关于加工中心刀库调试与控制方法研究

关于加工中心刀库调试与控制方法研究

摘要：笔者在调试基于西门子数控系统配机械手刀库的加工中心过程中，研究开发了机械手刀库的换刀宏程序和相应的PLC程序。本文将介绍应用西门子系统专用OEM指令开发机械手刀库换刀程序的关键技术。

关键词：加工中心刀库控制数控系统

为了在数控系统显示屏幕上能观察到刀库的运动和刀具号的变化，必须使用数控系统内置的虚拟刀库功能。在西门子数控系统中有内置虚拟刀库的功能，该虚拟刀库可以模拟外部实际刀库的动作，其优越性是在显示屏上可以观察到刀库的正反转和各刀位内的实际刀具号，也可以观察到主轴上的刀具号以及需要更换的下一刀具号。

1、刀库调试中的问题分析

刀库的初始化初始状态为主轴刀号为0号刀，刀盘按当前刀位为1号刀顺序装刀。必须在PLC程序中预先用开关信号做刀库初始化，设置当前位置刀号和主轴刀号。在选刀及换刀宏程序中，必须做刀号比较判断及足够的安全保护条件。经过仔细观察刀库的动作，发现当刀库计数接近开关的红灯熄灭时，刀库才进入刀位的正确位置。因此必须用计数接近开关脉冲的下降沿做停止条件。在PLC 中改用下降沿脉冲后，果然能正确定位。也有刀库计数器是使用脉冲的上升沿做停止条件的，要根据实际情况确定。为了保护刀库的安全工作，充分利用了西门子系统所具有的位置开关功能。即可以通过参数在Z轴上设定位置开关，位置开关的位置区域就是Z轴的换刀点。只有Z轴进入该位置区域，位置开关=ON，刀库才能前进卡刀。

2、西门子数控系统内置刀库的设置

2.1 刀库用特殊寄存器的功能

在使用内置刀库之前必须进行必要的设置。西门子数控系统中规定了一些固定的文件寄存器用以表征刀库的基本性能，这些R寄存器的功能如下。R10600：刀库基本控制参数。bit：设定刀号长度，是T4还是T8，一般选择T4。Bit1：设定刀库从1还是0开始计数。控制参数寄存器R10600的定义bit3：对各刀具库的设定。

bib=0，刀库数固定设置。即系统内同定设定有刀库3个，每个刀库内固定设定刀具数为120，刀具总数可达360。bit3=1，可设定的刀库数=5，每一刀库内的刀具数可以任意设定。刀具总数可达360。R10610：每一刀库内的刀具数，也就是每一刀库内有几把刀，这是一重要参数。R10620：主轴刀具号。该R寄

存器存放主轴刀具号，经设置后可以在屏幕上观察到“主轴刀具号”。R10621：设置待机刀具号。R10603：刀具库工作画面的显示内容。以上寄存器可以认为是一实际刀具库的参数，必须在PLC程序中予以设置。

2.2 刀库用特殊寄存器的设置

通过编制PLC程序进行刀库用特殊寄存器的设置。经过以上设置后，在刀库工作画面就可以观察到一刀具库，特别是每一刀位内的刀具号，而且在内置刀库内是以同定的R寄存器存放每一刀号。在西门子数控系统中，以R10700～R10779代表每一刀位，而其中的数据就是刀具号。一般设置指针= l，以R10700为换刀位置。以20把刀的刀库为例，R10700～R10719为1-20号刀位，R10700为换刀位置。对于机械手刀库而言，R10700～R10779代表刀库的固定刀位，所以R10700内的数据就是换刀所需要的数据，即换刀点位置刀具号。

3、换刀专用指令的使用

在对西门子数控系统内置刀库设置完毕后，为了动态的模拟实际刀库的换刀动作，西门子数控系统还提供了专用的换刀指令，正确的使用该指令，可以大大简化PLC程序对换刀过程的处理。如果使用常规的PLC指令编程可能很复杂，而且还不能在屏幕上观察到刀库的运动和各刀套中的实际刀具。在换刀程序中必须使用专用的换刀指令如下：刀具号设定指令，刀盘正反转指令，就近选刀指令，主轴刀具与刀库内刀具交换指令。

3.1 刀盘正反转指令

刀盘正反转指令模拟了实际刀盘的正反转。该指令一般由刀库内计数器的正反转脉冲所驱动，这样在屏幕上可以观察到刀盘的正反转。当刀盘正转脉冲或反转脉冲驱动上述指令后，在显示屏幕上可观察到各刀位内R10700～R10719内的数据做环形移动，就相当于住进了环形客房的客人全体顺时针或逆时针移动。一般设定指针为0，即采用R10700为换刀点，R10700的数值就表示了换刀位置中的刀具号。使用该指令的主要目的就是要获得在换刀位置的刀具号。

3.2 就近选刀

即按最短的行程旋转刀盘。在编制PLC程序时，核心就是选刀，即发一个选刀指令，驱动刀库正向或反向旋转，直到换刀位置刀号与所选刀号相等，才使刀盘停止旋转，执行后续的换刀动作。可以使用OEM专用指令中的1号搜索指令，先搜索出目标刀号在刀库环形坐标系中的位置，再根据其位置判断正反转方向。起动该指令后，其搜索出的数据是目标刀具在刀库中环形坐标系中的位置。

4、换刀宏程序及PLC程序的编制方法

换刀程序的编制有两种类型：其一是全部动作由PLC程序控制，其二是换刀动作的顺序部分由宏程序编制，而单步的动作由PLC程序编制。由于宏程序的编程简单，特别是可以方便地进行条件判断，改变程序的流程，分析和调试程序也方便，所以使用宏程序方式编制换刀程序是简便易行的方法。

机械手刀库的换刀可以分解为两部分，第1为选刀，第2为换刀。在实际加工过程中，可先发出选刀指令完成选刀，在需要换刀的工步再行执行换刀，这样可以节约换刀时间。这也是机械手刀库的优越性之一。因此在编制机械手刀库宏程序时可编制两个宏程序，其一是选刀宏程序，其二为换刀宏程序。在不同的工步调用不同的宏程序。

5、结语

在实际的PLC程序中作如下处理：制作一环形计数器，用刀库计数器信号驱动。这样环形计数器内的数值就表示了刀套号的实际运动位置。将环形计数器内的数值送入指针R10615，在西门子的刀库工作画面中，刀套编号就与实际刀具号实际对应起来，这样可以方便地查看实际刀具。但是将环形计数器内的数值送入指针R10615的时机有限制，不能用常ON信号，因为指针的数值变化会影响其他专用换刀指令的执行。

参考文献

[1]李继中.数控机床调试与维修[M].(附光盘中附录9).高等教育出版社,2009．

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