1 機（jī）床結構概述

      VMC0656e 是沈陽機床股份有限公司2010 年開發的一款門式五（wǔ）軸加工中心，該機（jī）床采用龍（lóng）門動橫（héng）梁式（shì）結構，直線軸X、Y、Z 采用電機直連，A、C 軸（zhóu）耳擺（bǎi）式工作台。根據（jù）用戶要求可以選配SIMENS －840D 係統，FANUC － 31i 係統同時也可選擇國產數控係（xì）統。

      2 刀庫工作原（yuán）理

      VMC0656e 配（pèi）備台灣基輔（fǔ）生產（chǎn）的LC0140 －020SZ101 － 02 型刀庫( 符合ISO － 9001) ，最大容量20 把，單把刀具要求滿刀時（shí）最大半徑75mm，最大長度250mm，最（zuì）大重量8kg。刀庫外（wài）形為跑（pǎo）道（dào）型並采用鏈子（zǐ）將各個刀套（tào）聯結在一起，刀庫的回轉（zhuǎn）運動由帶抱閘的三相異步電機作動力源，三相電（diàn）源通過交流接觸器提供給電機時抱閘自動（dòng）打開，然後刀庫進行旋轉，切斷電源（yuán）則抱（bào）閘閉鎖，刀庫立刻停（tíng）止運（yùn）動。刀庫中刀（dāo）套（tào）按（àn）照T 代碼（mǎ）的指令運轉到換刀位（wèi）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（qǔ）。實際上述條件除了刀具安裝尺寸等（děng）機械方麵達到要求（qiú）外，尤為重要的（de）是數控係（xì）統如何保證機床換（huàn）刀過程的完成（chéng）。

      3 換刀過程及對電氣係統的要求

      由於VMC0656e 為緊湊型高速加工中心，在設計初期為了進一步提高其加（jiā）工效（xiào）率，我們決定采用無機械手換刀方式，這種方式更為簡（jiǎn）單而（ér）且快速，在機床工作結束時，由（yóu）主軸（zhóu）將（jiāng）刀具直（zhí）接插回刀套，然（rán）後進行選刀，再由主（zhǔ）軸直接抓刀繼續工作（zuò）。在基輔LC0140 － 020SZ101 － 02 型（xíng）刀庫中（zhōng）提供了刀庫換刀的時序圖，如圖1 所示，電氣動作時序圖說明:

      1) 選刀啟動( 為（wéi）正、反轉就近選刀啟動（dòng）) ;

      2) 計數及定位信（xìn）號( 使電機定（dìng）位停止（zhǐ）) ;

      3) 刀鏈定位銷伸出和縮回( 當刀鏈停（tíng）止轉動時伸出，當（dāng）刀鏈（liàn）旋轉時縮回) ;

      4) 刀庫伸出和縮回( 當選刀過程結束控製刀庫伸出和縮回) 。

      4 自動換刀（dāo）過程的實（shí）現

      4. 1 西門子刀具管理原（yuán）理簡（jiǎn）述

      為了達到一次裝夾實現多工（gōng）序加工的目的，現在的數控（kòng）機床大部份配備了（le）交（jiāo）換刀具係（xì）統，這樣，數控（kòng）係（xì）統需（xū）要知道這（zhè）些刀具的幾何尺寸，還有刀具在刀庫裏的具體（tǐ）位置。為了適應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（jiàn）數進行監（jiān）控，當達到刀具的加（jiā）工壽（shòu）命時，係統（tǒng）會提示操作者更換刀具，避免因為刀具的磨（mó）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（dāo）具配備一把或（huò）幾把類似的刀具，叫做姊妹（mèi）刀（dāo），當某把刀具達（dá）到加工壽命時，係統會自動挑選它的姊妹刀來代替，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，西門子840D 係（xì）統可以選配刀庫管理功能。

      在沒有刀庫管（guǎn）理功能時，係統隻是管理刀具數據，主（zhǔ）要是刀具的幾何尺寸，當需要交換刀具時，係統會通過通道的接口信號通知PLC 需要更（gèng）換（huàn）的新刀具號，PLC 控製刀具換刀動作，當動作完成後（hòu），通知NC。具（jù）體接口信號如下:

      DB21. DBX61. 0T 碼改變（biàn），當NC 遇到一個新的T 指令時，該信號有效，信號隻持續一個（gè）PLC 周期; DB21. DBW118T 碼的值，也就是要交（jiāo）換的（de）新刀號的值，該信（xìn）號在新的刀號來之前一（yī）直有效。

      4. 2 HMI 的調整

      對於HMI 來說，不需要（yào）對（duì）刀庫管理進行特殊的設置，隻（zhī）要係統刀庫管理功能生效以後，係統會自動用帶刀庫管理功能的操（cāo）作畫麵來代替標準的（de）刀具參數顯示畫麵，在這（zhè）個畫麵裏既能顯示刀庫裏刀具（jù）的情況，也能顯示緩（huǎn）衝區裏（lǐ）麵的刀具情（qíng）況，還可以選擇顯示所有的刀具列表，對刀具進行管理（lǐ），比如裝載和卸載，是（shì）定點換刀還是（shì）隨機換刀，常規的刀沿尺寸修改，刀具位（wèi）置（zhì）的重新分配等。

      4. 3 NCK 的調整

      西門（mén）子－ 840D 數控係統的刀（dāo）庫管理是一個選項，需要激活該選項功能。由於刀（dāo）庫管理需要占（zhàn）用一些內存，需要在係統裏麵預留相應的內存，主要相關參數（shù）如下:

