实现刀库控制功能
基于宏程序和PMC控制的斗笠式刀库换刀的实现
基于宏程序和PMC控制的斗笠式刀库换刀的实现作者：王刘成杨晋萍裘虹来源：《电子世界》2012年第19期【摘要】运用ladder编程软件和宏程序编辑，通过FANUC系统宏程序变量与PMC指令的结合，以及NC指令的调用，实现斗笠式刀库的换刀控制，从而达到换刀的有效进行，保证机械加工的精度，实现了NC机床的高效，高精加工，提高了生产效率和效益。
【关键词】NC；宏程序；PMC；功能指令斗笠式刀库存放刀具数量为16～24把，刀库移向主轴实现换刀动作，具有容量少、构造易懂、刀库旋转、找刀容易、方便控制的优点，在经济型加工中心中应用很多。
本文主要针对斗笠式刀库的特点，运用PMC和宏程序实现对斗笠式刀库的换刀控制。
一、换刀动作及时序图当主轴刀具进入刀库刀套后，主轴向上进给，脱开刀具，随后刀库旋转。
当输入的指令刀具在主轴正下方位置时，主轴向下进给，让刀具进入主轴锥孔，主轴夹刀后，刀库退到初始位置。
其换刀动作详细如图：（1）主轴移动到换刀点：图1（a）（2）主轴定位（3）刀库向前到换刀点抓取旧刀：图1（b）（4）主轴松开刀具（5）Z轴向上移动出换刀空间：图1（c）（6）刀库据指令找刀：图1（d）（7）Z轴向下移动至换刀点：图1（e）（8）主轴紧紧新刀（9）刀库后退至初始位置：图1（f）（10）刀库时序图：图2整个刀库的动作主要靠刀库电机、汽缸和主轴的相互结合控制实现。
时序图中的分度电机通过PMC功能指令实现刀库的正反转就近找刀，其中的接近开关信号可用于刀库计数以此实现刀库原点复归和数刀。
汽缸的功能主要用于接收PMC发出的信号以控制刀库整体向前或后退，为换刀或换刀后的运行NC程序作准备。
二、FANUC换刀宏程序流程图主要通过NC程序、PMC、宏程序实现，其中宏程序变量类型如表一所示，换刀时序框图如图3，相关说明如右侧所示。
三、功能指令FANUC 0ID系统的功能指令有104个，其中常见的用于刀库控制的PMC功能指令主要有以下几个，现分别加以说明，其中的SUB是功能指令的代码。
加工中心刀库操作方法
加工中心刀库操作方法
加工中心刀库操作方法大致如下：
1. 打开机床电源，启动机床。
2. 进入加工中心的控制界面，在界面中选择“刀具管理”等相关功能选项。
3. 选择对应的刀具库，进入刀具库管理界面。
4. 在刀具库管理界面中，可以进行切削工具的添加、修改、删除等操作。
例如添加工具，需先选择加工类型，输入工具型号、长度、直径等参数，并进行检查确认。
5. 完成切削工具的添加后，可以通过查询和浏览方式进行工具的选择和使用。
6. 需要更换刀具时，先停止机床运行，然后选择相应的工具进行更换。
注意安全操作，防止误操作和事故发生。
7. 在操作完毕后，关闭刀具库管理界面，然后关闭机床电源。
总之，加工中心刀库操作需要严格按照操作规程进行，保障安全、稳定和高效的加工质量。
刀库捷径控制课程设计
刀库捷径控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解刀库捷径控制的基本原理，掌握相关概念，如刀具选择、路径优化等。
2. 学生能掌握刀库捷径控制的关键技术，包括程序编制、参数设置及故障排查。
3. 学生能了解刀库捷径控制在现代制造业中的应用及其重要性。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，独立进行刀库捷径控制程序的编制与调试。
2. 学生能通过实际操作，掌握刀库捷径控制设备的基本操作，提高动手实践能力。
3. 学生能运用刀库捷径控制技术解决简单的实际问题，具备一定的创新能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习刀库捷径控制课程，培养对制造业的热爱和责任感，增强职业素养。
2. 学生在团队协作中，学会沟通与交流，培养合作精神，提高团队意识。
3. 学生在学习过程中，树立正确的价值观，认识到刀库捷径控制在制造业中的价值，激发学习兴趣。
本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
课程旨在帮助学生掌握刀库捷径控制相关知识，提高实践操作能力，培养学生的创新意识和团队协作精神，为我国制造业的发展输送高素质人才。
二、教学内容1. 刀库捷径控制原理：讲解刀库的基本结构、工作原理，以及刀具选择与路径优化的方法。
- 教材章节：第三章“数控机床刀库与刀具选择系统”- 内容：刀库结构、刀具选择策略、路径优化算法。
2. 刀库捷径控制关键技术：详细介绍程序编制、参数设置及故障排查方法。
- 教材章节：第四章“刀库捷径控制技术”- 内容：程序编制规范、参数设置技巧、故障排查流程。
3. 刀库捷径控制应用及案例分析：分析现代制造业中刀库捷径控制的应用场景，结合实际案例讲解。
- 教材章节：第五章“刀库捷径控制在制造业中的应用”- 内容：典型应用场景、案例分析、实际操作注意事项。
4. 实践操作：组织学生进行刀库捷径控制程序的编制与调试，提高动手实践能力。
- 教材章节：第六章“实践操作”- 内容：实践任务分配、操作步骤、调试技巧。
刀库管理功能
为了达到一次装夹实现多工序加工的目的，现在的数控机床大部份配备了交换刀具系统，这样数控系统需要知道这些刀具的几何尺寸，还有刀具在刀库里的具体位置。
为了适用工厂自动化生产的更高要求，有时还需要对刀具的加工时间或者是加工工件数进行监控，当达到刀具的加工寿命时，系统会提示操作者更换刀具，避免因为刀具的磨损而造成批量废品。
在自动化程度更高的机床上，还可以为一些刀具配备一把或几把类似的刀具，叫做姊妹刀，当某把刀具达到加工寿命时，系统会自动挑选它的姊妹刀来代替，这样能保证加工的连续运行，上述这些功能统称为刀库管理功能，西门子840D系统可以选配刀库管理功能。
在没有刀库管理功能时，系统只是管理刀具数据，主要是刀具的几何尺寸，当需要交换刀具时，系统会通过通道的接口信号通知PLC需要更换的新刀具号，PLC控制刀具换刀动作，当动作完成后，通知NC。
具体接口信号如下：DB21.DBX61.0 T码改变，当NC遇到一个新的T指令时，该信号有效，信号只持续一个PLC周期。
DB21.DBW118 T码的值，也就是要交换的新刀号的值，该信号在新的刀号来之前一直有效对于机床来说，一般有一个实际存在的刀库，同时根据实际情况，可能有一到两个机械手，至少一个主轴，有的刀库还需要用来装卸刀具的装卸站，系统把实际存在的刀库定义为刀库1，这个刀库里有定义好的刀座数，机械手和主轴定义为虚拟的缓存刀库，刀库号为9998，一般定义主轴为这个刀库里的第一个刀座，其它依次为机械手1，机械手2.....等等，对于装/卸刀具站而言，定义为另外一个虚拟的刀库，刀库号为9999，依据实际情况定义里面的刀座数，一般主轴都能用来装/卸刀具，所以至少算一个刀座。
如下图所示：这台机床有一个实际的链式刀库，刀库号为1，里面有16个刀座，有一个主轴和两个机械手卡爪，它们都属于一个虚拟的刀库9998，分别对应为这个刀库里面的刀座1，2和3，还有一个装/卸刀具站，它的刀库号为9999，加上主轴也是一个装/卸刀站，这个刀库有两个刀座，分别为刀座1和2，下面以这个示例来说明刀库管理功能的调试。
西门子840D刀库管理功能在FMH800加工中心中的应用
西门子840D刀库管理功能在FMH800加工中心中的应用比较了两种刀库管理功能，介绍了西门子840D刀库管理功能的优势，阐述了使用西门子840D刀库管理实现自动换刀功能的主要过程。
调试完成之后，恢复了自动换刀功能，刀库管理界面友好，刀库系统运行正常，提高了换刀效率，缩短了整体加工时间，为正常生产提供了有效的保障。
标签：840D；刀库管理；自动换刀引言友嘉卧式加工中心FMH800是江西洪都航空工业集团有限责任公司的重要设备，采用SINUMERIK 840D pl控制系统。
机床仅配置了链式刀库和机械手换刀装置，刀库容量60把，但机床并未配置自动换刀的NC/PLC控制程序，从该机床开始使用以来，一直使用手动换刀。
在零部件的加工过程中需要多次手动更换刀具，从而导致换刀效率低下。
为了提高换刀效率，缩短整体加工时间，我公司决定恢复其自动换刀功能。
