 來複人的思路，各（gè）有不同。主要（yào）說明 PLC 中傳送/響（xiǎng）應步驟表的建立。

2.1 DB9900 常量傳遞表

由於 ARROW500 沒有換刀臂，換刀的步驟比較少。新刀移動步（bù）驟隻有一步：刀庫→主軸；舊刀移動步驟也隻有一（yī）步：主軸→刀庫。因此 DB9900 中隻設（shè）計2 步就可以，ARROW500 的DB9900設置如圖 1 所示。

圖 1 ARROW500 的 DB9900 設置

步（bù）驟 1 表示刀具（jù）從刀庫到（dào）主軸的過程。其中 DB9900.DBW0 和DB9900.DBW2 的數值“0，1”代表源刀庫號和（hé）源刀位號。DB9900.DBW4 和 DB9900.DBW6 的數值（zhí）“9998，1”代表目標刀庫號和目標刀位號，也就是主（zhǔ）軸。

步驟 2 表示刀具從主軸到刀庫的過程。其中 DB9900.DBW8和 DB9900.DBW10 的數值（zhí）“9998，1”代表源刀庫號和源刀位號（hào），也（yě）就是主軸。DB9900.DBW6 和 DB9900.DBW8 的數值“0，2”代表目標（biāo）刀庫號和目標刀位號。

2.2 DB9901 變量傳遞表

DB9901 主要顯示（shì）刀庫旋轉動作的步（bù）驟。ARROW500 的DB9901 數據如圖 2 所示。

圖 2 ARROW500 的 DB9901 設置

該步驟隻有一步，從刀庫（kù）到主軸的數據（jù）傳遞。DB9901.DBW0和 DB9901.DBW2 中的數據“1，0”代（dài）表源刀庫號和（hé）源刀位號，表示刀庫中某個刀位，“0”會在 OLC 程（chéng）序中修改（gǎi）為當前刀位號。DB9901.DBW4 和 DB9901.DBW6 的數值“9998，1”代表（biǎo）目標刀

庫號和目標刀位號，也就主軸。

2.3 DB9902 響應表（biǎo）

安裝每一（yī）步新刀和舊刀隻（zhī）有一個（gè）可以動作的原（yuán）則，響應表窮舉刀庫換刀的所有可能步驟（zhòu），鬥笠式刀庫響應表（biǎo）設計見（jiàn）表 3。然後根（gēn）據表使用填寫 DB9902 數據塊（kuài）數據（jù），ARROW500 中DB9902 響應表設置如圖 3 所示。