      MD18080 係統刀庫管（guǎn）理參數，對整個係統而言;

      MD20310 通道刀庫管理參數，僅對相應通道而言，一般設置成（chéng）和MD18080 一樣其中比較重要的設置位: Bit 0 刀庫管（guǎn）理功能是（shì）否有效; Bit 1 刀具監控功能（néng）是否（fǒu）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數後的（de）預選刀具指令一般的刀庫管理功能，這四位都需（xū）要置上，所以（yǐ）至少為BH;

      MD18084 係統管理刀庫數量（liàng），要包含虛擬刀庫，所以（yǐ）至少為3;

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

      MD18082 係統管理（lǐ）的刀（dāo）具數，一般要大於實際的刀座數;

      MD18100 係統管理的（de）刀沿（yán）數，一般要大於係統管理的刀具數。

      以上參數的修改都會涉及到內存的重新分配，所以修改（gǎi）後要立即( 不（bú）要下電和（hé）NCK 複位) 做一個（gè）NC 數據的備份，再（zài）回裝回來，這樣NCK 的刀庫管理功（gōng）能就急活（huó）了。

      刀庫的建立，通過以上（shàng）參數的設定，係統隻是為刀庫管理（lǐ）預留了相應的空間，但對於刀庫的（de）特征 ( 比如刀庫的類（lèi）型，實際刀座的數量，虛擬（nǐ）刀座的數量等) 需要通（tōng）過對刀庫管理係統變量來定義，係統可以通過傳輸一（yī）個（gè）刀庫定義文件來對係統變量（liàng）賦（fù）值，也（yě）可以通過執行（háng）一個子程序來對這些（xiē）變量賦值，對於HMI_ADVACED 來說，可以在啟動菜單裏（lǐ）通過圖形交互（hù）形式生成一（yī）個刀庫的配置文件（jiàn），對（duì）PCU20而言，隻能通過編輯器來編輯（jí）刀庫定義文件，附件裏有一個刀（dāo）庫定義文件，裏麵主要包（bāo）含以下幾個信息（xī）: $ TC_MAP1［0］= 0 刪除原來有關刀庫的數據;

      $ TC_DP1［0，0］= 0 刪除原有刀具數據;

      $ TC_MAP1［n］刀庫的類型實際的刀庫類型（xíng）一般有兩（liǎng）種，鏈式（shì）刀庫（kù）和車床用的刀塔;

      $ TC_MAP7［n］刀座的數（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（dāo）庫狀態，隻有（yǒu）激活後（hòu）該刀（dāo）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］把緩存刀庫的刀座分（fèn）配給相應的主軸;

      $ TC_MDP1［n，m］、$ TC_MDP2［n，m］定義虛擬刀（dāo）座和換刀點的（de）偏（piān）置量，這個參數對裝/卸刀具點才有用，對其他虛擬刀座來說，這個值為0。當這些係統參數正確定（dìng）義以後，在刀庫管理顯示畫麵裏就可以看見刀庫的情況了，可以依照操作說明書來建立新刀具。

      4. 4 PLC 的調整

      PLC 主要要處理刀庫管理發送過來指令的（de）應答信（xìn）號，PLC 必須知道有關（guān）刀庫的一些情況，根據這（zhè）些情況生成相應的DB 數據塊，在HMI_ADVANCED裏，配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（duì）PCU20 而言，隻（zhī）能通過係統（tǒng）數據塊（kuài）DB4 來生成。在DB4 裏麵定義（yì）刀庫（kù）的特征，這些定義在OB100 裏麵調用一次就行了，附件有（yǒu）一個常用刀庫的數據塊定義文件FC100，如果刀庫類型一樣，調用時隻要輸入相應的刀座（zuò）數即可。下麵是幾個（gè）常用的地址:

      DB4. DBW64 刀庫數量（liàng）;

      DB4. DBW65 刀庫號;

      DB4. DBW67 刀庫類型;

      DB4. DBW68 刀庫的（de）刀座數;

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

      DB4. DBBn 主軸數（shù）量n 的數值為DB4. DBW64的值（zhí）* 5 + 65。

      在刀庫（kù）管理中，刀具（jù）交（jiāo）換時要等待PLC 的刀具準備應答信（xìn）號，由於（yú）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（zhóu）上還是在機械手上，刀具準備和刀具交換是否完成（chéng），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 時需要提供這幾個參數Start : = #Start / /啟動信（xìn）號，當該信號為1 時，係統調用FC8TaskIdent : = #TaskIdent / /任務索引號（hào），指要交換刀具的主軸號，一般為1

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

      NewToolMag : = #NewToolMag / /新刀具現（xiàn）在位置的刀庫號

      NewToolLoc : = #NewToolLoc / /新刀具現在位（wèi）置的刀庫號

      OldToolMag : = #OldToolMag / /舊刀具所在位（wèi）置的刀庫號

      OldToolLoc : = #OldToolLoc / /舊刀具所在的位置的刀座號

      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（zhí）行時是否有（yǒu）錯誤有時（shí）一個換刀過（guò）程需要刀具經過幾個過渡（dù）狀態才能完成，這時候常需要多次調用FC8 來（lái）及時更新刀具的位置（zhì）信息。

      綜上，數控機（jī）床刀庫管理（lǐ）係統可以方便生產並、且提高工作效率，而（ér）且（qiě）還能提高（gāo）數控（kòng）機（jī）床的穩定性（xìng）。