1 自动换刀方案选择1.1 传统刀库管理功能传统刀库管理功能（即用户编写的刀库管理功能）可分为三部分：人机界面，备刀（刀库的运动），换刀（机械手的运动）。
由于西门子840D系统具有良好的开放性，允许机床厂家将自己的专有技术加入到系统当中，并提供适合特殊应用的显示界面、更方便的操作方式、更简单的加工参数调整等功能，使其与标准系统无缝连接。
1.2 西门子840D的刀库管理功能西门子840D提供了标准的刀库管理功能，相比于传统的刀库管理功能，除了具备传统的刀库管理功能外，还具有以下优点：（1）刀库管理适用范围广；（2）换刀灵活；（3）换刀过程透明；（4）实现刀具寿命监控；（5）刀库配置容量大；（6）大小刀管理。
综合比较两个方案，文章决定使用西门子840D的标准刀库管理功能来实现本机床的自动换刀功能。
2 刀库机械手结构与数控系统配置2.1 刀库机械手结构该机床刀库采用带机械手的链式单刀库，可装60把刀具。
液压马达和双速换向阀控制刀库的高低速旋转，机械手由液压驱动。
在刀库侧面配备有單独的换刀机械手手动控制平台。
浅谈基于PLC的刀库自动换刀控制系统设计
图6 整体臂架第四阶模态振型图图7 整体臂架第五阶模态振型图图8 整体臂架第六阶模态振型图144中国设备工程 2024.03（上）图1 电源接线图3.2 控制系统的电路设计为了方便绘制PLC接线图和编写PLC程序，将每个输入/输出设备与PLC的输入/输出点相对应。
3.2.1 PLC的IO接线在这个设计里，首先设计了已有的PLC的输入点和输出点，接下来，按照目前的项目流程需求，为目前的设备设置了特定的PLC连接线，在程序设计中，这样就可以更清楚地看到当前设备的输入点和输出点。
3.2.2 电机接线三相电机运转时，装置的工作部件，必须使用三相电源，而且还会出问题，此时，若在装置的进电线上加装一组防风开关，那么在电动机发生故障的时候，而不会影响其他部件的工作，对现有设备马达进行保护。
三相电源通过交流保护空气开关的上端进入后，把它的下端头和AC接触器的上端头连接起来，当220V的电力供应完毕后。
电动机在PLC的控制下运转，在接触器绕组通电和常开度连接处，电动机就能正常运转。
4 控制系统的程序设计4.1 程序主流程图按照设计要求，本文给出了该控制系统的主要程序流程图，如图2所示。
它将目前的位置2传递给数据寄存器地址D100，以执行随后的目前的程序比较。
图3 位置传送块程序 4.2.2 当前刀号位置传送程序如图4所示，在程序在向网络72自动执行时，程序会自动判断输入继电器X14的状态，如果接受了这个任务，PLC将常数2自动转移到了目前的数据寄存器D102上，在同一时间内，输入继电器X15被激活，此时，数据寄存器常数3也被转移到了数据寄存图4 刀库位置传送程序电机正反转判断程序在程序开始的时候，要判断所选刀具编号D100当前刀具编号D102的尺寸，当D100大于D102时，M10表示，把它打开，并计算其差异，然后把它放到的数据寄存器里，再次判定D300中的数据是否大于图5 故障指示灯4.3 程序设计转刀装置的基础工作是转刀。
模块式刀库的刀具交换与控制技术
文献 标识码 ： Ａ
Ｅ ｃ ａ ｇ ｎ ｏ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｈ ｏ ｌ ｘ ｈ ｎ ｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｃ ｎ ｌｇ ｆｔ ｅ ｔ ｏ ｇ ｚｎ ｎ ｍｏ ｕａ ｉｅ ｅ ｉｎ ｔ ｍａ ａ ｉｅ ｉ ｄ ｌｒ ｄ ｄ ｓｇ ｚ
Ｗ ＡＮＧ ｈ ｐ ｎ ①② ＸＩ Ｙａ ｃ ｉ Ｓ ｉｅ ｇ Ｅ ｎ ａ②
ｔ ｅ ｎ ｙ ｄ ｍａ ｄ，ｒ ｄ ｃ ｈ ｏ ｔａ ｄ ｉ ｒ ｖ ｒ ｄ ｃｉｎ ｅ ｃｅ ｃ ｅ ｕ ｅｔｅｃ ｓ ｎ ｍｐ ｏ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔ ｆ ｉ ｎ ｙ。ｗ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｋ ｎ ｆｍｏ ｕ ａ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｉ ｅ ｄ ｓ ｅ ｉ ｄ ｏ ｄ ｌｒｓ ｕ ｔ ｒ ｇ ｒ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｅ ｅ ｏ ｉ ｇ ｈ ｒｚ ｎ ａ ｃ ｉ ｉ ｅ ｔｒ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｕｓｏ ｒ ｓｐｒｄ ｔｍｕ ｔ ｏ ｍｉ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｄ ｖ ｌｐ ｎ ｏ ｉｏ ｔ ｌｍａ ｈ ｎｎｇｃ ｎｅ ，ｉ ｒ ｅ ｏｍｅ ｔｃ ｔ ｍｅ ｏ ｕｃ ｌｉ ｒ － ｆ
［］ ２ 郭策 ， 孙庆鸿． 高速高精 密数控车床 主轴系统 的热特 性分析及热 变
［ ］ 良生 ， ８伍 罗吉成 ， 周大帅 ， 高速高精密 机床 主轴 温度场的有 限元 等．
分析 ［ ］ 现 代 制造 工 程 ，０ ８ ９ ． Ｊ． ２０ （ ） ［ 于翔 ． ９］ 主轴 系 统 热 变 形 分 析 ［ ］应 用 能 源 技术 ，０８ １ ） Ｊ． ２０ （ Ｏ ．
ｔ ｒ ，２ ０ ４ １ ５ ｕ ｅ ０ ０， ０： ２ ７—１ ８ ２ ４．
团在 机床模 块 化 方 面进 行 了研 发设 计 ， 实现 了刀库 模
加工中心刀库捷径方向选择控制
电气控制课程设计专业：自动化班级：动1502姓名：陶军辉学号：201509421指导教师：姜香菊兰州交通大学自动化与电气工程学院2018 年7月6日加工中心刀库捷径方向选择控制1 设计目的本次PLC课程设计，强调实际应用技能训练，要求我们能够自主地设计一个综合系统，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
其主要目的是将所学的基础知识运用到实际中，让我们能够灵活运用所学的知识。
在本次课程设计中，用到的软件有step7(Simatic Manager)和它的仿真软件（S7-300PLCSIM），通过仿真来验证程序的正确性，可行性和可靠性。
2 课程设计的基本内容2.1 设计内容数控加工中心的刀库由步进电机或直流电机控制，回转式刀库加工中心刀库工作台上面设有8把刀具，分别在1，2，……，8个刀位，每个刀位设有霍尔开关一个。
刀库由小型直流减速电机带动低速旋转，转动时，刀盘上的磁钢检测刀位信号，反映当前刀号的位置，同时换刀指示灯亮，反映当前的旋转方向。
2.2 设计要求开机时，刀盘置于1号检测刀位，到位指示灯亮，此时操作者可以任意选择刀号。
比如，现在选择3号刀位，程序判别最短路径，是正转还是反转，那这时，刀盘应该正转到3号刀位，到位后，到位信号灯亮，此时，表明已完成选刀。
同理，如选择6、7、8号刀，情况相反。
3设计基本步骤3.1 问题分析及解决方案刀库捷径方向选择的原则是采用最近的方向选择，即选择时都要向距离换刀位置<180°的方向旋转，以减少换刀时间，提高加工中心的工作效率和经济效益。
按照设计要求，初始状态下PLC记录1号检测刀位，当刀位选择信号输送给PLC时，PLC记录该请求刀号，然后PLC通过控制继电器-接触器来控制电机，使其按照距请求刀号<180°方向旋转，同时旋转指示灯亮。
在刀具旋转过程中，请求选择的刀位与当前检测到的刀位一致时，电机停转，到位指示灯亮，换刀结束。
在该设计中，输入设备是开关量，所以输入模块选择为直流数字量输入模块，电压等级为24V；输出设备指示灯和电机都是由直流供电的，所以输出模块选择为直流数字量输出模块，电压等级为24V。
SIEMENS840D系统PLC控制刀库轴的实现
理， 并 说 明 了如 何 实现 这 个控 制 。 关键词 ： Ｓ Ｉ Ｅ ＭＥ ＮＳ ８ ４ ０ Ｄ； Ｐ Ｌ Ｃ； 刀库 ； 伺 服 轴
中图分类号 ： Ｔ Ｇ６ ５ ９
＝
—
Ｎ Ａ Ｔ Ｏ Ｒ ［ Ａ Ｘ ８ ］ ） （ ２ ） 将机床参数 Ｎ ３ ０ ３ １ ０ 设为 １ ，使得该旋转轴 Ｉ ＝３ ６ ０ ／ ３ ６ 为模 态 轴 。
