盘式刀库随机换刀的程序设计(FANUC系统)
加工中心自动换刀系统设计(盘式)
本科毕业设计（论文）题目加工中心自动换刀系统设计（盘式）——刀库系统学院名称机械与动力工程学院专业名称机械设计制造及其自动化年级班级学生姓名指导教师2017年5月目录前言1.加工中心概述 (1)1.1加工中心发展现状和发展趋势 (1)1.2加工中心的特点 (2)1.3加工中心的分类 (3)1.4加工中心的结构 (5)1.5加工中心刀库及自动换刀装置 (6)1.5.1加工中心刀库形式 (6)1.5.2加工中心的自动换刀装置 (8)1.5.3刀库结构及换刀过程 (9)2.刀库传动设计…………………………………………………………………2.1电动机的选择…………………………………………………………2.1.1初选电动机………………………………………………………2.1.2校核电动机………………………………………………………2.2运动和动力参数计算……………………………………………2.3蜗杆传动设计…………………………………………………………2.3.1蜗杆传动的选择…………………………………………………2.3.2蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算…………………………2.3.3校核齿根弯曲疲劳强度…………………………………………2.3.4验算蜗杆传动的效率、润滑及热平衡……………………………2.3.5蜗杆和蜗轮的结构设计…………………………………………2.4传动轴设计…………………………………………………………2.4.1轴的材料…………………………………………………………2.4.2蜗杆轴的结构设计………………………………………………2.4.3蜗轮轴的结构设计………………………………………………2.4.4轴系零、部件的校核………………………………………………3.刀库结构设计………………………………………………………………3.1刀盘设计………………………………………………………………3.2刀库设计………………………………………………………………4.液压系统的设计……………………………………………………………4.1液压缸的载荷计算…………………………………………………4.2液压缸的主要参数计算……………………………………………结论…………………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………前言目前机床发展的主要趋势是加工中心，其在机械制造业中得到了大规模的应用，而且加工中心还在不断地向高速化、高效率、高精度的目标发展着，在机床结构方面，多轴化、复合加工等方面的创新也日趋活跃。
盘式刀库随机换刀的程序设计(FANUC系统)
摘要：采用PLC控制程序和宏程序（固定换刀循环程序）组成的两部分完成复杂的刀库随机换刀控制程序是比较有效的方法。
机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。
马克思在《资本论》中有一段论述："大工业必须掌握这特有的生产资料，即机器的本身，必须用机器生产机器。
这样，大工业才能建立起与自己相应的技术基础，才得以自立"。
我国数控技术及其数控机床设备在各工业部门中应用的整体水平与工业发达国家相比还有一定差距。
为了实现"十一五"规划的发展目标，进一步发展我国的装备制造业，加快机床的数控化，对各行各业尤其对于加工批量零件、关键零件和形状复杂零件的行业，如航空、电力、船舶、模具制造业等都具有十分重要的意义。
数控机床尤其是加工中心的PLC控制程序设计是比较复杂的。
因为加工中心自动换刀的控制程序是一个比较复杂的控制过程。
按自动换刀方式通常可以分为随机换刀和固定换刀两种方式。
如图1，圆盘式刀库是ATC随机换刀典型的形式之一。
其换刀机构（ATC）通过凸轮机构来完成整个换刀过程。
换刀的动作过程准确可靠，是一种被经常采用的刀库。
在链式、盘式或箱式刀库程序设计时，通常可以将刀具交换分为两个步骤，T命令主要完成搜索刀库中的刀具，M命令完成刀具的交换，使主轴上更换新的刀具。
因此，刀具交换实际上就是指搜索和交换目标刀具。
随机换刀是一个非常复杂的逻辑控制过程。
它只对刀具进行编码而不对刀套进行编码，刀具在刀库中的位置是随机的。
理想的随机换刀控制通常包括圆盘式刀库PLC控制程序和宏程序（固定循环换刀程序）两部分组成。
PLC控制程序根据T码完成搜索刀库中的刀具，NC宏程序完成刀具交换的整个过程。
1随机换刀PLC程序设计以XH716加工中心（FANUC 数控系统）圆盘式刀库为例，刀库刀具交换的PMC控制程序设计主要考虑搜索目标刀具在刀库上的刀套位置、大小刀具管理和判别、刀库旋转方向（目标刀套最短路径）的判别、刀具数据的刷新和管理以及可预选刀具（主要为了可以缩短换刀时间），从而完成目标刀具的搜索，为刀具交换作准备。
