VMC0656e 門式五軸加工中心的（de）刀（dāo）庫（kù）控製-數控機床市場網

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VMC0656e 門式五軸加工（gōng）中心的刀庫控製

2013-8-12 來源（yuán）：作者：沈陽機床股份有限公司陳光，王旭

1 機床結構概述（shù）

VMC0656e 是沈陽機床股（gǔ）份有限公（gōng）司2010 年開發的一款門式五軸加工中心（xīn），該機床（chuáng）采用龍門動橫梁式結構，直線軸（zhóu）X、Y、Z 采用電機直連，A、C 軸耳擺式工作台。根據用戶要求可以選配SIMENS －840D 係統，FANUC － 31i 係統同時也可選擇國產數控係統。

2 刀庫工作（zuò）原理

VMC0656e 配備台灣基輔生產的（de）LC0140 －020SZ101 － 02 型刀庫( 符（fú）合ISO － 9001) ，最大容量20 把，單把刀具要求滿刀時最大半徑75mm，最大（dà）長度250mm，最大重量8kg。刀庫外形為（wéi）跑道型並采用鏈（liàn）子將各個刀套聯結在一起，刀（dāo）庫的回轉運動由帶（dài）抱（bào）閘（zhá）的三相（xiàng）異步電機作動力源，三相電源通過交流（liú）接觸器提供給電機時抱（bào）閘自動打開，然後刀庫進行旋轉，切斷電源則抱閘閉鎖，刀庫立刻停止運（yùn）動。

刀庫中刀套按照T 代碼的（de）指令（lìng）運轉到換刀位置，進行刀具交換（huàn）。在機床工作過程中刀具按著指令由主軸直接抓取。實際上述條件除了（le）刀具安裝尺寸等機械方麵達到要求外，尤為重要的是（shì）數控係統如何保證機床換刀過程的完成（chéng）。

3 換刀過程及（jí）對電氣係統的要求

由於VMC0656e 為緊湊型高速加工（gōng）中心，在設計（jì）初期為了進一步提高其加工效（xiào）率，我們決定采用無機械手換刀方式，這種方式更為簡單而且快速，在機床工作結束時，由主軸將刀具直接插回刀套，然後進行選刀，再由主軸直接抓刀繼續工（gōng）作。

在基輔LC0140 － 020SZ101 － 02 型（xíng）刀庫中提供了刀庫換（huàn）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（fǎn）轉就（jiù）近選刀啟動) ;

2) 計數及定位（wèi）信號( 使（shǐ）電機定位（wèi）停止) ;

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

4) 刀庫（kù）伸出和縮回（huí）( 當選刀過程結束控製刀庫伸出和縮回) 。

4 自（zì）動換刀過程的（de）實現

4. 1 西門子刀具管理原理簡述

為了達到一次裝夾實現多工序加工的目的，現在的數控（kòng）機床大部份配（pèi）備了交換（huàn）刀（dāo）具係統，這樣，數控係統需要（yào）知道這些刀具的幾何尺寸，還有刀具（jù）在刀庫裏的具體位（wèi）置。為了（le）適應工廠自動化生產的更高要（yào）求，有時還需要對刀具的加工時間或者是加工件數進行監控，當達到刀具的加工壽命時，係統會提示操作（zuò）者更換刀具，避免因為刀具的磨（mó）損（sǔn）而（ér）造成批量廢品。在自動化（huà）程度更高的機床上，還可以為一些刀具配備一把或幾把類似的刀具，叫做姊妹刀，當某把刀具達到加工（gōng）壽（shòu）命時，係統會自動挑選它的姊（zǐ）妹刀（dāo）來代替（tì），這樣能保證加工的連續（xù）運行，上述這些功能統稱為刀庫（kù）管理功能，西門子840D 係統可以選配刀庫管理功能（néng）。

在沒有（yǒu）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（cùn），當需要交換刀具（jù）時，係統會通過通道的接口信號通知PLC 需要更換的新刀具號，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 碼改變，當NC 遇到一個新（xīn）的T 指令時，該信號有效，信號隻持續一個PLC 周期; DB21.

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

4. 2 HMI 的調整

對於HMI 來說（shuō），不需要對刀庫管理進行特殊的設置，隻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作畫（huà）麵來代替（tì）標準的刀（dāo）具參數顯示畫（huà）麵，在這個畫麵裏既能顯示刀庫裏刀具的情況，也能顯示緩（huǎn）衝區裏麵的刀具情況，還可以選擇顯（xiǎn）示所有的刀具列（liè）表，對刀（dāo）具進行管理，比如裝載和卸載，是（shì）定點（diǎn）換刀還是（shì）隨（suí）機換刀，常規的刀沿尺寸修改，刀具位置的重新分配等。

4. 3 NCK 的調整

西門子－ 840D 數控（kòng）係（xì）統的刀庫（kù）管理是一個選項，需（xū）要激活該選項功（gōng）能。由於刀庫（kù）管理（lǐ）需要占用一（yī）些內存，需要在係統裏麵預留相應的內存，主要相關參數如下:

MD18080 係（xì）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（yīng）通道（dào）而（ér）言，一般設置成和MD18080 一樣（yàng）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（jiān）控功能是否（fǒu）有效; Bit 3 是否考慮（lǜ）鄰近刀座; 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，這四位都需要置上（shàng），所以（yǐ）至少（shǎo）為BH;

MD18084 係統管理刀庫數量，要包含虛擬刀庫，所以至（zhì）少為3;

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

MD18082 係統管理（lǐ）的刀具數，一般要大於實際的（de）刀座數（shù）; MD18100 係統管（guǎn）理的刀沿數，一（yī）般要大於係統管理的刀具數。

以上參數的修改都（dōu）會涉及到內存（cún）的重新分配（pèi），所（suǒ）以（yǐ）修改後要立即( 不要下電和NCK 複位) 做一個NC 數據的備份，再回裝回來，這樣NCK 的刀庫管理功能就急活了。

刀庫的建立，通（tōng）過以上參數的設定，係統隻是為刀庫管理預留了相應的（de）空間，但（dàn）對於刀庫的特征 ( 比如刀（dāo）庫的類型，實際刀座的數量，虛（xū）擬刀座的數量等) 需要通（tōng）過對刀庫管理係統變量（liàng）來定義，係統可以通過傳輸一個刀庫定義文件來對係統變量賦值，也可（kě）以通過執行一個子（zǐ）程序來對這些（xiē）變量賦（fù）值，對於HMI_ADVACED 來說，可以在（zài）啟動菜（cài）單裏通過圖（tú）形交互形式生（shēng）成一個刀庫的（de）配置文件，對PCU20而言，隻能通過編輯器來編輯刀庫定義文件，附件裏有一個刀庫定義文件，裏麵主要包含以下幾個信息:

$ TC_MAP1［0］= 0 刪除原來有關刀庫的（de）數（shù）據;

$ TC_DP1［0，0］= 0 刪除原有刀具數據（jù）;

$ TC_MAP1［n］刀庫（kù）的（de）類型實際的刀庫類型一般有兩種，鏈式刀庫和車床用的刀塔;

$ TC_MAP7［n］刀座的數（shù）量n 表示刀（dāo）庫號;

$ TC_MAMP2 刀具（jù）和空（kōng）刀座搜索策略;

$ TC_MAP3［1］實際刀庫狀（zhuàng）態，隻有激活後該刀庫才能使（shǐ）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（de）刀座分配給相應的主軸;

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

$ TC_MDP1［n，m］、$ TC_MDP2［n，m］定義虛擬刀座和換刀點的偏置量，這個參數對裝（zhuāng）/卸刀具點才（cái）有用，對（duì）其他虛擬刀座來說，這個值為0。當這些係統參數正確定義以（yǐ）後，在刀庫管理顯示畫麵裏就可以看（kàn）見刀（dāo）庫的情（qíng）況了，可以依照（zhào）操作說明書來建立（lì）新（xīn）刀（dāo）具。

4. 4 PLC 的調整

PLC 主要要處理刀庫（kù）管理發送過來指（zhǐ）令的應答信號，PLC 必須知道有關刀庫的一些情況，根據這些情況生成相應的DB 數（shù）據塊（kuài），在HMI_ADVANCED裏（lǐ），配置刀庫管理的（de）菜單裏，有一個軟鍵能根據刀庫的具體配置文件生成相應（yīng）的數據塊DB71 － DB74，對PCU20 而言，隻能通過係統（tǒng）數據塊DB4 來生成。在DB4 裏麵（miàn）定義刀庫的特征，這些定義在OB100 裏麵調用一次就行了，附件有一個常用刀庫（kù）的數據塊定義文件FC100，如（rú）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（zhǐ）:

DB4. DBW64 刀庫數量;

DB4. DBW65 刀庫號;

DB4. DBW67 刀庫類（lèi）型;

DB4. DBW68 刀庫的刀座數;

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

DB4. DBBn 主（zhǔ）軸數量n 的數值（zhí）為DB4. DBW64的值* 5 + 65。

在刀庫管理中，刀具交換時（shí）要等待PLC 的刀具準（zhǔn）備應答信號，由於刀庫管理需要知道刀具離開刀庫後的臨時存放位置，比如是（shì）在主軸（zhóu）上還是（shì）在機械手上，刀（dāo）具準（zhǔn）備和刀具交換是否完（wán）成，這些都需要PLC 來應答，PLC 是通過調用FC8 來應（yīng）答刀具管理。

PLC 編程思路:

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

Start : = #Start / /啟（qǐ）動信號，當該信號為1 時，係統調用FC8

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

TaskIdentNo: = #TaskIdentNo / /任務號，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（kù）號

OldToolMag : = #OldToolMag / /舊刀具所在位置（zhì）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（zhěng）執行（háng）

Error : = #Error / /指令執行時是否有錯誤有時一個換刀過程需要（yào）刀具經過幾個過渡狀（zhuàng）態（tài）才能完成，這時候常需要多次調用FC8 來及時更新刀具的位置信息。