Ｎ ３ ０ ３ １ ０ ￥ ＭＡ — Ｒ Ｏ Ｔ — Ｉ Ｓ — Ｍ０ Ｄ Ｕ Ｌ Ｏ ［ Ａ Ｘ ８ ］ ＝ １
（ ３ ） 将机床参数 Ｎ ３ ０ ３ ２ ０ 设为 １ ，使得该轴坐标 显示 值 为 Ｏ 一 ３ ６ ０度 。
Ｎ ３ ０ ３ ２ ０ ￥ Ｍ Ａ — Ｄ Ｉ Ｓ Ｐ Ｌ Ａ Ｙ — Ｉ Ｓ ＭＯ Ｄ Ｕ Ｌ Ｏ ［ Ａ Ｘ ８ ］ ＝ Ｉ
（ ４ ） 将机床参数 Ｎ ３ ０ ３ ３ ０ 设为 ３ ６ ０ ，使得该轴 的 模为 ３ ６ ０度 。
Ｎ３ ０ ５ ０ ０ ￥ ＭＡ — ． Ｉ ＮＤＥＸ — ． ＡＸ— ． ＡＳ Ｓ Ｉ ＧＮ— — Ｐ ＯＳ ＿ Ｔ ＡＢ
１ 刀库轴 的机床 Ｎ Ｃ参数设定
［ Ａ Ｘ ８ ］ ＝ ３
（ ７ ） 对于模态分度轴 ，参数 Ｎ ３ ０ ５ ０ ２ 的意思是刀 进行刀库轴 的 Ｐ Ｌ Ｃ控制 ，必须将该轴设成分度 位数 ， 如果该机床刀位数为 ３ ６ ， 则应该将该参数设定 轴或定位轴 ， 在这里 由于刀库旋转分度是均匀 的， 故 为３ ６ 首先应在系统参数 中将该轴定义为模态分度 轴 ， 就 Ｎ ３ ０ ５ ０ ２ ￥ ＭＡ — Ｉ Ｎ Ｄ Ｅ Ｘ — Ａ Ｘ — Ｄ Ｅ Ｎ Ｏ ＭＩ Ｎ Ａ Ｔ Ｏ Ｒ［ Ａ Ｘ８ 】 是模 为 ３ ６ ０度 的等 距 分度 旋 转 轴 ，每 一 步 距 的值 由 ３ ６ 具体参数来定 义。下面是 Ｓ Ｉ Ｅ Ｍ Ｅ Ｎ Ｓ ８ ４ ０ Ｄ数控 系统 （ ８ ） 如图 １ 所示 ， 对于模态分度轴来说 ， 相邻 两 Ｎ Ｃ参 数 的具 体 配 置 ， 由于该 车 削 中心 的第 ８轴 为 刀 刀 位 的距离 为 ： 库轴 ， 因此下面都以第八轴为例来进行说明。 Ｉ Ｎ Ｄ Ｅ Ｘ ＝ Ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ （ Ｎ ３ ０ ３ ３ ０ ： ￥ ＭＡ — ＭＯ Ｄ Ｕ － （ １ ） 将机床参数 Ｎ ３ ０ ３ ０ ０ 设为 １ ，使第 ８ 轴为旋 Ｌ Ｏ Ｒ Ａ Ｎ Ｇ Ｅ ［ Ａ Ｘ ８ ］ ） ／ 转轴 。 Ｄ ｅ ｎ ｏ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｏ ｒ （ Ｎ ３ ０ ５ ０ ２ ： ￥ ＭＡ ＿ Ｉ Ｎ Ｄ Ｅ Ｘ — Ａ Ｘ — Ｄ Ｅ Ｎ Ｏ Ｍ— Ｎ ３ ０ ３ ０ ０ ￥ ＭＡ ＿ Ｉ Ｓ — Ｒ Ｏ Ｔ ＿ Ａ Ｘ ［ Ａ Ｘ ８ ］ ＝ Ｉ
加工中心刀库定位控制的改进
３ 辑 处 理 电路 ． 逻
逻辑处理 电路是刀 库定位控 制的核心 ， 主要完 成如下功能 ： 计算最佳找刀路径 ， 控制链条正反转及启停 ， 快速找到要求刀座 的精定位 区 ， 控制精确定位及输 出定位完成信 号。 但是该类型刀 库随着使用时 间的推移 ， 变形量（ 其 即每两个
性 关 系 。 由于 刀 具 的刀 柄 是 圆形 结 构 ，两 个 接 近 开 关 为 平 行 安
序计算 出刀库应 转动的角度 ，并通知 Ｃ Ｃ按此值 去运转刀库 。 Ｎ
当 Ｃ Ｃ控制刀库运转到位后 ， 即通知 Ｐ Ｃ 粗定位完成 。 Ｎ 立 Ｌ， 刀库 精定位是 当 Ｐ Ｃ接到 Ｃ Ｃ发出的粗定位到位信号后 ，Ｌ Ｌ Ｎ Ｐ Ｃ立即 开始对两个精定位开关输 出值进行 比较 ， 并通知 Ｃ Ｃ低速运转 Ｎ 刀库 ， 直到精定位到位 。
它们的感应灵敏度高 。
负最大值 ， 则刀库链反 向转 动 ； 出比较结果 由正负最大值转 换 输
为… ， ０’则该刀座位 于两个接 近开关正 中位置 ， 即刀 库精确定 位
位置。通 过调整零 位置窗的阈值大小 ， 调整刀座的定位精度 。 可 窗 口值偏 大则 定位精度 低 ， 偏小则导致刀库链 抖动 ， 无法 完成 定
三 、 进 刀 库 定 位 控 制 的硬 件 选 择 及 Ｐ Ｇ 控 制 程 序 改 Ｌ １ 件 选 择 ． 硬
装 ，所 以当移动的刀柄 随着链条 的转 动从某一 方向经过两个接 近开关时 ，两个接近开关各输 出一个 近似 正弦规律变化 的电压 信号 ， 两个信 号存 在着 一个 相位差 。
１ ｍＡ。 ０
刀位之 间的间隙量） 也在不 断变化 ， 无法采用 电气补 偿的办法来
斗笠式刀库自动换刀控制组态系统的开发
１ 组 态王软 件 与 ｓ －０ Ｌ ７２ ０Ｐ Ｃ之 间的通 信 （ ）上 位计算 机与 Ｐ Ｃ之 间的硬件连接 １ Ｌ
斗笠 式 刀库 自动 换刀 控 制组 态 系统 的开发
牛 志斌
（ 山西机 电职 业技 术 学院 ，山西长 治 ０ ６ １ ） ４ ０ １
摘要 ：论述如何利用组态软件对斗笠式刀库 自动换 刀过程 进行 组态设计 ，实现对 加工 中心 自动换刀动作 的动态控制及 监控功能 。该组态系统对数控技术维修人员及 时排 除 自动换 刀系统故障 、特 别是职业 院校进行数控 机床维修实 践教学及技
系统 内装 Ｐ Ｃ （７２０ Ｌ ￥ － ）建 立通信 连接 ；开发 自动换 ０ 刀控制组态系统 ，建立 控制界 面 ，在组态界 面中设 置
各个控件 的属性 ，使设 置的控 件按 照 自动换 刀实际运 行情况动作 ，从 而实时动态监控 Ｐ Ｃ Ｌ 、刀库 、主轴 和 其他辅助换刀 机构 的动 作及 Ｐ Ｃ的运行 状 态。具体 Ｌ
２１ ０ ２年 ４月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩ Ｔ ＣＳ
Ａｐ ．２ ２ ｒ ０１ Ｖｏ． ０ Ｎｏ ８ １４ ．
第４ ０卷 第 ８期
Ｄ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ ＯＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉ ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ ０ ． １ ｓ ８ １２ １．８ ０９
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｏ ｅ ａｌｄ ｓｇ ｆｃｏ ｋＳ ｋ ｉ ｅ ｔｒ ｒｏ ａ ｔ ｍａｉ ｏ ｌｃ ａ ｇ ｏ ｔ ｌｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｗ ｓ ｅ ｐ ｓ ｅ ．Ｄｙ ｓｒ ｃ ： ｈ ｖ ｒ ｌ ｅ ｉｎ ｏ ｌ ａ ’ ｎ ｖ ｓｓｏ ｅ ｏ ｍ ｕ ｏ ｔ ｔｏ — ｈ ｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｏ ｆ ｕ ａｉ ｙ ｔｍ ａ ｘ ｏ ｉ ｄ ｃ ｏ ｉ ｏ ｔ － ｎ ｍｉ ｎ ｔｒｎ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ｍａｉ ｏ ｌｃ ａ ｇ ｒ ｃ ｓ ａ ｅ ｌ ｅ ．Ｔ ｅ ｃ ｎ ｇ ｒ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｉ ｖ ｒ ｍｐ ｒ ｎ ｏ ＮＣ ｍａｎ ｅ ａ ｃ ａ ｃ ｍｏ ｉ ｉ ｇ ｔ ｈ ｕ ｏ ｔ ｔｏ — ｈ ｎ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｗ ｓ ｒ ａｉ ｄ ｏ ｃ ｚ ｈ ｏ ｕ ａｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ｅ ｙ ｉ ｏ ｔ ｔｆｒ Ｃ ｉｔ ｎ ｎ ｅ ｉ ｆ ｏ ａ ｓａｆｔ ｅ ｖ ｈ ｕ ｏ ｔ ｏ ｌｃ ａ ｇｎ ｙ ｔｍ ａｌ ｒ ｍｍｅ ｉｔ ｌ ， ｗ ｉ ｔｐ ｏ ｉ ｅ ｕ ｄ ｎ ｅ ｆ ｒＣＮ ｃ ｉ ｅ ｓ ｉ ｓｔａｎ ｎ ｒ ｔ ｒ ｍｏ ｅ ｔ ｅ ａ ｔ ｍａｉ ｔｏ —ｈ ｎ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｆｉ ｅ ｉ ｆ ｏ ｃ ｕ ｄ ａ ｅｙ ｈ ｌ ｉ ｒｖ ｄ ｓ ｇ ｉ ａ ｃ Ｃ ｍａ ｈ ｎ ｋ ｌ ｒ ｉ ｉｇ ｏ ｅ ｏ ｌ