加工中心自动换刀系统设计(盘式)—刀库设计
加工中心自动换刀系统设计（盘式）—刀库设计刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具体结构对加工中心的设计有很大影响。
16刀刀库是在小型加工中心应用最为广泛，根据使用的场合和实际运用的要求，设计了相应的16刀的圆盘式刀库，并且对它的控制进行了一定的研究。
论文首先对16刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就刀库的结构设计与控制分章节对各个部分进行计算与设计。
刀库的结构设计是本文研究的重点，传动部分为蜗杆蜗轮的一种减速装置，对于该装置中的蜗杆、蜗轮以及相关的轴都进行了详细的计算;控制部分为刀库送刀部分，由液压控制和PLC控制完成。
绪论本章首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。
1引言1952年世界上出现了第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。
1958年第一台加工中心问世，它将多工序（铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功能（自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化程度和加工效率上了一个新台阶；使无人化（或长时间无人操作）加工成为现实。
加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。
加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。
1.1加工中心简介1.1.1加工中心的发展简史1952年世界上出现第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。
它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。
它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因为有更高的自动化程度和加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工的状况。
发那科换刀程序
发那科换刀程序关于FANUC-0IMC加工中心的换刀可以由下面三种方法自动换刀：用M代码调用O9000号后的O9001-O9009和O9020-O9029程序自动换刀，分别对应的参数为P6071-P6079和P6080-P6089。
参数内的数字为0-999，且不能重复。
（一）先新建对应参数的的程序号，参数内的数字与所呼叫的M代码相同。
如下：（1）P6089为6 ；O9029。
（2）O9029#3=#4003；G91G30Z0；T#20；T#4020；M6；G#3；M99；注：次种换刀自动记忆G90/G91的模态，换刀后默认为程序上面的G90/G9 1，不必在下面为换刀后把G91转换为G90。
且如果用宏程序的话#203和#3不能用。
不然的话无法换刀和记忆模态。
（二）用T代码调用O9000号程序（1）P6001#5为1。
设定用T代码调用宏程序。
（2）O9000#3=#4003；G91G30Z0；T#149；M6；G#3；M99；注：次种换刀自动记忆G90/G91的模态，换刀后默认为程序上面的G90/G 91，不必在下面为换刀后把G91转换为G90。
屏蔽掉刀仓用T代码旋转，T代码直接为换刀指令。
如果不用大径刀的话，次种方法比较方便，主要适合自动编程后自动生成的程序。
（三）用G65调用宏程序换刀格式为G65T2P----关于FANUC-0IMC加工中心的换刀可以由下面三种方法自动换刀：用M代码调用O9000号后的O9001-O9009和O9020-O9029程序自动换刀，分别对应的参数为P6071-P6079和P6080-P6089。
参数内的数字为0-999，且不能重复。
（一）先新建对应参数的的程序号，参数内的数字与所呼叫的M代码相同。
如下：（1）P6089为6 ；O9029。
（2）O9029#3=#4003；G91G30Z0；T#20；T#4020；M6；G#3；M99；注：次种换刀自动记忆G90/G91的模态，换刀后默认为程序上面的G90/G9 1，不必在下面为换刀后把G91转换为G90。
Fanuc系统刀库标准PMC程序1
