“隨機(jī)換刀”是帶機(jī)械手換刀的立砚殿、臥式加工中心所必備的功能之一啃憎，它可以提高換刀速度和簡化換刀動(dòng)作。在一般情況下似炎，加工中心的隨機(jī)換刀大都是由CNC本身所具備的“隨機(jī)刀具交換”這一附加功能進(jìn)行控制的辛萍。然而這一功能在常用的普及型CNC上往往是不具備的，這時(shí)就需要機(jī)床生產(chǎn)廠家在普及型CNC上已有的“用戶宏程序”或“參數(shù)編程”功能基礎(chǔ)上羡藐，通過開發(fā)專用的換刀程序來實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)作叹阔。可以這么說传睹，只要程序設(shè)計(jì)得當(dāng)，普及型CNC同樣可以方便岸晦、可靠地進(jìn)行隨機(jī)換刀欧啤。本文將就SIEMENS 810M通過@宏指令，結(jié)合PLC程序?qū)崿F(xiàn)隨機(jī)換刀的方法作一介紹螃浑，以供同行參考倍挚。

1、機(jī)床的動(dòng)作要求

    本文所述的機(jī)床如圖1诵城、圖2所示绪忙。機(jī)床的換刀機(jī)構(gòu)由刀庫、支架慷组、滑板肘渔、機(jī)械手這四大部分組成，刀庫容量為60把溢棱，采用隨機(jī)換刀方式繁莲。其中支架、滑板吩伊、機(jī)械手的動(dòng)作都由液壓控制拢胆，刀庫回轉(zhuǎn)采用的是比例閥加油馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方式。換刀過程簡述如下： 

               圖1　機(jī)床示意圖
　　1.刀庫　2.支架　3.滑板　4.機(jī)械手

               圖2　機(jī)床布置圖
  1.機(jī)械手　2.冷卻箱　3.滑板　4.支架　5.主軸　6.液壓站　7.電柜　8.交換臺　9.排屑器

    (1)Y便螟、Z軸快速移動(dòng)到換刀點(diǎn)猛计，刀庫回轉(zhuǎn)，將要交換刀具送到刀庫換刀位爆捞；

    (2)滑板向刀庫運(yùn)動(dòng)奉瘤，并通過機(jī)械手的伸出取下刀具(刀庫上刀具的松開及機(jī)械手上爪子的松開和夾緊都由機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn))；

    (3)滑板回到中間位嵌削，機(jī)械手縮回(這時(shí)左側(cè)爪子已裝好刀具)毛好；

    (4)支架向主軸方向旋轉(zhuǎn)90°，滑板向主軸方向移動(dòng)苛秕，右側(cè)爪子和主軸上的刀具嚙合肌访；

    (5)主軸上刀具松開并通過機(jī)械手伸出取下主軸上的刀具找默；

    (6)機(jī)械手回轉(zhuǎn)180°，交換左吼驶、右側(cè)刀具惩激，裝要交換的刀具將入主軸并夾緊；

    (7)滑板回到中間位蟹演，支架返回到刀庫側(cè)风钻；

    (8)機(jī)械手伸出后滑板向刀庫運(yùn)動(dòng)；

    (9)機(jī)械手縮回將原主軸上的刀具裝入刀庫現(xiàn)在換刀位酒请；

    (10)滑板移到中間位(刀庫上的刀具由機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置自動(dòng)鎖緊)缎选，完成整個(gè)換刀動(dòng)作。

    由于以上動(dòng)作都是由電磁閥控制陕牲，通過油缸動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的否胜，控制上只須一般的PLC程序就可以簡單地滿足要求，本文不再進(jìn)行分析芒极。下面著重介紹一下隨機(jī)選刀的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)方法忽愧。

2、隨機(jī)換刀的參數(shù)定義

    為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床的隨機(jī)選刀户挟，首先要在CNC上建立“隨機(jī)刀具表”脑苫。由于810M內(nèi)部具有R0～R200及R900～R980近300個(gè)R參數(shù)可供用戶使用，這對于普通加工中心來說建立“隨機(jī)刀具表”已經(jīng)足夠了中痴。而且這些R參數(shù)也象“機(jī)床數(shù)據(jù)”那樣可以通過密碼或鑰匙進(jìn)行保護(hù)舱踊，也就滿足了刀具表的可靠、正確的要求疮窟。