数控加工中心刀库控制PLC设计
毕业论文数控加工中心刀库控制PLC设计姓名学院专业班级指导教师年月日数控加工中心刀库控制PLC设计[摘要] 介绍了某型数控加工中心刀具库的PLC 控制设计，在分析控制要求的基础上，选用S7-200CPU224 控制器和EM221 （CN）扩展模块，并设计出相应控制程序。
控制程序包含：纪录当前刀具号、请求刀具号、转盘转动方向判断并确定转盘正反转、换刀定时及换刀指示灯闪烁等部分，程序结构性好、可读性强、运行效率高。
能很好地满足实用要求。
[关键词]□数控加工中心□□刀具库□□S7-200□□可编程控制器PLC Control System Design of Pneumatic ExperimentManipulator[Abstract]The numerical control manufactureing center about tool storeroom of PLC Control is presented ， the simatic S7-200 CPU224 PLC and EM221 （CN） are elected， the control program is projected based on analysis control request. The control program is made up of the current tool number recorded、the tool number requested、the turntable turning estimated and direction confirmed、the conversion time and the dicator light glittered about tool， so the program is fine in instructue， good in reading and run faster in efficiency. It is very satisfied in application.[Keywords]□the numerical control manufactureing center□□tool storeroom□□S7-200 PLC□□PLC目录引言 (1)一、数控机床组成结构及工作过程 (1)二、数控机床PLC和NC的关系 (2)三、控制要求 (3)四、编程方法与规则 (4)（一）编程要求 (4)（二）编程方法 (5)五、PLC 控制系统设计 (6)（一）I/O地址分配及PLC的选择 (6)（二）PLC控制程序 (7)六、数控机床的发展方向 (9)结论 (11)致谢 (12)参考文献 (13)附录一：英文原文 (14)附录二：英文译文 (16)引言某型数控加工中心小型刀具库由八种刀具、换刀转盘和取放刀机械手组成。
加工中心刀库控制与管理
1. 制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得
到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、
上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都
能自制。
2. 每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡板靠近（距
离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准，
10
整理课件
图a.自动换刀过程示意图例
图b.自动换刀过程详解图例
11
整理课件
刀套结构示意图
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整理课件
JCS-018A上使用的换刀机械手为回转式 单臂双手机械手，其动作全部由液压驱 动。如图所示，主要由以下部件构成： 驱动装置 分别是机械手回转75°的液 压缸18，用于拔刀、装刀的液压缸15， 交换刀具的（机械手旋转180°）液压缸 20。 传动装置 齿轮4、11，齿条17、19，连 接盘5，传动盘10，机械手臂轴16。其中 只有传动盘与轴16为花键连接，并能随 轴16上下移动，能够直接随轴16旋转， 其余的齿轮或连接盘必须借助于传动盘 才能够旋转。 行程控制装置 包括挡环2、6、12，行 程开关1、3、7、9、13、14。 执行机构 机械手21
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整理课件
选刀和换刀原理补充
JCS-018A加工中心采用卧式圆盘刀库，软件选刀，由机械手实现换刀。
JCS-018A的主轴通过端面键带动刀具旋转，采用电气式主轴准停装置，通过 压缩空气对装刀位置进行吹扫。
圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从 1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位后， 不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。
加工中心刀库定位控制研究
就 发 出 起 动 刀 库 运 转 的 命令 ，于 是 刀 库 就 在 Ｃ Ｃ控 制 下 运 Ｎ 转 到 指 定 位 置 。运 转 到 位 后 ，Ｎ Ｃ通 知 Ｐ Ｃ 运 转 到 位 ， 这 Ｌ
但 是 该类 型 刀 库 随着使用 时 间 的推移 个 刀 位 之 间 的 间 隙量 ) 也 在 不 断 变 化
。
，
其变形量 (即
无 法 采 用 电气
，
整个 刀 库转动起来惯 性 很 大
，
国 内外 许 多 数 控 机 床 厂 家 解
。
，
决此 问题 是用 电气控制进 行 精 定位 库进 行 精 定位 的控 制线路 板
，
它是采用
一
套控制刀
补偿 的办法 来解 决
而且
。
，
这种刀 库定位控制复杂
，
不利
通 过 对 刀 库上 的二 个 精定位
，
于 小批 量 生 产等情 况 宜
，
因此
有必要寻找
，
一
个经 济上 便
感 应 开 关 传 回 的模 拟 量 进 行 比较
机 正 转或反 转
，
用 其差 值来控 制刀 库 电
。
质量 上 可 靠
。
输பைடு நூலகம்
CNC 运
转刀 库
，
从 而 达 到 刀 库精确 定 位
，
该模拟输入 板可
。
出 比较结 果 先达 到正 最 大值
，
则 刀 库 链 正 向转 动
；
输出比
选 用 西 门子 公 司 批 量 产 品
保证 性 能稳 定 可 靠
P L C 和 CN C 之
只要 编制
，
较结果先达 到负最 大值
加工中心刀库自动换刀的控制
#" 镗刀杆! $" 镗刀! (" 上下调整螺钉 ’" 两侧调整螺钉
图! #
此刀具的特点：可用于组合机床或其他机械加工机 床，结构紧凑，制造简单，使用灵活。效率高，且在刀 具磨损后可调整继续使用，有效延长刀具寿命，减小机 床夹具调整时间。
（ 收稿日期：$&&5&$#5 ）
############################################
冷加工
! " " # 年 第 $% 期 # !" ! ! !" " # $ % & ’ & ( )" $ * "" $ ’
刀! ! 具
!"##$%& ’(()*