FANUC系统刀库标准PMC程序用途：各类型刀库参考梯形图ID号：dwxc2008日期：文件使用的限制以及注意事项等文件版本更新的纪录修订日期版本号文件名称修订内容修订人2008年12月 1.0 FANUC系统刀库首次发布黄辉标准PMC程序目录1．刀库综述 (1)1.1 刀库结构 (1)1.2 换刀方法 (1)2．斗笠式刀库 (2)2.1 换刀流程和思路 (2)2.2 PMC结合宏程序实现 (3)2.2.1宏程序 (3)2.2.2 宏程序相关 42.2.3 PMC程序 5 3．机械手臂刀库式刀库 (21)3.1 换刀流程和思路 (21)3.2 PMC实现 (22)3.2.1 参数 (22)4．车床用4/8工位电动刀塔 (24)1．刀库综述1.1 刀库结构根据刀具容量可分为盘式和链式刀库，链式刀库一般用于刀具较多的机床上，目前国内机床上使用较少。
根据刀库旋转动力可分为液压马达，普通电机，伺服电机，凸轮机械，无动力（靠主轴带动）等。
使用前两种方式的比较多，都使用感应开关计数，且控制方式相似。
近年来，由于伺服电机的优良控制特性，伺服电机也越来越多的使用在刀库的旋转控制中，控制方式主要有PMC轴控制，I/O Link轴控制两种。
1.2 换刀方法分为随机换刀和固定换刀。
刀盘分为斗笠式刀库和立式旋转式刀库等早期的以斗笠式刀库为多，且多为固定换刀，现在发展出来的斗笠式刀库也有带机械手的，一般来说是否带机械手是判断随机换刀还是固定换刀的重要依据。
1）随机换刀多在刀具较多的情况下采用，必须有机械手辅助，没有单独的还刀过程。
但数据表需要更新，刀具号和刀套号不是一一对应。
加工程序中使用M06T**，PLC或宏程序检测到M06信号脉冲和T信号脉冲，进行刀具检索，找到所需刀具的刀套位置，刀库旋转到要交换的刀套位置，刀具交换，数据表更新。
2）固定换刀是在刀具不多的情况采用，一般没有机械手，换刀时候，先还刀，再取刀。
刀具号和刀套号固定，不需要刀具检索，从哪个刀套取的刀具要还回原来的刀套上去。
加工中心自动换刀系统设计(盘式)——刀库设计开题报告
（4）直线式刀库 刀库容量少，一般在十几把左右，多用于自动换刀数控车床，钻床上也有采用。
目前常见的换刀机械手类型有：①单臂单手式机械手 结构较简单，换刀各动作均需顺序进行，时间不能重合，故换刀时间较长。
1958年，美国卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把铣、钻、镗等多种工序集中于一台数控机床上，通过换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。该产品出现后，销路惊人，引起了日、德、美、英、法、意等先进工业国家的高度重视，竞相开发生产，不断扩大和完善机床的功能，成为数控机床中发展最快、需求量最大的商品之一。如今，世界上出现了立式、卧式、龙门式、落地式等各种加工中心，据不完全统计，大约有1000多个品种规格。
二、国内外研究综述：
在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（Automatic Tool Changer,简称ATC），而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的部分。它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手这部分更是如此。
[6] 林宋，田建君编.现代数控机床.北京：化学工业出版社，2003
[7] 曹秋霞，马国亮.小型立式加工中心圆盘式刀库的设计.机电产品开发与创新，2005
[8] 向金林.TH7130立式加工中心自动换刀系统的设计.装备制造技术，2006
盘式刀库就近选刀的程序设计
xx 学院本科毕业设计(论文) 题目：盘式刀库就近选刀的程序设计教学单位：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：指导教师：2012年5月摘要本设计研究的是盘式刀库的捷径方向选刀的程序设计，刀库的旋转控制是通过PLC来实现的，要成功的完成本次设计，就必须熟悉PLC的一些基本知识，及其相关的指令系统。
PLC具有系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并使用方便，编程简单，系统开发周期短，现场调试容易能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强等优点。
有刀库和机械手组成的自动换刀装置（Automatic Tool Changer,ATC）是加工中心的重要组成部分。
加工中心上所需要更换的刀具较多，从十几把到几十把。
甚至上百把，故通常采用刀库形式，"圆盘刀库"一般俗称"盘式刀库"，本次设计中盘式刀库装有16把刀。