    在本機(jī)床中我們是將R101～R160這60個(gè)R參數(shù)定義為刀座號孟景，對應(yīng)的值即為該刀座上所裝的刀具號(T1～T60）。這60個(gè)R參數(shù)的內(nèi)容在首次刀具裝載時(shí)應(yīng)予以初始化設(shè)置帅刀，即完成初始化刀具和刀座的分配让腹。如：當(dāng)10號刀座裝有T15刀具時(shí)，只須在CNC的R110下輸入R110=15即可扣溺。

    除此以外骇窍，在首次刀具裝載后以下參數(shù)必須定義：

    R90　Y換刀點(diǎn)坐標(biāo)(單位：mm);

    R91　Z換刀點(diǎn)坐標(biāo)(單位：mm);

    R96　刀庫現(xiàn)在換刀位的初始刀座號；

    R93　首次換刀時(shí)主軸上已有的刀具號锥余。

    執(zhí)行換刀程序時(shí)定義如下M功能供換刀使用：

    M69　自動(dòng)換刀程序運(yùn)行標(biāo)志腹纳；

    M89　自動(dòng)換刀程序運(yùn)行結(jié)束標(biāo)志；

    M84　刀庫反轉(zhuǎn)指令驱犹；

    M85　刀庫正轉(zhuǎn)指令嘲恍；

    M90　要轉(zhuǎn)過的刀位數(shù)傳送到PLC；

    M91　要轉(zhuǎn)過的刀位數(shù)寫入計(jì)數(shù)器C1；

    M87　換刀出錯(cuò)標(biāo)志佃牛。

    在以上參數(shù)里R90～R160只需要在刀庫刀具被重新手動(dòng)裝載后才需要定義淹辞。在自動(dòng)運(yùn)行過程中由程序控制進(jìn)行自動(dòng)交換，并被自動(dòng)記憶俘侠，即使斷電也保持不變象缀。

3、自動(dòng)換刀子程序

    自動(dòng)換刀子程序如圖3所示钦将。子程序代號為L06促弯。換刀子程序的調(diào)用只須在加工程序里編入以下指令即可：

    N×××　T××　L06；

    換刀子程序說明如下：

    (1)Y阱纷、Z快速移動(dòng)到換刀位置诲厚；

    L06；

    @714;

    G00G54G80G90G40D0;

    Y=R90 Z=R91;

    M69;　　　　　　　　　　　　　　(1)

    --------------

    @714;

    R92=R92/100;

    @123 R92 K0 K99;

    @124 R93 K0 K99;　                 　　　(2)

    @123 R96 K0 K99;

    @126 R92 K60 K99;

    @126 R93 K60 K99;

    @126 R96 K60 K99;

    @122 R92 R93 K100;

    R4=R96 100　@111R92 P4 K80;

    --------------

    @714;

    @111 R92 R101 K1 R102 K2 R103 K3 ……R160 K60;

    N1　R1=101 @100 K70;　　　　　　　　(3)

    N2　R1=102 @100 K70;

    N60 R1=160 @100 K70;

    @100 K99;

    --------------

    N70 R2=R1-100 R8=R2;

    @124 R96 R2 K71;

    R2=R2 60;

    N71 R3=R2-R96;

    @123 R3 K30 K72;　　　　　　　　(4)

    R5=60-R3;

    R6=84;

    @100 K73;

    N72 R5=R3;

    R6=85;

    --------------

    N73 @714;

    R98=100*R5;

    M90;　　　　　　　　　　　　　　(5)

    M91;

    M=R6;

    --------------

    N80 (ATC START)　　　　　　　　　　　　　　(6)

    -------------

    N82 @714;

    @201 P1 R93;

    R93=R92 R96=R8;　　　　　　　　　(7)

    @714;

    @100 K100;

    --------------

    N99 M87;

    @100 K100;　　　　　　　　　　　(8)

    N100 M89辞唤；

    M17;　　　　　　　　　　　　　　(9)

    ---------------
    自動(dòng)換刀子程序

    M69為換刀程序開始運(yùn)行標(biāo)志钟展。此信號可以用于PLC程序作互鎖用，如主軸的強(qiáng)制定向準(zhǔn)停瓶答，關(guān)閉冷卻液，打開防護(hù)門等距堂。

