1. 機械手刀庫的工作特征

      機械（xiè）手式刀庫是數控加工中心使用的主要刀庫（kù）類型。其特點（diǎn）是刀庫可裝（zhuāng）刀具多( 很多鏈式刀庫也可歸（guī）入此類型)，換刀速度快（kuài），換刀時間短，這是鬥笠式刀庫無法相比的，所（suǒ）以（yǐ）機（jī）械手（shǒu）刀庫在中高端加工中心（xīn）中得到廣泛應用。近年來也開始應用於一般的加工中心。機械手刀庫的換刀動作與鬥笠式刀庫不同，鬥笠式刀庫換刀後，刀套號始終與實際刀具號相同。而機械手刀庫經過多次換（huàn）刀（dāo）後，刀套號與實際刀具號不相同，在PLC 程序中其識別刀（dāo）號要複雜得多。

      筆者在調試基於三菱M70 數控係統配機械手刀庫的加工中心過程中，研究開發了機（jī）械手刀庫的換（huàn）刀宏程序和相應的PLC 程序。本文將介紹應用（yòng）三菱專用ACT 指令開發機械手刀（dāo）庫換刀程序（xù）的關鍵技術（shù）。

      2. M70 數控（kòng）係統內置刀庫的設置

      為了在數控（kòng）係統顯示屏幕上能觀察到刀庫的運（yùn）動和刀具號（hào）的變化，必須使用數控係統內置（zhì）的虛擬刀庫功能。在（zài）三菱M70 數控係統中有（yǒu）內置虛擬刀庫的功能，該虛擬刀庫可（kě）以模擬外部實（shí）際（jì）刀庫的（de）動作，其優越性是在顯示屏上可以觀察到刀庫的正反轉和各刀位內的實際刀具號（hào），也可以觀察到主軸上的刀具（jù）號以（yǐ）及需（xū）要更換的下一刀具（jù）號。

      (1) 刀庫用特殊寄存器的（de）功能在使用內置刀庫之前必須進行必（bì）要的設置。三菱M70 數控係統中（zhōng）規（guī）定了一些固定的文（wén）件寄（jì）存器( 以下稱R 寄存器)用以表征刀（dāo）庫的基（jī）本性能，這些（xiē）R 寄存器的功能（néng）如下。

      R10600: 刀庫基本控製參（cān）數。如圖1 所示。

      bit: 設定刀號長度，是T4 還是T8，一般選擇T4。bit1: 設定刀庫從（cóng）1 還是0 開始計數。

      bit3: 對各刀具庫的設定。

      bit3 = 0，刀庫數固定設置。即係統內固定設（shè）定有刀庫3 個，每個刀庫內（nèi）固定設定刀具數為（wéi）120，刀具總數可達360。

      bit3 = 1，可設定的刀庫數= 5，每一刀庫內的刀具數可以（yǐ）任意設（shè）定。刀具總數可達360 ( 一般（bān）選擇bit3 = 1，因（yīn）為其刀庫內的刀具數可以任（rèn）意設定，大多數刀庫的刀具數為20 ～ 30)。

      R10610: 每一刀庫內的刀具數，也就是每一刀庫內（nèi）有幾把刀，這是一重要（yào）參（cān）數。

      R10620: 主軸刀具號。該R 寄存器存（cún）放主（zhǔ）軸刀具號，經設置後可以在屏幕上觀察到“主（zhǔ）軸刀（dāo）具號”。

      R10621: 設置待機刀具號。

      R10603: 刀具庫工作畫麵（miàn）的顯示內容。

      以上寄存器可以認為是（shì）一實際刀具庫的參數，必須在PLC 程序中予以設置。

      (2) 刀庫用特殊寄存器的設置如圖2 所示，通過（guò）編製PLC 程序進行刀庫（kù）用特殊寄存器的設置。經過以上設置後，在刀庫工作畫麵就可以觀察到一刀具庫，特別（bié）是每一刀（dāo）位內的刀具號，而且在內置刀庫內（nèi）是以固定的R 寄存器存（cún）放每一（yī）刀號（hào）。在三菱M70 數（shù）控係統中，以R10700 ～ R10779 代表每一（yī）刀位，而其中的數據就是刀具號。一般設置指（zhǐ）針=以R10700 為換刀位置。以圖2 設置的20 把刀的

      刀庫為例，R10700 ～ R10719 為1 ～ 20 號刀位， R10700 為換刀（dāo）位置。對於機械手刀庫而言，R10700～ R10779 代表刀庫的固定刀位，所（suǒ）以R10700 內的數據就是換刀（dāo）所需要的數據，即換刀點位置刀具號。

