大型龍門加工中心刀庫的定位控製一直是一個關鍵技術問題。通過采用N C 數（shù）控功能和PLC 拉製（zhì）, 再加上一塊模擬量輸入板及（jí）必要（yào）硬（yìng）件（jiàn）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）用戶（hù）的一台（tái）大型龍（lóng）門加工中心, 是新（xīn）開發的產品。該加（jiā）工中心的刀庫為鏈式刀庫, 機械手（shǒu）為（wéi）立臥可轉換式, 能對垂直銑頭和直角銑頭（tóu）等多種附件銑（xǐ）頭進行自動立式和臥式換刀。該機配（pèi）有3 個附件頭、3 個附件小車（chē）。所以結構複雜（zá）, 控（kòng）製也複雜, 技術含（hán）量很高。我廠是首次製造, 在國內也是首次製造。該機床采用德國西門子公司（sī）最新生產的8 4D I〕數控係統, 內裝PLC 由S{壓P7 語言控（kòng）製。該機床刀庫容量為40 把刀（dāo）(有大刀和小刀兩種刀（dāo）位), 是立式鏈式刀庫, 驅動由西門（mén）子公司數字式交流伺服電機執行。刀庫刀具最大重量可達7 0k g , 當裝滿刀具後整個刀庫轉動（dòng）起來慣性很大（dà）。因此無法采用通常小型加工中心機床采用（yòng）的用（yòng）定位銷來（lái）進（jìn）行機械精定位,必（bì）須由電（diàn）氣（qì）控製解決（jué）刀（dāo）庫精定位（wèi）問題（tí）。但是該類型刀庫隨著使用（yòng）時間的推移, 其（qí）變形量(即每二個刀位之間的（de）間隙（xì）量)也在不斷變化, 因此無法采用電氣補償的辦（bàn）法來解決。

      該類機床國外某些廠家的解決方法也是（shì）由電氣控製進行（háng）精定位。是采用自己設計並製造一套控製刀庫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開關傳回（huí）的模擬量進行比較, 用其差值來控製（zhì）刀庫電機正轉或反轉, 最終達到刀庫精確（què）定（dìng）位。但因控製複雜,不利於小批量生（shēng）產等原因, 經全麵考慮, 決定（dìng）不采用此方案。

      必（bì）須尋找一個經濟上便宜, 質量上可靠, 技術上先進, 控製（zhì）和調試簡單的方案來解決這一技術難題。經過多次分析比較和論證, 決定采用充分利用CN C數控係統的控製功（gōng）能, 再加上編製某些PLC 控製程序和選擇一些合適（shì）的硬件來（lái）解決該刀庫的定位問題。分析國外同類機床對（duì）此問題的解決方法, 可（kě）以（yǐ）看出其核心問題是將二個感應開關(裝在刀庫上精定位用)的信號進行比較, 用二（èr）者感應值的差值控製刀庫電（diàn）機正轉或反轉, 從而（ér）最終（zhōng）達（dá）到刀庫精（jīng）定位。

      據此可想到這完全可以利用CNC 數控係統（tǒng）的控製功能, 加上一塊模擬量輸入板, 通過該板可（kě）以將（jiāng）刀庫上二個精定位感應開關的輸出量轉變為數字量。然後通過PLC 程序來（lái）比較這二個感應開關被轉化（huà）後的（de）數字量差值, 由PLC 程序來控製NC 運轉刀庫, 從而達到刀庫精確（què）定（dìng）位。

      該（gāi）模擬輸人板選用西門子公司批量產品（pǐn）, 性能穩（wěn）定可靠。

      關於PLC 控製（zhì）程序完全可以由自己（jǐ）編製, 隻要正確處理好PLC 和N C 之間（jiān）的通訊關係, 即（jí）可（kě）達到控製要求。

      該方案可以（yǐ）分（fèn）二步來實現, 即刀庫先進行粗（cū）定位,然（rán）後進行精定位。

      第一步是（shì）先讓刀庫進行定位。即根（gēn）據零件加工程序中要求刀庫應轉到的刀位號, 通過PLC 程序計算出刀庫應轉動的角度, 並通（tōng）知（zhī）Nc 按此值去運轉刀庫。當N C 控製刀庫運轉到位後, 立即（jí）通知（zhī）PI尤, 刀庫（kù）粗定位完成。