关键词：PLC 刀库盘式刀库AbstractThe design of the study is the shortcut to the library disc knife knife program design direction choose, the sword the rotation of the library is controlled by PLC to implementation, for the successful implementation of the design, it must be familiar with PLC some basic knowledge, and related instruction system.PLC has a flexible system, expanding easy to switch quantity control for the specialty; Also the PID control loop constant process; And easy to use, simple programming and system development cycle is short, the commissioning easy to adapt to all kinds of bad operation environment, strong anti-interference, reliability, etc.A sword and robots library of Automatic change Tool device (Automatic Tool Changer, ATC) is an important part of the processing center. Processing center need the tool to replace is more, from teenagers to dozens of the. Even the hundreds, so usually by knife library form, "cutter disks library" general known as "disc knife library", in the design of the disc knife library contains 16 knife.Keywords: PLC knife library disc knife library目录前言 (1)1 PLC的基础知识 (2)1．1 PLC的产生 (2)1.1.1 起源 (2)1.1.2 发展 (2)1.2 PLC的定义 (3)1.3功能特点 (3)1.4 PLC的组成及其工作原理 (4)1.4.1PLC硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： (4)1.4.2工作原理 (5)1.5 PLC的分类及其应用领域 (6)1.5.1 可编程序控制器PLC的分类 (6)2 PLC的控制系统 (8)2.1 FX2N系列PLC的软元件 (8)2.1.1 FX2N系列PLC输入、输出继电器的编号及功能 (8)2.1.2 FX2N PLC辅助继电器M的编号及功能 (9)2.1.3 FX2NPLC状态S的编号及功能 (10)2.1.4 PLC数据寄存器D的编号及功能 (10)2.2 FX2N系列PLC的基本指令系统 (12)2.2.1 取指令与输出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT） (12)2.2.2 触点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF） (13)2.2.3 触点并联指令（OR/ORI/ORP/ORF (14)2.2.4 块操作指令（ORB / ANB） (14)2.2.5 置位与复位指令（SET/RST） (16)2.2.6 微分指令（PLS/PLF） (16)2.2.7 堆栈指令（MPS/MRD/MPP） (17)2.2.8 逻辑反、空操作与结束指令（INV/NOP/END） (18)2.3 梯形图编程规则 (19)3 刀库捷径方向选择刀具的PLC控制 (19)3.1 工艺要求及其相关硬件软件设计 (19)3.1.1 工艺要求 (19)3.1.2控制要求 (20)3.2流程图 (20)3.3 I/O分配 (21)3.4梯形图表示 (22)3.5 PLC程序工作原理 (26)4 FX2N在使用中应该注意的问题 (28)4.1 工作环境 (29)5 FX2N的故障诊断 (29)5.1电源指示（[POWER]LED指示） (29)5.2出错指示 (30)5.2.1出错指示（［EPROR］LED闪烁） (30)5.2.2出错指示（［EPROR］LED灯亮） (30)5.3输入/输出指示 (30)5.3.1输入指示 (30)5.3.2输出指示 (30)结束语 (31)致谢 (32)参考文献 (33)前言数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号进行控制的一种方法。