    (2)檢查初始化設(shè)置值及編程的刀號是否錯(cuò)誤山毛，出錯(cuò)時(shí)CRT顯示報(bào)警并停止程序運(yùn)行。

    其中吹夏，R92為由PLC程序傳送至CNC的編程刀號泽兼，這一刀號要作除以100處理。@123為大于判別弟孟；@124為大于或等于判別贝咙；@126為小于或等于判別；@122為不等于判別拂募。如：@123 R92 K0 K99為當(dāng)R92(編程刀號)≤0時(shí)跳轉(zhuǎn)到N99(ATC庭猩，ALM)。

    @111為連續(xù)比較指令陈症，當(dāng)R92和R4的內(nèi)容一致時(shí)蔼水，跳到N80(此時(shí)相當(dāng)于要換的刀具正好在現(xiàn)在換刀位)。P4為間接尋址录肯，即由R4內(nèi)容作為地址的R參數(shù)內(nèi)容與R92作比較趴腋，一致時(shí)跳轉(zhuǎn)。

    (3)尋找刀具表中與編程刀具一致的刀座號论咏，并將這一刀座號寫入R1优炬；

    (4)計(jì)算要轉(zhuǎn)過的刀座數(shù)，并判別轉(zhuǎn)向厅贪。當(dāng)R6=85時(shí)為正轉(zhuǎn)蠢护，R6=84時(shí)為反轉(zhuǎn)雅宾，要轉(zhuǎn)過的刀座數(shù)存放在R5中，并經(jīng)以下程序段轉(zhuǎn)換到R98中刽巍。

    (5)將要轉(zhuǎn)過的刀座數(shù)傳送到PLC的內(nèi)部標(biāo)志字節(jié)FY196中(字節(jié)型式陶焙，BCD碼)及刀座記數(shù)器C1中。M=R6為刀庫轉(zhuǎn)指令(M84:反轉(zhuǎn)鹦堕，M85：正轉(zhuǎn))听量。

    (6)自動(dòng)換刀電磁閥運(yùn)動(dòng)程序段，這一段可以由PLC控制辆雇，亦可由CNC的M代碼控制榕暴。動(dòng)作包括刀庫轉(zhuǎn)、支架運(yùn)動(dòng)完冻、滑板運(yùn)動(dòng)飘具、機(jī)械手動(dòng)作等。這些動(dòng)作由于控制較簡單鲁压，在此從略载易。

    (7)自動(dòng)換刀完成后的刀具表自動(dòng)調(diào)整程序。

    @201 P1 R93是將原主軸上的刀具號寫入以R1內(nèi)容為地址的R參數(shù)中佣棠，即修正隨機(jī)刀具表颈墅。

    以下為修改主軸上的刀具號及現(xiàn)在換刀位的刀座號的程序段；

    (8)自動(dòng)換刀出錯(cuò)報(bào)警段雾袱；

    (9)自動(dòng)換刀結(jié)束(M89)和子程序結(jié)束(M17)標(biāo)志恤筛。

4、自動(dòng)換刀PLC程序

    與L06相對應(yīng)的PLC程序如圖4所示芹橡。程序中Segment1為將CNC中的R98(要轉(zhuǎn)過的刀座數(shù))傳送到PLC的內(nèi)部標(biāo)志字節(jié)FY196的程序段毒坛。Segment2是刀庫回轉(zhuǎn)時(shí)的記數(shù)信號生成程序段，其中I13.5為PLC輸入的計(jì)數(shù)開關(guān)信號林说，經(jīng)處理后在F148.1內(nèi)部標(biāo)志位里獲得上升沿煎殷，供計(jì)數(shù)用。Segment3為刀庫回轉(zhuǎn)控制程序段腿箩，各內(nèi)部標(biāo)志位的作用定義如下：