      3. 換刀專用指令的使用

      在對M70 數控係統內置刀（dāo）庫設置完畢後，為了動態的模擬（nǐ）實際刀庫的換（huàn）刀動作，M70 數控係統還提供了專用的換刀指令（lìng），正確的使用該（gāi）指（zhǐ）令，可以大大簡化PLC 程序對換刀過程的處理。如果使用常規的PLC 指令編程可能很（hěn）複雜，而且還不能在（zài）屏幕上觀察到刀庫的運動和各刀套中（zhōng）的實際刀具（jù）。

      在換刀程序中必須使用專用的換（huàn）刀指令如下:

      刀具（jù）號設定指令，刀盤正反轉（zhuǎn）指令，就（jiù）近選刀指（zhǐ）令（lìng），主軸（zhóu）刀具與刀庫內刀具交換（huàn）指令。

      (1) 設定刀具號向刀庫中的R10700 ～ R10779順（shùn）序寫（xiě）入刀具號，指令見圖3。

      圖3 所示是一次性向（xiàng）刀庫中的所有刀位寫入刀具號的指令。該指令為11 號專用指令，通（tōng）常用（yòng）於刀庫的初始化。

      (2) 刀盤正反轉（zhuǎn）指令刀盤正反轉（zhuǎn）指令模擬了實際刀盤的（de）正反轉。該指令一般由（yóu）刀庫內計數器的正反轉脈衝所驅動，這樣在屏幕上可以觀察到刀盤（pán）的正反轉。如圖4 所示。

      當刀盤（pán）正轉（zhuǎn）脈衝或反轉脈衝驅動上述指令（lìng）後，在顯示（shì）屏幕上可（kě）觀察（chá）到各刀位（wèi）內R10700 ～ R10719 內的數據做環形移動，就相當於（yú）住（zhù）進了環（huán）形客房的客（kè）人全體順時針或逆時針移動。一般設（shè）定（dìng）指針為0，即采（cǎi）用R10700 為換刀點，R10700 的數值就表示了換刀位置中的刀（dāo）具號。使用該指令（lìng）的主要目（mù）的就是要獲（huò）得在換刀位置的刀具號———即當前刀號。當（dāng）前刀號是換刀動作所必（bì）須的數據。指令刀號即（jí）T 指令號由R536 中的數據表示，這是NC 中已經規定了的。

      經過以上處理，獲得（dé）了換刀位置（zhì）的刀號數據和指令刀號的刀號數據（jù），這就可以進行比較，以獲取停止旋轉條件。

      (3) 就近選（xuǎn）刀（dāo）即按最短（duǎn）的行（háng）程旋轉刀盤。在編製PLC 程（chéng）序（xù）時，核（hé）心就是選（xuǎn）刀，即發一個選刀指令，驅動刀庫正向或反向旋轉，直到換刀位置刀號與所選刀號相等，才使刀盤（pán）停止旋轉（zhuǎn），執行後續的換（huàn）刀動作。

      可以使用ACT 專用指令中的1 號搜索指令，先搜索出目標刀號（hào）在刀庫環形坐標係中的位置，再根據其位置判斷正反轉方向。

      起動該指令後，其搜索出的數據是目標刀具在刀庫中環形坐標係中的位置(0，1，2…)。

      對應於一個（gè）20 把刀的環形刀庫，通過判斷其數值是（shì）否大於10，就可以（yǐ）確定選刀的方向，這在PLC程序中可以很方便處理。

      (4) 刀具交換（huàn）指令在（zài）機械（xiè）手（shǒu）刀庫中，有一個重要的動作是（shì）換刀，即將主軸上的刀（dāo）具與刀庫換刀位的刀具交換。三菱CNC 係統有一專（zhuān）用的3 號指令來表示這一動作（zuò）。

      使用這一指令首先必須設置需要交換刀具的R寄存器號（hào）(一般是主軸刀具R10620) 以及刀庫指針R10615 (一般（bān）設定R10615 = 0)。這樣該指（zhǐ）令的實際動作就（jiù）是（shì）將主軸刀具號(R10620 中的數據) 與刀庫中R10700 中的刀具（jù）數據相交換。同時必須注意該指令的（de）觸（chù）發條件必須與實際（jì）換刀過程（chéng）相一致。筆者編製的（de）程序是用（yòng）“主軸換刀（dāo）完成”信號來作為該指令的觸發（fā）條件。如圖5 所示。

