加工中心换刀程序分析

第十章、加工中心换刀程序分析

10.1 加工中心的换刀程序分析

10.1.1机床及换刀机构

机床外观主轴和机械手

刀套落下动作换刀过程中

10.1.2 换刀动作分析

这种类型的加工中心的整个换刀过程包括刀库找刀和换刀两个独立的动作。

刀库找刀也叫刀具调用，当机床的操作者通过程序命令，例如：T12，从刀库调用12号刀时，PMC检索12号刀具所在的刀套号，再进行刀库正反转判别，控制刀库旋转；当然还有手动刀库的旋转操作，完成手动装卸刀具。

换刀动作集合了刀库、机械手、主轴三方面的动作，整个过程是一个顺序动作的过程，本章以一台立式加工中心的换刀程序为例，分析换刀程序的程序结构、程序内容，

加工中心的生产厂家为台湾丽伟计算机机械股份有限公司，VB系列机床，采用的是FANUC-0IMB系统。

该机床的换刀机构包括：刀库、机械手、主轴拉刀机构。刀库采用侧装式，安装在

立柱上，由三相异步电机通过减速机构带动刀库旋转，通过接近开关检测刀库计数和

刀库回零。换刀时位于刀库最下位置的刀套在刀套抬起/落下油缸的驱动下可完成抬起

落下动作。机械手的旋转、抬起落下等动作是在机械手电机的驱动下，通过一套凸轮

机构来完成，换刀动作平滑、快速。由接近开关检测机械手的关键位置，配合换刀时

的其它机构的动作。主轴拉刀机构完成主轴刀具的夹紧和松开操作，并有接近开关检

测主轴刀具的夹紧或松开状态。

通过顺序动作的步骤一步步完成换刀。以程序控制自动换刀来解释整个换刀过程

10.1.3换刀电路:

10.1.4换刀程序地址说明:加工中心的换刀程序比较复杂庞大，所涉及的地址较多，为便于阅读梯形图程序，将所涉及的地址放在附录。

10.1.5 换刀程序介绍

该机床的PLC类型为SB7，下图是该程序的清单，与换刀有关的程序内容出现在一级程序、二级程序，没有为换刀专门编写子程序。

因为，换刀过程中机械手动作较快，机械手的60度、中间点、180度的检测信号出现的时间很短，所以将这部分的程序放在一级程序，保证8ms能处理到这种信号。

在二级程序中，换刀程序包含:刀具检索、换刀过程状态记忆、手动换刀、自动换刀。

一级程序中的换刀程序分析:一级程序中只是将需要快速处理的换刀程序信号做了一个收集，没有顺序动作，包括以下处理内容：

（1）机械手返回点、中间点、停止点的程序分析：

1、k3.1用来设定机械手接近开关的类型,当接近开关使用常开触点时,设定k3.1为1，使用常闭触点时，设定k3.1为0。三段程序处理机械手返回点、中间点、停止点的信号。

2、该机床的换刀机械手采用凸轮机构，动作快,机械手位置信号都是窄脉冲信号，将这些信号的处理放在一级程序，保证每8ms有一次刷新。

3、机械手有两个中间停止点，60度和180度两个位置，在60度位置时，机械手电机继续旋转但机械手不转，而执行机械手向下拔刀；在180度位置时，机械手电机继续旋转机械手不转，而执行向上装刀。用一个接近开关配合两个检测挡块，当机械手转到这两个位置时R529.0均为1。

（2）机械手离开停止点

R529.2处理的是机械手离开停止点的状态，表示机械手已开始转动，后面程序中处理机械手60度旋转到位、180度旋转到位等都用到这个信号。当机械手旋转60度、180度延时到达后将R529.2复位。k7.6为1时设定机械手的停止点使用60度和180度到达信号。

当K7.6为0时，使用主轴刀具夹紧松开标志信号.

（3）在机械手旋转到60度、180度时，机械手电机继续旋转，但是根据凸轮的结构，机械手停止旋转，开始机械手拔刀、装刀动作。以下程序处理机械手60度、180度的到达信号，程序的原理是：在自动换刀步骤中（第二步A2-R540.1;第四步A4-R540.4;第六步A6-R541.0），机械手从离开停止点R529.2到检测到机械手停止信号R529.0，即是到达了60度、180度位置。这些位置到达信号一个目的是用于启动下一个换刀步骤，另一个目的是控制机械手电机的旋转。

在机械手转到60度时检测是否有主轴刀具松开X2.1的错误信号.

在机械手转到180度时检测是否有主轴刀具夹紧X2.0的错误信号

（5）主轴刀具松开处理：

主轴刀具松开包括自动刀具松开和手动刀具松开，根据自动换刀动作在机械手旋转60度到

达、拔刀过程、换刀过程、机械手装刀过程自动刀具松开。手动刀具松开是手动方式下，按

送到按钮来执行。

从程序中分析，自动刀具松开是在第二步骤R540.1情况下，当机械手旋转到达60度R529.3后启动。当机械手再旋转180度R529.4到达后，下一个动作是主轴刀具夹紧。

自动刀具松开R538.0或手动刀具松开R537.7时，输出主轴刀具松开Y6.3，加工中心的主轴刀具夹紧机构在刀具夹紧时，是通过蝶形弹簧的弹力来保持的，当松刀时，增压气缸活塞杆伸出压缩蝶形弹簧，使松刀机构松开刀具，控制气缸换向的电磁阀是单作用阀。所以没

有刀具夹紧的输出信号。

（6）机械手电机旋转处理

根据自动换刀的顺序过程，组合出在哪一个步骤机械手电机需要旋转，通过“或”逻辑完成。

M95是机械手故障检查指令，R544.5用于检测机械手是否在停止位，如果不在正确的停止位置，执行M95指令时机械手继续旋转到正确位置。k7.6为1时设定机械手的停止点使用60度和180度到达信号,当K7.6为0时，使用主轴刀具夹紧松开标志信号.

（7）刀库计数处理

刀库计数处理程序，X4.5为计数开关输入地址，由K5.7来设定选用其常开触点或常闭触点，用典型的上升沿下降沿处理程序获得计数脉冲（R530.1上升沿信号，R531.7下降沿信号），使用基本逻辑指令编辑上升沿和下降沿指令比使用上升沿和下降沿功能指令节省程序的处