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VMC0656e 門式五軸加工（gōng）中心的刀庫控製

2013-8-12 來源：作者：沈陽機床股份（fèn）有限公司陳（chén）光，王旭

1 機床結構概述

VMC0656e 是沈陽機床股份有限公司2010 年開（kāi）發的一款門式五軸（zhóu）加（jiā）工中心，該機（jī）床采用龍門動橫梁式結構，直線軸X、Y、Z 采用電機直連，A、C 軸耳擺式工作台。根據用戶要求（qiú）可以選（xuǎn）配SIMENS －840D 係統，FANUC － 31i 係（xì）統同時也可選擇國產數控係統。

2 刀庫工作原理

VMC0656e 配（pèi）備台灣基輔生產的LC0140 －020SZ101 － 02 型刀庫( 符合ISO － 9001) ，最大容量（liàng）20 把，單把刀具要（yào）求滿刀時最大半徑75mm，最大長度250mm，最大重量8kg。刀（dāo）庫（kù）外形為跑道型並采用鏈子將各個刀套聯結在一起，刀（dāo）庫的回轉運動由帶抱閘的三相異步電機作動力源，三相電源通過交流接觸器提供給電機（jī）時抱閘自（zì）動打開，然（rán）後刀庫進行旋轉，切斷電源則抱閘閉鎖（suǒ），刀庫立刻停止運動（dòng）。

刀庫中刀（dāo）套（tào）按照T 代碼的指令運轉到換刀位置，進（jìn）行刀具交（jiāo）換。在機（jī）床工作過程中刀具按著指令由主軸（zhóu）直接抓（zhuā）取。實際上述條（tiáo）件除了刀具安裝尺寸等機（jī）械方（fāng）麵達到要求外，尤為重要的（de）是數控係統如何保證（zhèng）機床（chuáng）換刀過程的完成。

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（gāo）其加工效（xiào）率，我們決定采（cǎi）用無（wú）機械手換刀方式，這種方式更為簡單而（ér）且（qiě）快速，在機床工作結束時，由主軸將刀（dāo）具直接插回刀套，然後進行選刀，再由主軸直接（jiē）抓刀繼續工作。

在基輔LC0140 － 020SZ101 － 02 型刀庫中提供（gòng）了刀庫換刀的時序圖，如圖1 所示，電氣動作（zuò）時序圖說明:

1) 選刀啟（qǐ）動（dòng）( 為正、反轉就近選刀啟動) ;

2) 計數及定位信號( 使電機定位停止) ;

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

4) 刀庫伸出（chū）和（hé）縮回( 當選刀過程結束控製刀庫（kù）伸出和（hé）縮回) 。

4 自動換刀過程的實現

4. 1 西門子刀具管理原理簡述

為了（le）達到（dào）一次裝夾（jiá）實現（xiàn）多工序加工的目的，現在的數控機床大部份配備了交換刀具係（xì）統，這樣，數控係統需要知道這些刀（dāo）具（jù）的幾（jǐ）何尺寸，還有（yǒu）刀具在刀庫裏的具體位置。為了適應工廠（chǎng）自動化生產的更高要求（qiú），有時還需要對刀具的加（jiā）工時間或者是加工件數進行監控，當達到（dào）刀具的加工壽命時，係統會提示操作者更換刀（dāo）具，避免因為刀具的磨損而造成批量廢品。在（zài）自動化程度更高的機床上，還可以為一些刀具配備一把（bǎ）或（huò）幾把類似的刀具，叫做姊妹刀，當（dāng）某把刀具達到加工壽命時，係統會自動挑選它的姊妹刀來代替，這樣能保證（zhèng）加工的連續運行（háng），上述這些功能（néng）統稱為刀庫管理功能，西門子（zǐ）840D 係統可以（yǐ）選（xuǎn）配刀（dāo）庫管理（lǐ）功能。

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

DB21. DBX61. 0T 碼（mǎ）改變，當NC 遇到一個（gè）新的T 指令時，該信號有效，信號隻持續（xù）一個PLC 周（zhōu）期; DB21.

DBW118T 碼的值，也就是要交換的新刀號（hào）的值，該信號在新的刀號來之前一直有效（xiào）。

4. 2 HMI 的調整

對於HMI 來說，不需要對刀庫管理進行特殊的設置，隻（zhī）要係統刀（dāo）庫管理（lǐ）功能生效（xiào）以後，係統會自動用帶刀庫（kù）管理功能的操作畫麵來代替標準的刀具（jù）參數顯示畫麵，在這個畫麵裏既能顯示刀庫裏刀具（jù）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（dāo）具進行管理，比如裝載和卸載，是定點（diǎn）換刀還是隨機（jī）換刀，常規的刀沿尺寸修改（gǎi），刀具位置的重新分（fèn）配（pèi）等。

4. 3 NCK 的調整

西門子－ 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（néng）。由於刀庫管理需要占用一些內存，需要在係統裏麵預留相應的內存，主（zhǔ）要相（xiàng）關參（cān）數如下:

MD18080 係統刀庫管理參數，對整個係統而言;

MD20310 通（tōng）道（dào）刀庫管理參數，僅對相（xiàng）應通道而言，一般設置成和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; Bit 1 刀具監控（kòng）功能是否（fǒu）有效; Bit 3 是否考慮鄰近刀（dāo）座; Bit 4 PLC是否（fǒu）能要求新的修改參數後的預選刀具指令一般的刀庫管理功能，這四位都（dōu）需要（yào）置上，所以至少為BH;

MD18084 係統管理刀庫數量，要（yào）包（bāo）含虛（xū）擬刀庫，所以至少為3;

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

MD18082 係統管理的刀具數（shù），一般要大（dà）於實際的刀座數; MD18100 係統管理的（de）刀沿數（shù），一般要大於係統管理的刀具數。

以上參數的修改（gǎi）都會涉及到內存的重新分配，所以修改後要立即( 不要下電和NCK 複位) 做一個NC 數（shù）據的備份，再回裝回來（lái），這樣NCK 的刀庫管理功能就急活了。

刀庫的建立，通過以上參數的設定，係統隻是為（wéi）刀庫管理預留了相應（yīng）的空間，但對於刀庫的特（tè）征 ( 比（bǐ）如刀（dāo）庫的（de）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，係統可以通過（guò）傳（chuán）輸一個刀庫定義文件來對係統（tǒng）變量賦值（zhí），也可以通過（guò）執（zhí）行一個子程序來對這些變量賦值，對於HMI_ADVACED 來（lái）說，可以在啟動菜單裏通過圖形交互形式生成一（yī）個刀庫的配置文件，對PCU20而言，隻（zhī）能（néng）通過編輯器來（lái）編輯刀庫定義文件，附件裏有一（yī）個刀庫定（dìng）義文件，裏麵主要包含以下幾個信息:

$ TC_MAP1［0］= 0 刪（shān）除原（yuán）來有關刀庫的數據;

$ TC_DP1［0，0］= 0 刪除原有刀具（jù）數據;

$ TC_MAP1［n］刀庫的類型實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］刀座的數量n 表示刀（dāo）庫號;

$ TC_MAMP2 刀具和空刀座搜（sōu）索策略（luè）;

$ 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（dìng）義刀座狀態;

$ TC_MLSR［n，m］把緩存刀（dāo）庫（kù）的刀座分配（pèi）給相應的主軸;

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

$ TC_MDP1［n，m］、$ TC_MDP2［n，m］定義虛擬刀座和（hé）換刀點的偏置量，這個參數對裝（zhuāng）/卸刀具點才有用，對其他虛擬刀座來說，這個值為0。當（dāng）這些係統參數正（zhèng）確定（dìng）義以後，在刀庫管理顯（xiǎn）示畫麵（miàn）裏就可（kě）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（zhǔ）要要處理刀庫管理（lǐ）發送過來指令的應答信號，PLC 必（bì）須知道有關刀庫的一些情況，根據這些情況生成相（xiàng）應的DB 數據塊，在HMI_ADVANCED裏，配置刀庫管（guǎn）理的菜單裏，有一個軟鍵能根據刀庫的具體配（pèi）置文件生成相應的數（shù）據塊DB71 － DB74，對PCU20 而言，隻能通過（guò）係統數據塊DB4 來生成。在DB4 裏麵定義刀庫的（de）特征，這些定義（yì）在OB100 裏麵調用一次就（jiù）行了，附（fù）件有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數即可。下麵是幾個（gè）常用的地（dì）址:

DB4. DBW64 刀庫數量;

DB4. DBW65 刀庫號;

DB4. DBW67 刀庫類型（xíng）;

DB4. DBW68 刀（dāo）庫的刀座數;

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

DB4. DBBn 主軸數量n 的數值為DB4. DBW64的值* 5 + 65。

在刀庫管理中，刀具交換時要等（děng）待PLC 的刀具（jù）準備應答信號，由於刀庫管理需要知道刀具離開刀（dāo）庫後的臨時存（cún）放位置，比如是在主軸上還（hái）是在機械手上，刀具準備和刀具交（jiāo）換是否完（wán）成，這些都需要PLC 來應答，PLC 是通過調用FC8 來應答（dá）刀具管理。

PLC 編程思路:

CALL " TM_TRANS" / /調用FC8 時需要提供這（zhè）幾個參數

Start : = #Start / /啟動信號，當該信號為（wéi）1 時，係統調（diào）用FC8

TaskIdent : = #TaskIdent / /任務索引號，指要交換刀具的主軸號，一般為1

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

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

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號

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

Status : = #Status / /執行（háng）該指令時的狀態字

Ready : = #Ready / /FC8 是否完整（zhěng）執行

Error : = #Error / /指（zhǐ）令執行時是否有（yǒu）錯誤有時一（yī）個換刀過程需要刀具經過幾個過渡狀態才能完成（chéng），這時候常需要多次調用FC8 來及時更新刀具的位置信息。