      第二步是讓刀（dāo）庫進行精定位。當PLC 接到NC 發出的（de）刀庫粗定位到位信號後, PLC 立即開始對二個精定位開關輸出（chū）值（zhí）進（jìn）行比較, 並通知N C 低速運轉刀（dāo）庫, 直到精（jīng）定（dìng）位到位。

      從以上分析可知, 無論從硬件還是從軟（ruǎn）件, 還是從控製技術講均可實現（xiàn）, 因此該方案是可行的。

      二、方案實施

      (一)硬件選擇（zé）

      1. 刀庫精（jīng）定位要（yào）求的定位精度機械上要求在刀庫精確定位（wèi）後, 刀具應能順利插人刀（dāo）套或從刀套中順利拔出。

      而且還要求機械手從刀庫上取出的刀具（jù）能順利地裝人主軸, 或從（cóng）主軸上取下的刀具順利地裝回到（dào）刀庫刀套中, 機械要求定位公（gōng）差（chà）為（wéi）士0. 05 mm。

      2. 刀庫精（jīng）定位用感應（yīng）開關的選擇

      由於精定位精度比較高, 因此就選擇了德國巴魯夫公司生產的感應開關, 型號為BAWOl8-P-l-K- 2, 最大輸出電（diàn）流為10mA (最小為1mA)。該類開關（guān）靈（líng）敏度高、抗幹擾性（xìng）能強, 具有線性放大性能（néng）。要求工作溫度-10 ℃ ~+ 60 ℃ 。

      3 . 精定（dìng）位（wèi）開關的安裝

      二個精定位開關的安裝是很講究的（de）。要求裝（zhuāng）在機械上稍有變化, 即可引起二個開關（guān）輸出量有較大變化（huà）的位置。該二個開（kāi）關的感應麵是圓形刀套的（de）外（wài）圓（yuán）表麵。這二個感應開關相對（duì）刀套外圓表麵的距離（lí）可調, 同時二（èr）者之間的相對位置可調, 以保證其感應靈敏度高。在安裝（zhuāng）時采用將刀庫手動轉動一個真正刀具能夠準確順利（lì）裝入和拔出刀套的位（wèi）置, 並用千分表測出轉（zhuǎn）動誤差在公差範圍內。

      這時用專門儀器監測這二個感應開（kāi）關的輸出信（xìn）號,並同時來調整這二個開關的安裝位置, 直到這（zhè）二個開關的輸出信號近似相等為止, 這時才算安裝完畢。

      4. 刀庫精定位用模擬量輸（shū）入控製板選（xuǎn）擇

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

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

      (二)PLC 控製程序

      所（suǒ）有硬件工作完成後, 就可以設（shè）計PLC 控製程序了。編程語言是采用（yòng）西門子5 7 語言。編程（chéng）方法是采用模塊化的設計方（fāng）法, 將刀（dāo）庫定位程（chéng）序分為二個（gè）功能模塊, 即刀（dāo）庫粗定位功能塊(FC 81 程序塊)和刀庫精定位功能塊(FC82 程序塊)。

      1. 刀庫粗定位控製及PL C 控製程序塊（kuài）(FC81 )