    F49.2：M90指令脈沖(CNC內(nèi)部生成)蝌数；

    F49.3：M91指令脈沖(CNC內(nèi)部生成)；

    F166.6：換刀程序運(yùn)行標(biāo)志度秘；

    F148.1：計(jì)數(shù)脈沖(邊沿信號)顶伞；

    F161.0：刀庫減速指令；

    F161.1：刀庫快速指令剑梳；

    F161.2：刀庫停止指令唆貌；

    C1：刀庫回轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器；(CD為減計(jì)數(shù))；

    Q0.6：刀庫停止輸出吕得；

    其動(dòng)作過程如下：

    (1)當(dāng)CNC輸出M90時(shí)將L06中計(jì)算出的要轉(zhuǎn)過的刀座數(shù)寫入FY196亮倍；

    (2)當(dāng)CNC輸出M91時(shí)將FY196內(nèi)容寫入計(jì)數(shù)器C1，作為預(yù)置值浴誉；

    (3)自動(dòng)選擇刀庫回轉(zhuǎn)速度纠惧，當(dāng)要轉(zhuǎn)過的刀座數(shù)大于1時(shí)，刀庫為快速(F161.1=“1”)孝速；當(dāng)剩余的刀座數(shù)小于等于1時(shí)赛虽，刀庫自動(dòng)減速至慢速(F161.0=“1”)；當(dāng)剩余的刀座數(shù)為“0”時(shí)(F161.2=“1”)橱殉，刀庫到位后即停止轉(zhuǎn)動(dòng)刺泌。有關(guān)FB61及PLC編程指令說明可參見SIEMENS 810編程說明，在此從略泰啼。

    FB 205

    Segment 1　　0000

    Name:ATC

        ：

        ：

        ：

    A F 49.2(M90)

        ：JC FB 61

    Name:NCD-LESE

    LESE:F 49.2

    NSBY:DR 1

    ANZ:KF+1

    DTY1:KS RP

    DTY2:KS NC

    DTY3:KS

    WER1:KF+1

    WER2:KF+98

    WER3:KF+0

    ZFPN:KS B0

    ZIEL:KY0.192

        ：

        ：***

    Segment 2　　　0017

        ：A I 13.5

        ：AN F 147.4

        ：= F 148.1

        ：A F 148.1

        ：S F 147.4

        ：AN I 13.5

        ：R F 147.4

        ：

        ：***　

    Segment 3　　　　0020

        ：A F 49.3(M91)

        ：L FY196

        ：S C 1

        ：

        ：AN F 166.6

        ：JC =M001

        ：A F 148.1

        ：CD C 1

        ：L C 1

        ：L KF+0

        ：=F

        ：=F161.2

        ：R F 161.0

        ：R F 161.1

        ：JC=M002

        ：L C 1

        ：L KF+1

        ：≤F

        ：=F 161.0

        ：R F 161.1

        ：JC =M002

        ：L C 1

        ：L KF+1

        ：＞F

        ：= F 161.1

        ：R F 161.0

        ：R F 161.2

    M 002 : A Q 0.6

        ：R F 161.2

        ：JU=M003

    M 001 ：R F 161.0

        ：R F 161.1

        ：R F 161.2

    M 003 :BE

    自動(dòng)換刀PLC程序

5男枝、結(jié)束語

    以上自動(dòng)換刀子程序和PLC程序經(jīng)實(shí)際長時(shí)間運(yùn)行證明，換刀動(dòng)作可靠分衫，操作簡單场刑，特別是它不需要每次開機(jī)對刀庫的回參考點(diǎn)操作，為操作者提供了方便蚪战。而且整個(gè)刀庫控制的檢測僅僅需要安裝一只每刀位發(fā)訊一次的記數(shù)開關(guān)即可牵现，節(jié)省了成本。這是本程序的優(yōu)點(diǎn)屎勘。但采用這種控制方式的缺點(diǎn)是，由于810M第二通道無法輸出M指令居扒，因此在換刀動(dòng)作前無法將要更換的刀具事先轉(zhuǎn)到刀庫的換刀位上概漱，因此將要延長自動(dòng)換刀時(shí)間(約需2～3s)。這一時(shí)間的延長對于本文所述的機(jī)床來說雖然是微不足道的(本機(jī)床由于支架喜喂、滑板瓤摧、機(jī)械手動(dòng)作復(fù)雜，換刀時(shí)間要求為40s)玉吁，但對于要求換刀時(shí)間很短的場合照弥，采用本方式換刀應(yīng)注意到這一點(diǎn)。

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