大型龍門加工中心刀庫的定位控製一直是一個（gè）關鍵技術問（wèn）題。通過采用N C 數控功能和（hé）PLC 拉製, 再加上（shàng）一塊模擬量輸入板及必要硬件即可解決這一難題。

      一、方案的提出和可行性分析

      我廠賣給（gěi）用（yòng）戶的一台大型龍門加工中心, 是新開發的產品。該加工中心的刀庫為鏈式刀庫, 機械手為（wéi）立臥可（kě）轉換式, 能對垂直銑頭和直角銑頭等多種附件銑頭進行自動立式和（hé）臥式換刀。該機配有3 個附件頭、3 個附件小車（chē）。所以結（jié）構複雜, 控（kòng）製也複雜, 技術含量很高（gāo）。我廠是首次製造, 在國內也（yě）是首次製造。該機床采用德國西門子公司最新生產的8 4D I〕數控係統, 內裝PLC 由S{壓P7 語（yǔ）言控製。該機床刀庫（kù）容量為40 把刀(有（yǒu）大刀和小刀（dāo）兩種刀位), 是立式鏈式（shì）刀（dāo）庫, 驅動由西（xī）門子公司數字式交流伺服電機執行。刀庫刀（dāo）具最大重量可達7 0k g , 當（dāng）裝滿刀（dāo）具後（hòu）整個（gè）刀庫轉動起來慣性很大。因此無法采用通常小型加工中心機床采（cǎi）用的用（yòng）定位銷來進行機械精定位,必須由電氣控製解決刀（dāo）庫精（jīng）定位（wèi）問（wèn）題。但是該（gāi）類型刀（dāo）庫隨著使（shǐ）用時間的推移, 其變形量(即每二個刀位之間的（de）間隙量)也在不斷（duàn）變化, 因此無法采用電氣補償的辦法來解決。

      該類機（jī）床國外某（mǒu）些廠家的（de）解決（jué）方法也（yě）是由（yóu）電氣控製進行精定位。是采用自己設計並製造（zào）一套控製刀庫（kù）進行精定位的控製線路板, 通過對刀庫上的二個精定位感應（yīng）開關傳回的（de）模擬量進行比較, 用其差值來控製刀庫電（diàn）機正轉或反轉, 最終達到刀庫精確定位。但因控製複雜,不利於小批量生產等原因, 經全麵考慮, 決定不采用此方案。

      必須尋找（zhǎo）一個經濟上便宜, 質量上可靠, 技術上先進, 控製和調試簡（jiǎn）單的方案來解（jiě）決這一（yī）技術難（nán）題。經（jīng）過多次分析比較和論證, 決定采用充分利（lì）用CN C數控係統的控製功能, 再加上編（biān）製某些PLC 控（kòng）製程序和選擇一些合適的硬件來解決該刀庫的定位問題（tí）。分析國外同類機床（chuáng）對此問題的解決方法, 可（kě）以看出其（qí）核（hé）心問題是將二個感應（yīng）開關(裝在刀庫上精定位用)的信號進行比較, 用二者感應值的差值控製刀（dāo）庫電機正轉或反（fǎn）轉, 從而最終達到刀庫（kù）精定位。

      據此可想（xiǎng）到這完（wán）全可以利用CNC 數控係統的控製功能（néng）, 加上一塊模擬量（liàng）輸入板, 通過該板可以將刀庫上二個（gè）精定位感應開關的輸出量轉變為（wéi）數（shù）字量。然後通過（guò）PLC 程序來比較這二個感應開關被轉化後的數字量差值, 由PLC 程序來控製NC 運轉刀庫（kù）, 從而達到刀（dāo）庫精確（què）定位。

      該模擬（nǐ）輸人板選用西門子公司批量產品, 性能穩定可靠。

      關於PLC 控（kòng）製程序完全可以由自己編製, 隻要正（zhèng）確（què）處（chù）理好（hǎo）PLC 和N C 之間的通訊（xùn）關係, 即（jí）可達到控製要求。

      該方案可以分二步來實現, 即刀庫先進行粗定位,然後進行精定位。

      第一步是先讓刀庫進行定位。即根據零件加工（gōng）程序中要求刀庫應轉到的刀位號, 通過PLC 程序計算出刀庫（kù）應轉動的角度（dù）, 並通知Nc 按此值去運（yùn）轉刀（dāo）庫。當N C 控製（zhì）刀庫運轉到位後, 立（lì）即通知PI尤, 刀（dāo）庫粗定位（wèi）完成。