（ # ） 刀套垂直到位，发出到位信号，主轴定向给出 位置到达确认信号。 （ $ ） 机械手从原始位置起动，旋转 %&’ 到达机械手 夹刀位置。 （ ( ） 机械手抠刀到位发出停止信号，把刀具从主轴 和刀套中取出，机械手电动机停止。 （ ) ） 抠刀确认及刀具松开给出到位信号。 （ * ） 刀具夹放松完毕，起动机械手旋转 +*&’ ，到达 刀具更换位置。 （ % ） 机械手电动机停止信号使机械手电动机停止。 （ +& ） 装刀确认及刀具夹紧给出到位信号。 （ ++ ） 机械手电动机起动，使机械手回到原始位置。 （ +, ） 机械手电动机停止信号，使机械手电动机停 止。 （ +- ） 机械手原始位置开关发信号。 （ +# ） 控制刀套翻转 （ 水平） 的电磁气阀得电。 +$ ） 刀套翻 转 处 于 水 平 位 置 的 接 近 开 关 发 信 号 （ （ 刀库换刀动作完成） 。 刀库及机械手的动作可以由 ./ 来控制，也可以由 01/ 来控制，由于该刀库选用的普通的 三 相 异 步 电 动 机，故采用 01/ 来控制刀库及机械手的动作。由于该机 床数 控 系 统 为 *#&23 456789:;7， 它 内 部 集 成 了 <) — -+$ —,20 的 01/ 系统，为 01/ 编程控制刀库和机械手 的动作提供了方便。01/ 程序设计采用了模块化、参数 化和标准化的编程方法，按控制功能将程序块分成不同 的功能块，利用程序块形式的参数编程特点，将控制功 能程序标准化。程序结构如图 - 所示。
斗笠刀库使用说明
K1000M4_Cs_EXT斗笠刀库使用说明K1000M4_Cs_EXT斗笠刀库接口信号输入信号诊断表位号 7 6 5 4 3 2 1 0X0.7: 模拟主轴手动换档信号X0.5: X轴减速输入信号X0.4: 4轴分度头输入信号X0.3: 松拉刀开关信号X0.2: 复合功能：宏输入，4轴分度头输入信号X0.1: 复合功能：宏输入，4轴分度头输入信号X0.0: 复合功能：宏输入，4轴分度头输入信号位号 7 6 5 4 3 2 1 0X1.7: G31测量输入信号X1.6: 负向硬限位X1.5: Y轴减速输入信号X1.4: 正向硬限位X1.3: 宏输入X1.2: 主轴定位完成输入信号X1.1: 复合功能：宏输入,转台松开输入信号X1.0: 复合功能：宏输入,转台夹紧输入信号位号 7 6 5 4 3 2 1 0X2.7: 主轴报警信号输入X2.5: Z轴减速输入信号X2.4: 急停信号X2.3: 倍率开关输入信号X2.2: 倍率开关输入信号X2.1: 倍率开关输入信号X2.0: 倍率开关输入信号位号 7 6 5 4 3 2 1 0X3.7: 模拟主轴高档位反馈X3.6: 紧刀到位输入信号X3.5: 4轴减速输入信号X3.4：模拟主轴低档位反馈X3.3：ESP 急停X3.2: 暂停X3.1: 启动按钮X3.0: 程序开关位号 7 6 5 4 3 2 1 0X4.7: ESP 急停X4.6: 附加操作盒选择4轴X4.5: 附加操作盒选择Z轴X4.4: 附加操作盒选择Y轴X4.3: 附加操作盒选择X轴X4.2: 手轮脉冲当量X4.1: 手轮脉冲当量X4.0: 手轮脉冲当量位号 7 6 5 4 3 2 1 0X100.7: 模式切换输入信号X100.6: 松刀到位输入信号X100.5: 刀库拉回到位输入信号X100.4: 刀库伸出到位输入信号X100.3: 数刀输入信号X100.2: 刀库零位输入信号X100.1: 刀库手动反转输入信号X100.0: 刀库手动正转输入信号输出信号诊断表位号 7 6 5 4 3 2 1 0Y0.7: 主轴制动输出Y0.6: 报警输出Y0.5: 主轴停止Y0.4: 润滑油开Y0.3: 冷却液开输出Y0.2: 卡盘控制输出Y0.1: 主轴反转Y0.0: 主轴正转位号 7 6 5 4 3 2 1 0Y1.7: 加工完成Y1.6: 模拟主轴输出指示Y1.5: 手动/手轮/单步/回零方式指示信号Y1.4: 润滑油关脉冲输出Y1.3: 冷却液关脉冲输出Y1.2: M11脉冲输出Y1.1: 转台放松输出信号Y1.0: 转台夹紧输出信号位号 7 6 5 4 3 2 1 0Y2.7: 松刀输出信号Y2.6: 分度头气动放松输出Y2.5: 4轴驱动准备就绪输出Y2.4: 复合功能：主轴档位，宏输出Y2.3: 主轴定向输出Y2.2: 复合功能：主轴档位，宏输出Y2.1: 复合功能：主轴档位，宏输出，模拟主轴高档输出Y2.0: 复合功能：主轴档位，宏输出，模拟主轴低档输出位号 7 6 5 4 3 2 1 0Y100.4: 模式切换输出信号Y100.3: 刀库反转输出信号Y100.2: 刀库正转输出信号Y100.1: 刀库拉回输出信号Y100.0: 刀库伸出输出信号K1000M4_Cs_EXT斗笠刀库调试参数说明;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;PLC记忆型控制继电器信号定义;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;SKEY_K = K0.7 ;选择X3.0功能，1-程序开关MST_K = K0.6 ;禁止X3.1为循环启动开关，1-禁止，0-有效MSP_K = K0.5 ;禁止X3.2为暂停开关，1-禁止，0-有效MOT_K = K0.4 ;选择是否检查硬限位1：不检查MESP_K = K0.3 ;禁止急停功能，1-禁止，0-有效MESP3_K = K0.2 ;禁止X4.7为急停开关3，1-禁止，0-有效MESP2_K = K0.1 ;禁止X3.3为急停开关2，1-禁止，0-有效MESP1_K = K0.0 ;禁止X2.4为急停开关1，1-禁止，0-有效KEYI_K =K1.7 ;开机时程序开关状态1：为开0：为关ZDIL_K = K1.6 ;选择主轴制动时是否互锁进给轴TMANL_K = K1.5 ;T代码时手动换刀机能选择；1：有效，0：自动换刀SOLA_K = K1.4 ;松拉刀控制机能；1：有松拉刀控制机能，0：无松拉刀控制机能QJSL_K = K1.3 ;气动夹紧放松旋转分度头机能；1：有效，0：无效AGIN_K =K1.1 ;自动换档时，是否检查档位反馈信号；1：总是检查，0：出现新S时检查AGST_K =K1.0 ;自动换档时，是否需要手动参与；1：需要手工换档并且再次按下启动键MZRN4_K = K2.7 ;选择回零按键方向MZRNZ_K = K2.6 ;选择回零按键方向MZRNY_K = K2.5 ;选择回零按键方向MZRNX_K = K2.4 ;选择回零按键方向ZLOK_K = K2.3 ;选择回零按键自保持RH_AUTO_K = K2.1 ;选择自动润滑机能MNREM_K =K2.0 ;工件计数掉电保持功能1-保持0-不保持MPLS_K = K3.7 ;M代码脉冲输出SUOS_K = K3.6 ;选择宏输出功能1：S1-S8为宏输出，0：MNOUT_K =K3.5 ;选择工件计数到达输出机能TCKI_K =K4.7 ;选择刀位反馈信号检查MSTKY_K =K4.1 ;屏蔽面板按键，0：不屏蔽，1：屏蔽M19S_K =K4.0 ;主轴定向功能1：有效，0：无效MPWE_K =K5.6 ;参数开关屏蔽选择1；参数开关屏蔽0：不屏蔽参数开关TO_K =K5.5 ;选择是否有零位信号1:有零位信号0:无零位信号MT_CHK_K =K5.4 ;屏蔽到位一致检查1:屏蔽EHOF_K =K5.3 ;选择外部手轮时，面板手轮方式是否有效。
加工中心刀库控制与调试方法研究
加工中心刀库控制与调试方法研究李继中【摘要】加工中心刀库控制与调试是实现加工中心控制功能的难点.加工中心刀库控制功能的实现方法一般有2种,一种是通过调用宏程序与数控系统变量及参数设置、PLC/PMC控制程序相结合的实现方法;另一种完全由PLC/PMC编程控制.本文以深圳职业技术学院数控技术专业自行开发的加工中心实训设备为例,介绍了调用宏程序实现自动换刀的刀库控制与调试方法,并给出了宏程序的编制思路与参考程序、相关参数的设置、刀库控制及调试的方法与注意事项,并对2种实现方法的优缺点进行了比较.【期刊名称】《深圳职业技术学院学报》【年(卷),期】2011(010)003【总页数】7页(P7-13)【关键词】加工中心;刀库控制;数控系统;可编程控制器/可编程机床控制器;宏程序;调试【作者】李继中【作者单位】深圳职业技术学院,广东深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TG659加工中心是实现高效数控加工的基础，也是柔性制造系统（FMS）和无人工厂或车间的基本组成单元.加工中心控制功能的实现与调试难点是刀库的控制与调试.加工中心的刀库形式有盘式（或称为“斗笠”式）刀库与刀袋式刀库等2种结构形式，但刀库控制功能的实现及其调试方法相同.