      4. 換刀宏程（chéng）序及PLC 程序的（de）編製方法

      換（huàn）刀程序的（de）編製有兩種類型: 其一是全部動作由PLC 程序控製，其二是換刀動作的順序部分由宏程序編製，而單步（bù）的動作由PLC 程序編製。由於宏程序的（de）編（biān）程簡單，特別是可以方便地進行條件判斷，改變程序的流程，分析和調試程序也方（fāng）便（biàn），所以使用宏（hóng）程序方式（shì）編製（zhì）換刀程序是簡便易行（háng）的方法。

      機械手刀庫（kù）的換刀可以分解為兩部分，第1 為選刀，第2 為換刀。在實（shí）際加（jiā）工過程中，可先發出選刀指令完成選刀，在需要換刀（dāo）的工步再行執（zhí）行換（huàn）刀，這樣可以節約換刀時間。這也是機械手刀庫的優越性之一。

      因（yīn）此在編製機械手刀庫宏程序時（shí）可編製兩個宏程序，其一是選刀宏程序，其二為換（huàn）刀宏程序。在不同的工步調用不同的宏程（chéng）序。

      (1) 機（jī）械手刀庫的換刀順序( 選刀已預先完成（chéng）狀態) 各軸(X、Y、Z 軸) 運動至第（dì）1 換刀點（diǎn）→主軸（zhóu）停轉→關（guān）閉（bì）切削液→Z 軸運動至第2 換刀點→主軸定位（wèi）→刀套垂直→刀臂卡刀→主軸鬆刀（dāo）→刀臂換（huàn）刀→主軸鎖刀→刀臂回原點→刀套水平→換刀完成。

      5. 刀套號與（yǔ）實際刀具號的關係

      一般的機械手刀庫在每一刀套上都有標記、有刀（dāo）套號，而且（qiě）是按順序排列的。機械手刀庫隻在初始化時（shí），其刀套號和實際刀具號相同。經過（guò）多次換刀後，由（yóu）於主軸（zhóu）刀號被（bèi）交換進來，刀套號和實際刀具號已經不相同（tóng）。但加工中（zhōng）心的操作（zuò）者還是要求快（kuài）速查（chá）看實際刀具的位置，即刀套中的實際刀具（jù）。

      在實（shí）際的PLC 程（chéng）序中（zhōng）作如下處理:

      製作一環形計數器(0 ～ n － 1，其中（zhōng）n 為刀庫中的（de）刀具數)，用（yòng）刀庫計數器信號驅動(刀（dāo）庫（kù）計數器信號也驅動刀（dāo）盤運動指令)。這樣環（huán）形計數（shù）器內的數值就表示了刀套號的實際運動位置(相對於R10700 起始的固定指標)。將環形計數器（qì）內的數值送入（rù）指針R10615，在三菱CNC 的刀庫工（gōng）作畫麵中，刀套編號就與（yǔ）實際刀具號實際對應起來，這樣（yàng）可以方便地查看實（shí）際刀具。

      但是（shì）將環形計（jì）數器內的數值送入（rù）指針R10615 的時機有限製，不能用常ON 信號，因為指針的數值變化會影響其他（tā）專用換刀指令的執（zhí）行。

      6. 刀庫調試必須（xū）注意的問（wèn）題

      (1) 刀庫的初始（shǐ）化初始狀態為（wéi）主軸刀號為0號刀，刀盤按當前刀位為1 號刀順序裝刀。必須（xū）在PLC 程序中預先用開關信號做刀庫初始化，設置當前（qián）位置刀號和主軸刀號，如圖3 所示。

      (2) 在選刀及換刀宏程序中，必須（xū）做刀號比較判斷及足夠的安全保護條件。

      (3) 刀庫計數脈衝的使用刀庫製造廠家一般在刀庫上配有（yǒu）計數器，用以計數（shù）刀（dāo）庫的旋轉。在調（diào）試刀庫時發現，即使在手動狀態下（xià）發刀庫旋轉指令，刀庫總是不能停止在正確位置上，是什麽原因呢?

      經過仔細觀察刀庫的動作，發現當刀（dāo）庫計數接近開關的紅燈熄滅時，刀庫才進入刀位的正確位置。因此必須用計數接近開關脈衝的下降沿做停止條件（jiàn）。在PLC 中改用下降沿脈衝後，果然能正確定位。也有刀庫計數器是使用脈衝的上升沿做停止條件的，要根據（jù）實際情況確定。

      (4) 位置開關的（de）使用（yòng）為了保（bǎo）護刀庫（kù）的安全工作，充分利用了M70 係統所具有的位置開關功能。即可以通過參數（shù）在Z 軸上設定位（wèi）置開關，位（wèi）置開關的（de）位置區域就是Z 軸的換刀點。隻有（yǒu）Z 軸進入該位置區域，位置開關（guān）= ON，刀庫才能（néng）前進卡刀。