      第（dì）二步是讓刀庫進行精定（dìng）位（wèi）。當PLC 接到NC 發出的刀庫粗定位到（dào）位信號後, PLC 立即開始對二個精定位開關輸出值進（jìn）行比較, 並通知N C 低速運轉刀庫, 直到精定位到（dào）位。

      從以上分析可知（zhī）, 無論從硬件還是從軟件, 還是從（cóng）控製（zhì）技術講均可實現, 因此該方案是可行的。

      二、方案實施（shī）

      (一（yī）)硬件選擇

      1. 刀庫精定位要求的定位精度機械上要求在刀庫精確定（dìng）位後, 刀具應能（néng）順利插人刀套或從刀套中順（shùn）利拔出。

      而且還要求（qiú）機（jī）械手從刀庫上取（qǔ）出的刀（dāo）具能順利地（dì）裝人（rén）主軸, 或（huò）從主軸上取下的刀具（jù）順利地裝回到刀庫刀套中, 機械要（yào）求定位公差為士0. 05 mm。

      2. 刀庫精定位用感應開關的選擇

      由於精定位精度比較高, 因（yīn）此就選擇（zé）了德國巴（bā）魯夫公司生（shēng）產的感應開關, 型號為BAWOl8-P-l-K- 2, 最大輸（shū）出（chū）電流為10mA (最小（xiǎo）為1mA)。該類（lèi）開關（guān）靈敏度高、抗幹擾性能強（qiáng）, 具有線性放大性能。要求（qiú）工作溫度-10 ℃ ~+ 60 ℃ 。

      3 . 精定位開關的安裝

      二個精定位開關的安裝是很講究的。要求裝在機械上稍有變化, 即可引起二個（gè）開關輸出量有較大變化（huà）的位置。該（gāi）二個開關（guān）的感應麵是圓形刀套的外圓表麵。這二個感應開關相對刀套外圓表（biǎo）麵的距離（lí）可調, 同時二者之間的相對位置可調, 以保證（zhèng）其感應靈敏度高。在安裝時采用將刀庫手（shǒu）動轉動一（yī）個（gè）真（zhēn）正（zhèng）刀具能夠準確順利裝入和拔出刀套的位置, 並用千分表測出轉動誤差在公差（chà）範圍內。

      這時用專門儀器監測這二個感應開關的（de）輸出信號,並同（tóng）時（shí）來調整這二個開關的安裝位置（zhì）, 直到（dào）這二個開關的輸出信號近似相等為止, 這時才算安（ān）裝（zhuāng）完畢。

      4. 刀庫（kù）精定位用模擬（nǐ）量輸入控製板選擇

      由於二個精定位用感應（yīng）開關的輸出變化量是0~10mA , 因此就選用西門子公司生產的型號為SM3 34 型的模擬輸（shū）人控製板。

      它是一塊可（kě）接收電流輸人信號的控製板, 共可接人四個（gè）電流（liú）輸人信號(我們刀庫共用到四個精定位感應開關)。該板允許最大輸人電流0 ~20mA。

      (二)PLC 控製（zhì）程序

      所有硬件工作完成（chéng）後, 就可以設計PLC 控製程（chéng）序了。編程語言是采用西門子5 7 語言。編程方法是（shì）采用（yòng）模塊化的設計方法（fǎ）, 將刀庫定位程序分為二個功能模塊, 即（jí）刀庫粗定位功能塊(FC 81 程序塊)和刀庫精（jīng）定位功能塊(FC82 程序塊)。

      1. 刀庫粗定位控製及PL C 控（kòng）製（zhì）程序塊(FC81 )