      由於（yú）該（gāi）刀庫共有40 個刀位, 也就是說在3 60 °圓周（zhōu）上等分為40 份, 因此相鄰二個刀位之間9°。同（tóng）時規定第一號刀位為0o 位, 因此第（dì）幻號刀位（wèi）為3 51 。位。刀庫軸定義為旋轉軸, 並（bìng）定義為模態的（de）。該機采用的找刀指（zhǐ）令為H 指令, 自動換刀（dāo）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（gāi）值在西門子840 D 係統（tǒng）中為D BZI·D BW 140 )。假設是H S 指令(即要找5 號刀（dāo）位), 這時PLC 程序讀到的值為5。由於每個刀位占有9°, 1 號刀位為0o 位。所以PL C 計算出的刀庫要走的距離為(5－1) x9° =36°。粗定位最終（zhōng）值（zhí）為36 °－1°=35 ° , 並（bìng）將該值進行數製轉換使其變為N C 所要求的數製（zhì）, 將其存人一（yī）個（gè）與NC 協議好的地址中(該地址（zhǐ）我（wǒ）們定為D B60·D BD 40 )。當這（zhè）一（yī）切計算完成後, PLC 程序就向NC 發出準備完成信號。當N C 接到該信號後就從D B60·D BD 40 中取值, 並按一定要求（qiú）計算和處理。當處理（lǐ）完（wán）成後, NC 通知H 尤處理完成, 這時PLC 程序就發出起動刀庫運轉（zhuǎn）的命令,於是刀庫（kù）就在NC 控製下運轉到指定位置。運轉到位後, NC 通知PLC 運（yùn）轉（zhuǎn）到位, 這時刀庫粗定位完成。刀庫粗定位（wèi）用H 尤控製程序如下:

      2. 刀庫精定位控製及PLC 控製程序塊(FC 8 2 )

      當刀庫粗定位完成後, 並沒有到達要找的刀位的真正最終（zhōng）位置(還差lo 左右), 這剩下的一段距離（lí）就由刀庫精定（dìng）位PLC 控製程序來完成。當PLC 接到刀庫粗定（dìng）位完成信號(D B60·DBX2.0 = l) 後, PLC 就開始調用刀庫精（jīng）定位程序塊(FC 82 )。這時（shí）NC 仍然控製刀庫繼續低速向前運轉, 所給定的運動（dòng）距離大於最終到位（wèi）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板（bǎn）轉換後的值, 並（bìng）隨時比較二者差值。當（dāng）其差值小於允差值時, PLC 即向NC 第二通道發出刪除餘程命令。NC 接該命（mìng）令之後, 立即停止刀庫運轉, 並將沒（méi）有走完的距離刪除。到此刀庫精定位完成, 也即整個刀庫的找刀（dāo）定位或者還刀定位完成。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（kòng）製程序如下:

      3. N C 第二通（tōng）道運轉刀庫程序

      該程（chéng）序用來控製刀庫粗定位和精定位運轉（zhuǎn）, 並控製刀庫近程找（zhǎo）刀。程序（xù）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、應用結果

      該方案在我廠生產的新產品（pǐn）x HA 24 2 5 x 80 / 1 龍門加工中心上已經實現, 整機調試完（wán）成後, 又（yòu）專門對刀（dāo）庫機械手的自動找刀和自動（dòng）換刀進行（háng）了考驗, 並用來（lái）加工出（chū）用戶廠的複雜工件。經過用戶半年多的實際（jì）加工應用, 事實證（zhèng）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, 用戶也十分滿意。實踐證明, 該方案優於國外同類產品的控製方法。

      一是節省了硬件、節（jiē）約了成（chéng）本（běn）; 二是調試容易,大大縮短了調試周期; 三是充分利用（yòng）了N C 控製係（xì）統的功能和（hé）成熟技術, 因而大大提高了工作的穩（wěn）定性（xìng）和可靠性; 四是控製精度很高。經過三種附件頭的自動換刀考驗, 完全達到機械自（zì）動換刀精度要求（qiú）。

      該方（fāng）案的采用和實現在國內來講也是首次應用,處於先進水平（píng）。該方案的PLC 控製程序采用（yòng）模塊（kuài）化設計方法, 這對於（yú）今（jīn）後生產類似機床將十分有利, 很容易將其應用於其它類似機（jī）床上。這對於今後發（fā）展大型龍（lóng）門加工中心（xīn）提供了有力的技術支持。