下面以FANUC 0i-MC控制系统立式加工中心盘式刀库控制功能的实现与调试为例，介绍加工中心刀库控制与调试的方法[1]，该方法已应用于深圳职业技术学院数控技术专业自行开发的加工中心实训设备的调试中，该设计思路也适用于刀袋式刀库的控制与调试.刀库控制功能的实施方法主要有2种，一种是全部通过PLC/PMC编程实现，另一种是通过调用宏程序与PLC/PMC编程、系统参数相结合的实现方式.文章主要介绍调用宏程序与可编程逻辑控制器（PLC）/（PMC-可编程机床控制器）编程、系统参数相结合的实现方法.1 刀库控制需求图1 盘式刀库刀盘、主轴、换刀准备及换刀等位置间的相互关系立式加工中心盘式刀库换刀过程中，刀盘、主轴、换刀准备及换刀等位置的相互关系如图1所示.刀库的控制分为手动控制和程序自动控制两种方式.手动控制主要用于刀库的安装与调试或维护等，主要有刀库手动回零、手动选刀及单段辅助控制指令（M指令）操作等；程序自动控制主要用于生产中的自动换刀控制.自动换刀控制过程如图2所示.深圳职业技术学院数控技术专业某加工中心的刀库电气控制如图3所示.图2 自动换刀控制过程图3 某加工中心刀库电气控制关系2 宏程序的编程思路宏程序的编制思路与步骤如下：（1）保存数控系统的编程状态：尺寸单位的公/英制状态、进给量是绝对值编程还是增量值编程，宏程序中采用增量值编程；（2）主轴初始化：主轴停转后，移至换刀点；主轴准停；读主轴刀号；（3）比较主轴刀号与刀库刀号是否相等：必须保证主轴刀号等于刀库刀号；（4）判断主轴上是否有刀：若无刀，直接换所需刀号，若有刀则进入下一步；（5）判断主轴刀号是否为所需换刀刀号：若是，结束换刀，若不是则进入下一步；（6）所需换刀刀号是否大于刀库刀号：若是，则报警退出；若不是则进入下一步；（7）判断所需换刀刀号是否为零号：若是，同报警退出；若不是则进入下一步；（8）刀库推出，主轴还刀，刀库选刀，主轴抓刀，刀库退回；（9）换刀结束，并恢复系统的编程状态（主程序模态），返回主程序；自动换刀所调用的宏程序的编程思路如图4所示.图4 自动换刀宏程序的编制思路3 实现宏程序调用的系统变量及参数设置以数控技术专业开发的FANUC0i-MC控制系统加工中心实训设备为例说明.1）输入信号变量（G54.0～G54.2）[2]740～741为了实现宏程序与PMC（梯形图程序）间的跳转控制，使用系统的3个输入信号作为刀号判别.具体内空如表1所示.表中G54.0，G54.1，G54.2是0还是1由PMC的梯形图程序的运行结果决定[3-4]（梯形图程序可参见参考文献[1]光盘中附录9的程序），其结果在宏程序中调用（参见附录：宏程序例）.2）报警变量在判别刀号时可能出现错误，需要报警，必须通过宏程序实现，FANUC 0iC系统的“#3000”变量用于宏程序报警[3]310，可显示报警号和报警信息.使用格式为：报警号为变量“#3000”的值（0～200）加上3000；报警信息为其表达式后指定的报警信息（不超过 26个字符）.例如“#3000=1（TOOL NOT FOUND）”对应屏幕上的显示为“3001 TOOL NOT FOUND”（参见附录：宏程序例）.3）系统模态信息变量（#4003，#4006）[5]313由于宏程序中使用增量编程，在执行宏程序前必须保护主程序的系统模态，在执行完成宏程序后必须恢复主程序的系统模态，因此需用到系统模态信息变量.主程序中的系统模态主要有公/英编程和绝对值/增量值编程模态，对应的系统变量为“#4003”（对应系统当前所处的编程坐标模态值G90/G91）和“#4006”（对应系统当前所用的编程单位系统G20（英制）/G21（公制）.4）宏程序调用及刀库相关系统参数[6][2]742-746用“M06”调用宏程序实现刀库的自动换刀控制所涉及到的有关参数如下表2所示.表1 调用宏程序实现换刀所用的输入信号变量PMC→NC的信号输入信号变量名系统变量名变量值对应的意义G54.0 UI000 #1000 “1”表示编程刀号大于等于刀库容量G54.1 UI001 #1001 “1”表示主轴刀号等于编程刀号（T码值）G54.2 UI002 #1002 “1”表示编程刀号为0表2 用M06调用宏程序O9023实现换刀控制的有关参数及其设置参数号（PRM#）意义设置值说明6083 用M指令调用宏程序O9023 6 指定M06调用宏程序O9023 4031 设置主轴准停位置数据主轴准停位置数据保存主轴准停的位置数据4077 设置主轴准停时位置偏移量准停时的偏移值保存主轴准停时的位置偏移值4038 设置主轴进行准停的转速准停过程中主轴转速保存主轴准停过程中转速1241 设置换刀点位置数据换刀点位置数据保存主轴换刀点的位置数据4000.0 设定主轴与电机的旋转方向 0/1 使用主轴内置编码器时，0表示主轴与电机旋转方向相同4002 4002.3 0 4002.2 0 4002.1 0表示使用主轴位置编码器作为位置反馈4002.0 1 4015.0 定向是否有效 1 设为“1”表示定向有效4010.2 0 4010.1 0 4010对应设置为“0、0、1”时表示使用内置位置编码器4010.0 14056～4059 设置主轴与主轴电机间的传动比 0 全为0表示主轴与主轴电机间的传动比为1：1 3202.4 设置宏程序禁止编辑 1 设为“1”时表示保护宏程序O9000～9999被编辑4 刀库控制的设计与调试4.1 刀库手动回零为了避免断电停机后刀库刀号出错，加工中心一般均具有手动刀库回零功能.加工中心在进行手动刀库回零操作后，设计上必须保证主轴刀号与刀库刀号一致，避免因刀号出错而发生主轴还刀时与刀库相撞；不一致时，设计上必须具有“刀库刀号与主轴刀号不同”的报警功能，提示操机员或调试员排除此故障.4.2 手动选刀功能加工中心一般均具有刀库正转和反转手动操作功能，每按一次相应的按键，刀库向相应方向转动一个刀位，便于刀库故障排除、刀库安装调试、刀库刀号“乱码（主轴刀号与刀库刀号不一致）”故障的排除等.在编制PLC/PMC程序时，必须保证刀库正转一档时，刀库计数器加 1，当计数值达到刀库容量值时，再正转一档时，计数值为“1”；反之，刀库反转一档时，刀库计数器减 1，当计数值为1时，刀库再反转一档时，计数值为刀库容量值.在排除刀库刀号“乱码”故障时，必须保证刀库刀号存储器中的数值等于主轴刀号存储器中的数值（通过PMC的梯形图程序实现），否则，自动换刀时会出现撞刀库现象.刀库正反向转动的设计除了电气控制的硬联锁外，PLC/PMC程序中还必须设计相应的软联锁功能.4.3 保证自动换刀的效率自动换刀的效率保证了生产效率.有两种情况涉及到换刀时间，一种是主轴上没刀需换T码刀号；另一种是主轴上有刀换为T码刀号.当主轴上没刀时，宏程序或PLC/PMC程序设计上应取消还刀操作，只进行选刀与抓刀操作，以便保证换刀时间最短.当主轴上有刀时，PLC/PMC程序设计上应保证选刀时间最短，即在设计“ROT（旋转）”指令的功能时，选择就近选刀功能.4.4 刀库的功能调试刀库是一个精密装置，在刀库的安装及功能调试过程中，因功能（程序）设计不对极易损坏刀库，因此在刀库功能的调试过程中必须注意以下事项.（1）主轴准停角度的测量与设置主轴准停角度的测量与设置出现较大偏差时，在主轴还刀或取刀时容易撞坏刀库的刀位装置或主轴，因此必须保证主轴准停角度测量准确，同时保证数控系统参数（FANUC 0i系统的PRM#4031、#4077）值设置正确.（2）Z轴第二参考点位置测量与设置Z轴第二参考点即主轴换刀点位置不准确时，主轴还刀或取刀时容易将刀库或主轴撞坏，且刀库的推出或退回一般均采用气动或液压控制装置，一旦位置不准，就会发生刀库与主轴相撞的现象，若是采用机械臂换刀的刀袋式刀库，则容易将刀库和主轴打坏，因此，在测量Z轴第二参考点位置数据时，一定要测准，且数控系统对应的参数值设置一定要正确.（3）刀库选刀定位调试在刀库的安装调试时，通过手动选刀控制操作，确定刀库转动过程中的定位是否出现提前或滞后的停止位置现象，若有，必须进行调整，确保定位准确；调试相应的PLC/PMC程序时，检查正转和反转寄存器中的数值是否与设计要求相符.（4）刀库推出或退回位置检查盘式刀库在还刀或换刀过程中，刀库需要进行推出与退回动作，调试时必须保证其推出或退回位置准确.