      由於該刀庫共有40 個刀位, 也（yě）就（jiù）是說在3 60 °圓周上等分為40 份, 因（yīn）此相鄰二個刀位之間9°。同時規定第一號刀位為0o 位, 因此第幻號刀位為3 51 。位。刀（dāo）庫軸定義為旋轉軸, 並定義為模態的。該機（jī）采用的找（zhǎo）刀指令為（wéi）H 指令, 自動換刀指令為M06 指令。在找刀時,當PLC 接到NC 發出的H 信號時, 即到相應的地址去取H 值(該值在西門子840 D 係統中為D BZI·D BW 140 )。假設（shè）是H S 指令(即要找5 號刀位), 這時PLC 程序讀到的值為5。由於每（měi）個刀位占有（yǒu）9°, 1 號刀（dāo）位為0o 位。所以PL C 計算出（chū）的刀（dāo）庫要走的距離為（wéi）(5－1) x9° =36°。粗（cū）定（dìng）位最終值為36 °－1°=35 ° , 並將該值進行數製轉換使其（qí）變為N C 所要求的數（shù）製, 將其（qí）存人一（yī）個與（yǔ）NC 協議好的（de）地址（zhǐ）中(該地址我們定（dìng）為D B60·D BD 40 )。當這一切計算完成後, PLC 程序就向NC 發出準備完成信號。當N C 接到該（gāi）信號後（hòu）就從D B60·D BD 40 中（zhōng）取值, 並按一定要求計算和處理。當處理完成後, NC 通知H 尤（yóu）處（chù）理完成, 這（zhè）時PLC 程序就發出（chū）起動刀庫運轉的命（mìng）令,於是刀庫就在NC 控製下運轉（zhuǎn）到指定位置。運轉到位後, NC 通知PLC 運轉到（dào）位, 這（zhè）時刀庫粗定位完成。刀庫粗定位用H 尤控製程序如下:

      2. 刀庫精定位控（kòng）製及PLC 控製程（chéng）序塊(FC 8 2 )

      當刀（dāo）庫粗定位完成後, 並沒有到達要找的刀位的真正最終位置(還差lo 左右), 這剩下的一段（duàn）距離就由刀庫精定位PLC 控製程序來完成。當PLC 接到刀庫粗定位完成信（xìn）號(D B60·DBX2.0 = l) 後（hòu）, PLC 就開始調用刀庫（kù）精定位程序塊(FC 82 )。這時（shí）NC 仍然（rán）控製刀庫繼續（xù）低速向前（qián）運轉, 所給定的運動距離（lí）大於（yú）最終到位距離。這時FC 82 工作, 開始讀取刀庫上二個精定位用感應開關通過模擬輸人（rén）板轉換後的值（zhí）, 並隨時比（bǐ）較二者差值。當其差值小於允（yǔn）差值時, PLC 即向NC 第二通道發出刪除餘程命令。NC 接（jiē）該命令之後, 立（lì）即停止刀庫運轉, 並將沒有走完的距離刪除。到此刀庫精定位完成, 也即整個刀（dāo）庫的找刀（dāo）定位或者還刀定（dìng）位完成。這時機械手在PLC 程序控製下, 即可進行取刀或還刀動作。

      刀庫精定位PLC 控製（zhì）程序如下:

      3. N C 第二通道運轉刀庫（kù）程序

      該程序用來控製（zhì）刀庫粗定位和精定位運（yùn）轉, 並控製刀庫近程找刀。程序中R O 為PLC 計算出的粗定位運轉值, R 9 為讀出的刀庫當前位置值。

      三、應用結（jié）果

      該方案在我廠生產的新產品x HA 24 2 5 x 80 / 1 龍門加工中心上已經實現, 整機調試（shì）完成後, 又專門對刀庫機械手的自動找刀和自動換刀進行了考驗, 並用來加工出用戶廠的複雜工件。經過用戶半年多的實際加工應（yīng）用, 事實證明, 該刀庫定位方案完全正確, 運行十分可靠, 達到原設計要求（qiú）, 用戶也十分滿意。實（shí）踐證明, 該方案優於國外同類產品的控製方法。

      一是節省了硬件、節約了成（chéng）本; 二是調試容易,大大縮短了調試周期（qī）; 三是充分利用了N C 控製係統的功能和成熟技術, 因而大大提高了工（gōng）作的穩定性和可靠性; 四（sì）是控製精度很高。經過（guò）三種附件頭的自動換刀考驗（yàn）, 完全達到機械自動（dòng）換刀精度要求。

      該方（fāng）案（àn）的采用和實現在國內來講也是首次應用,處於先進水平。該方案（àn）的PLC 控製程序采用模塊化設計方法, 這對於今後生產類似機床將（jiāng）十分有利, 很容易將其應用於其它類似機床上。這（zhè）對（duì）於今後發展大型龍門（mén）加工中心提供了（le）有力的技術支持。