可在MDI模式下运行对应的辅助功能（M）指令，并检查位置关系及对应的“推出到位”或“退回到位”的行程开关信号，确保正确. （5）刀库推出功能调试盘式刀库的推出一般采用气动或液压控制，若刀库推出由气动控制，首先在确保PLC/PMC程序或宏程序设计正确（即保证刀库刀号与主轴刀号相同）的前提下，才能让刀库具有推出功能，然后在刀库推出期间必须保证刀库推出电磁阀保持通电，使刀库处于推出状态，否则刀库就会退回，造成刀库或主轴的损坏.刀库推出前，宏程序或PLC/PMC程序设计必须进行主轴刀号与刀库刀号是否相等的判别，若不相等时，程序设计上必须让刀库旋转，保证刀库刀号与主轴刀号相等时方可推出，否则会发生刀库与主轴相撞的事故.（6）调用宏程序换刀的全过程调试在刀库控制功能的宏程序及PLC/PMC程序功能单独调试全部正确后，最终必须验证调用宏程序换刀的全部过程，以便调试程序的全局正确性及功能的协调性.首先，保证刀库及主轴上都不装刀，在单段运行模式下执行自动换刀程序，每执行一段程序后，检查加工中心及刀库的动作与功能是否正确、位置是否到位等，确保每步对应的功能及动作、位置都正确后，再在刀库上装上刀再进行单段运行验证，若单段运行模式下的整个换刀过程都正确，最后再在MDI或AUTO模式下进行全过程的验证，若所有功能和动作都正确，且刀库及主轴都安全，则说明刀库控制功能已全部调试好.4.5 加工前检查当上述调试全部正确，且满足要求时，说明加工中心刀库的控制功能已全部实现，可以交付使用.但在交付使用后，操作中可能会发生人为错误而出现刀库与主轴相撞的事故，即主轴上有刀，刀库对应的刀位上也有刀，此时，若进行自动换刀，就会发生刀库与主轴相撞的事故，因此，在开机后，加工前，必须检查这一情况，避免该情况的发生.5 不同实现方法的比较除了调用宏程序实现加工中心的自动换刀功能外，另外一种实现方法就是全部利用PLC/PMC的指令进行编程，两者各有特点.调用宏程序实现自动换刀方法的优点是宏程序编制思路清晰、明了，对应的PLC/PMC程序简短，可读性好，扫描周期短，控制功能的调试简单，但控制功能的实现需要数控系统变量/参数设置、宏程序设计、PLC/PMC程序设计相互配合，因此，要求编程或调试员熟练掌握数控系统的参数及变量、宏程序编制、PLC/PMC程序设计等.采用PLC/PMC编程实现自动换刀功能的优点是不需熟悉数控系统的变量、参数、宏程序编制等，只需利用PLC/PMC的指令编程，但PLC/PMC的程序容量较大，程序的扫描周期较长，程序逻辑关系复杂，阅读与分析容易出错.主要是利用“COIN（一致性检测）”指令与“COMP（数值大小判别）”指令实现逻辑比较与跳转.对于PLC/PMC编程能力较强的工程技术人员比较适合采用这种方法.深圳职业技术学院数控实训室的台湾“协鸿”加工中心，其自动换刀功能的实现就是采用这种方法.附录：自行开发的加工中心实训设备所采用的宏程序（参考宏程序例），供同行参考.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.[2]日本发那科公司.FANUC Series 0i-MODEL C/0i-Mate-MODEL C CONNECTION MANUAL—FUNCTION（B-64113EN-1）[Z].日本，FANUC Ltd，2004-06.[3] 北京发那科机电有限公司.BEIJING-FANUC PMC MODEL PA1/SA1/SA3 梯形图语言编程说明书[Z].B-61863C，BEIJING-FANUC，2001.[4] 北京发那科机电有限公司.BEIJING-FANUC PMC SA1/SB7 梯形图语言补充编程说明书（B-61863C-2/01）[Z].北京：北京发那科机电有限公司，2003.[5] 北京发那科机电有限公司.FANUC Series 0i-MC操作说明书（B-64124CM）[Z].北京：北京发那科机电有限公司，2004-07.[6] 北京发那科机电有限公司.FANUC Series 0i-MODEL C/ FANUC Series 0i Mate-MODEL C参数说明书（B-64120CM/01）[Z].北京：北京发那科机电有限公司，2004-11：137-177.。
链式刀库的控制系统设计
（ ． ｅｊ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｂ ｉ ｎ ０ １ ４，Ｃ ｉａ ． ｈ ｏ ｈ ｎ ａ （Ｇ ｏ ｐ） ＣＯ． １ Ｂ ｉｎ ｉｅｓｔ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｅｊ ｇ １ ０ ２ ｉ ｙ ｉ ｈｎ ；２ Ｈｕ ｈ ｔＺ ｏ ｇ Ｈｕ ｎ ｒｕ ，
Ｌ Ｄ ，Ｈ ｈ ｏ ０ ０ ５ ， ｈｎ ） Ｔ ． ｕ ｈ ｔ １０ １ Ｃ ｉａ
ｖ ｒ ｆｅ ｅ ｅ ｔｔ ｓｓ，ｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｐｒ ｖ ｄ ｔ ｖ ｒ ａ ａ ｕｅ ｉ ｒ ｃ ｉ ｅ ｅ ｉ ｄ ｂｙ ｒ ｐ ａ ｅ ｔ ｉ ｈ ｙ ｔ ｍ ｉ ｏ ｅ ｏ ｈａ ｅ ａ ｇ ｅ ｔ ｖ ｌ ｎ ｐ ａ ｔｃ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｏｏ ｈ ｎｇ ｒ Ｐ ｄｓ ｕｏ ｔ ｔ ｌｃ ａ ｅ ； ＬＣ ；ｋ ｎ ｖｉ ｗ ｃ ｉｇ ｅ
第 ９期 ２１ ０ ２年 ９月
组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术
Ｍ ｏ ｌ ｒ Ｍ ａ ｈ ｎｅ Ｔｏ ｌ＆ Ａｕｔ ｍ ａ ｉ ａ ｆ ｃ ｕ ｉ ｇ Ｔｅ ｈｎ ｑｕ ｄｕ ａ ｃ ｉ ｏ ｏ ｔｃ Ｍ ｎｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｃ ｉ ｅ
ＮＯ ９ ．
Ｓｅ ｐ． ２０ ２ １
公 司 ， 蒙古 呼和 浩特 内 ００ ５ ） １０ １
摘 要 ： 对 自主 研 发 的 链 式 刀 库 及 自动 换 刀 装 置 （ Ｔ ， 析 了其 具 体 的 换 刀 过 程 ， 计 了一 种 基 于 针 Ａ Ｃ） 分 设
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附录9：实现刀库控制功能目录相关知识与技能1．与刀库相关的电气连接2．刀库控制的相关信号及其功能2．1 主轴准停控制信号ORCMA2．2 宏程序所用的系统变量2．2．1 用户宏程序输入信号2．2．2 宏程序报警变量2．2．3 模态信息变量（#4003、#4006）3．宏程序调用及刀库相关系统参数3．1 指定调用宏程序的M代码值参数PRM#6080～60893．2 主轴准停位置设置参数（PRM#4031）3．3 主轴定向速度参数（PRM#4038）3．4 换刀点设置参数（PRM#1241）3．5 其他相关参数4．换刀宏程序5．PMC控制程序思考题实训项目3.8 实现刀库控制功能以FANUC 0i系统加工中心或调试台为例，介绍一种通过宏程序调用实现斗笠式刀库换刀控制的方法。
刀库容量为16（装16把刀），利用伺服主轴电动机的内置编码器进行定向/准停。
实训学时：10学时。
实训目的:（1）加工中心斗笠式刀库的操作与控制程序的编制。
（2）掌握调用宏程序实现刀库控制的编程方法。
（3）掌握调用宏程序实现刀库控制的相关参数设置。
实训内容：（1）斗笠式刀库的操作。
（2）控制刀库的宏程序设计。
（3）刀库梯形图程序的设计与调试。
（4）梯形图功能的调试。
（5）宏程序调用实现刀库控制的相关参数设置。
实训设备:（1）配置FANUC 0i数控系统的加工中心/综合调试台。
（2）个人计算机（PC）。
（3） FANUC公司的梯形图编辑软件（FLADDER Ⅲ版本）。
实训要点：（1）用FLADDER Ⅲ软件对PMC离线编程。
（2）FANUC 0i PMC操作。
（3）FANUC 0i 系统PMC程序传输与功能调试。
（4）刀库控制用宏程序设计与加载。
（5）PMC功能指令的应用。
（6）刀库梯形图程序设计。
（7）调用宏程序控制刀库的相关参数设置。
（8）刀库控制功能验证。
实训具体要求：（1）规范实训，按操作规范操作机床。
（2）机床工作时，严禁用手或导体去触碰各通电电器，确保人身和设备安全。
（3）操作刀库之前，必须保证机床执行手动回零操作。
（4）验证刀库功能时，可采用单程序运行模态或单独执行相关的刀库辅助功能指令（M指令）操作，密切关注机床的动作，确保刀库与主轴不撞机。
（5）具备加工中心的基本操作能力和应用水平。
（6）熟悉FANUC 0i系统参数的设置方法与操作。
组织形式：教师：演示与指导，组织学生训练、演示、讨论与评估。
学生：根据设备数量，可在课内分组定时训练，也可预约训练，采取组长负责制，负责指导、提问与考核各组员。
相关知识与技能：1．与刀库相关的电气连接假设加工中心刀库的主电路如图附9-1所示。
图附9-1 刀库的主要电气连接有关PMC 的I/O 接口分配地址如表附9-1所示。
表附9-1 刀库相关I/O 地址分配图1-1所示，其地址定义为I/O LINK 的“1”组，输入的起始地址为X20，输出的起始地址为Y24。
键盘的[D8]键（从上至下的第4排，从左至右的第8位）作为手动主轴准停控制键，其输入地址为X28.3，对应的按键指示灯地址为Y28.3。
键盘的[D7]键（从上至下第4排、从左至右的第7位）作为手动选刀按键，其输入地址为X28.2，对应的按键指示灯地址为Y28.2。
2．刀库控制的相关信号及其功能2．1 主轴准停控制信号ORCMA（G70.6）/ORARA（F45.7）ORCMA信号用于主轴换刀或主轴还刀时的准停控制，保证刀柄不会与刀库发生撞击而损坏刀库或主轴，可通过PMC编程实现M19（主轴准停M指令）或手动主轴准停控制。
与此对应的主轴准停结束信号为F45.7（ORARA），当此信号为“1”时表示主轴准停结束。
主轴准停控制用的传感器可用外部接近开关和电动机速度传感器、外部位置编码器、主轴电动机内置传感器等多种形式，参见第四部分的“实训项目4.4”所述。
目前大多利用伺服主轴电动机的内置位置编码器实现。
2．2 宏程序所用的系统变量2．2．1 用户宏程序输入信号（G54.0～G54.2）为了实现用户宏程序调用换刀，使用三个系统变量UI000（G54.0-#1000）、UI001（G54.1-#1001）、UI002（G54.2-#1002）供宏程序与PMC间跳转控制。
G54.0为“1”表示编程刀号大于等于刀库容量，G54.1为“1”时表示主轴刀号等于编程刀号（T 码值），G54.2为“1”时表示编程刀号为0。
2．2．2 宏程序报警变量FANUC 0iC系统的“#3000”变量用于宏程序报警，可在其表达式后指定不超过26个字符的报警信息。
可显示报警号和报警信息，其中报警号为变量#3000的值加上3000。
例：“#3000=1（TOOL NOT FOUND）”对应屏幕上的显示为“3001 TOOL NOT FOUND”2．2．3 模态信息变量（#4003、#4006）系统变量#4003保存系统当前所处的编程坐标模态值G90/G91；#4006保存系统当前所用的编程单位系统G20（英制）/G21（米制）。
这两个系统变量用于保护宏程序执行过程中系统的模态，在宏程序执行结束后，再恢复至系统调用宏程序前的模态。
3．宏程序调用及刀库相关系统参数本项目采用M指令的M06调用宏程序实现刀库的换刀控制。
3．1 指定调用宏程序的M代码值参数（PRM#6080～6089）PRM#6080～PRM#6089分别对应调用程序号为O9020～9029的宏程序所需的M 代码值。
当用“M06“调用O9023宏程序时，必须将PRM#6083设为“6”。
本项目中的宏程序号为O9021，所以PRM#6081设置为“6”。
3．2 主轴准停位置设置参数（PRM#4031）当刀库调整好后，将所测主轴准停的位置数据设置在参数PRM#4031中，参数PRM#4077（定向时停止位置偏移量）设为0。
当执行完主轴准停指令（M19或手动主轴准停）后，NC输出的准停结束信号（F45.7）为“1”。
3．3 主轴定向速度参数（PRM#4038）在执行M19或手动主轴准停指令时，主轴按参数PRM#4038所设定的运转速度进行准停定向。
3．4 换刀点设置参数（PRM#1241）一般情况下，用第二参考点作为主轴换刀或还刀点。
对于立式加工中心，一般只需将刀库调整好后所测的Z轴位置数据设置在参数PRM#1241中。
3．5 其他相关参数（1）PRM#4000.0——主轴和电动机的旋转方向设定若使用主轴内置编码器，该参数位设为0时，表示主轴和电动机的旋转方向相同。
（2）PRM#4002.3、2、1、0——使用主轴位置编码器作为位置反馈该参数位分别对应设置为“0、0、0、1”。
（3）PRM#4015.0——定向是否有效该参数位设为“1”，使定向有效。
（4）PRM#4010.2、1、0——设定电动机传感器类型使用内置位置编码器时，设为“0、0、1”。
若主轴和主轴电动机间的传动比为1：1时，PRM#4056～4059不需要设置。
4．换刀宏程序下面提供换刀调用的宏程序例子供分析参考，例中刀库容量为16。
%O9021 ；换刀宏（子）程序号#23=#4003 ；保存米制或英制系统#24=#4006 ；保存增量或绝对编程方式（G90、G91方式）G91 ；增量坐标编程M05 ；主轴停止G30P2Z0 ；至抓刀点（换刀点）M19 ；主轴准停M26 ；刀号读取（判断刀库刀号与主轴刀号是否一致）IF[#1000EQ1]GOTO30 ；T码值≥17时退出换刀程序IF[#1001EQ1]GOTO40 ；主轴刀号等于T码值时退出换刀程序IF[#1002EQ1]GOTO50 ；T码值为0时退出换刀程序M23 ；刀库推出G04P500 ；停0.5秒M25 ；松刀G04P500 ；停0.5秒G28Z0 ；至Z轴零点M21 ；刀库转（刀盘旋转选刀）G30P2Z0 ；至抓刀点M24 ；紧刀（抓刀）M22 ；刀库退回GOTO100 ；换刀结束并返回N30#3000=1（TOOL NOT FOUND）；刀没找到报警GOTO100 ；结束换刀并返回N40#3000=2（TOOL NO. ON SPINDLE）；主轴刀号已是需换刀刀号报警GOTO100 ；结束换刀并返回N50#3000=3（T CODE IS 0）；换刀刀号为0报警N100M05 ；主轴停转G#23 ；恢复到主程序的米、英制系统G#24 ；恢复至主程序的增量或绝对编程系统M99 ；返回主程序%从程序中可以看出，M19为主轴准停指令，M20为刀库回零指令，M21为选刀（刀库转）指令，M22为刀库退回指令，M23为刀库推出指令，M24为紧刀指令，M25为松刀指令，M26为刀号读取指令。
5．PMC控制程序PMC参考程序如图附9-2～图附9-7所示。
图附9-2 刀库控制的PMC程序-1图附9-3 刀库控制的PMC程序-2图附9-4 刀库控制的PMC程序-3图附9-5 刀库控制的PMC程序-4图附9-6 刀库控制的PMC程序-5图附9-7 刀库控制的PMC程序-6实训总结：参照附表1格式要求编制实训总结报告思考题：（1）请按调用宏程序实现换刀控制的编程思路，设计不调用宏程序而直接用PMC编程实现刀库控制的编程思路。
（2）当不用M代码调用宏程序而改用G06（假设G06不作为其他准备功能指令）调用宏程序时，且宏程序为“O9023”，应如何设置系统参数（FANUC 0i系统）？（3）绘制本项目中宏程序的执行流程图。
（4）对于半闭环控制的加工中心，在进行换刀操作之前必须进行哪些操作？为什么？（5）对于如本项目所述的加工中心，没出现乱刀现象时，主轴刀号与刀库刀号是什么对应关系？（6）分析梯形图程序，当执行刀库回零操作后，主轴刀号、刀库刀号分别为多少？若刀库的“1”号位上有刀，且主轴上也装有刀时，在执行完刀库回零操作、换刀操作前，应采取什么措施保证不会发生刀库与主轴撞击事故？（7）分析梯形图程序，当加工中心刀库进行过手动选刀操作后，刀库会不会出现乱刀现象？若会出现，应如何改进梯形图程序，保证在手动选刀操作后不会出现乱刀现象？什么情况下会出现乱刀现象？（8）在什么情况下，编程刀号（T码值）、刀库刀号、主轴刀号相等？在什么情况下，编程刀号等于主轴刀号？在什么情况下，刀库刀号等于编程刀号？在什么情况下，刀库刀号一定等于主轴刀号？（9）分析梯形图程序，本项目中的自动选刀是就近方式还是固定方式？手动选刀是什么方式？。