加工中心盘式刀库自动换刀控制系统设计
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｕ ｏｍａ ｉ ｏ ｌ ｈ ｎ ｅ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏｒ ｓｇ ｎａ ｔ ｔ ｔ ｏ ａ ｇ ｒ ｎ ｒ Ｉ ｓ ｅ ｆ ｃ ｉｅ ｃ ｎ ｅ ｃ ｃ ｃ ｓ ｍａ ｈ ｎ ｅ ｔ ｒ
第５ 期 ２ １ 年 ５月 ０１
文章编号 ：０ １３ ９ （０ ）５ ０ ３— ３ １０ — ９ ７ ２ １ ０ — １ ７ ０ １
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉ ｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ １７ ３
加 工 中心盘 式刀库 自动换 刀控 制 系统设计 米
０々∽ ０ ∽ ０ ∽ ∽ ∽ ＇∽ ∽ ０々∽ ０ ∽ ６ ∽ ∽ ∽ ０＇∞ ０ ∽ ● ∽ ０＇ ∽ ０ ∽ 々 ０々∽ ６０∽ ： ５ ０々 ０ ： ∽ ∽ 々 ０ ０ ０ ∽ ０ ∽ ｏ ∽ ０ ∽ 々 ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ∞ ∽ ６ ｅ
中图分 类号 ： Ｈ１ ， Ｐ ７ ＋４ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｔ ２ １． Ａ
１ 引言
．
工中心几乎是空 白， 而机械加工业 、 小型模具的制造 、 工科 院校 、 技工学校等对小型加工 中心存在着大量的需求目 。为了填补市场 的空白， 台自主研发制作 的微型立式加工中心应运而生 。加工 本 中心工作 台采用 — ｙ双向精密数控工作台 ； 以进行 Ｘ、 Ｚ三 可 Ｙ、 个方向的进给； 配装 自动换 刀系统 ， 可以完成铣 、 、 、 、 、 钻 扩 铰 锪 攻 丝等多种加工工序 ， 体积小 、 紧凑 ， 结构 不但可满足本科实验教学 的需要 ， 还能进行小型板类、 盘类 、 叉架类和箱体类等复杂零件 的 多品种 中小批量加工。 整体结构 ， 如图 １ 所示 。 加工中心的关键技 术在于 自动换刀系统装置 。 针对 自主研发制作的微型立式加工 中
13. FANUC圆盘刀库——PMC换刀详解.
加工中心机床圆盘式刀库发那科系统PMC的编程技术安庆长谷川数控机床有限公司 雷晓鹏北京发那科机电有限公司 胡 年自动换刀机构（ATC）是数控机床易发生故障的地方。
本文介绍PMC的编程思路和方法，供大家讨论。
此程序自2004年始已在数百台加工中心运用。
一、基本规则1、刀具在D0000到D0032登录。
D0000登录主轴刀具号，D0001到D0032登录刀套内刀具号，在此假定刀库容量为32把刀。
2、执行T码时,刀库中T码刀具旋转到换刀口位置，在刀库旋转过程中，程序自动加工运行不中断，称之为预选刀。
3、M6执行换刀过程，执行前，Z轴必须回第一参考点，即 G91 G28 Z0或 M19 G91 G28 Z0。
4、允许的大径刀（如面铣刀）直径不容许超过普通刀具（以下简称：小径刀）最大直径的二倍，否则大径刀之间随机交换会撞刀。
刀具重量不能超过刀库容许重量。
大径刀刀具号设定规则：大径刀的相临两侧刀套内必须为空，空刀套的刀具号自动设定为99（也可设定其他数字，PMC识别为空刀）。
D100内设定大径刀个数，小径刀刀具号必须大于大径刀个数乘2加1。
初始设定主轴刀具号D0000必须是小径刀刀具号。
5、大径刀具交换规则：小径刀可放进大径刀刀套内，大径刀不可放进小径刀刀套内。
主轴小径刀与刀库小径刀交换，一次性换刀；主轴大径刀与刀库大径刀交换，一次性换刀；主轴小径刀与刀库大径刀交换，一次性换刀，小径刀放进大径刀刀杯套内；主轴大径刀与刀库小径刀交换， 第一次将原大径刀刀套内的小径刀换到主轴上，第二次再进行小径刀之间的交换。
以上交换规则PMC自动识别换刀。
6、在刀库运行中发生停电等故障，具备中断点记忆和用按键操作恢复功能。
有完善的电机保护和报警操作提示。
7、以上自动刀具交换（ATC）动作本文介绍的都用PMC完成，读者也可用宏程序和PMC结合编程实现。
二、PMC程序框图三、详细介绍刀库盘旋转部分PMC程序和说明1、准备工作自动换刀部分反馈信号：R30.0=1 主轴抓刀反馈；R30.1=1 主轴松刀反馈，延迟0.2秒是消除信号反馈传感器安装误差，其它信号反馈延迟道理相同；R30.2=1 刀杯上（水平位置）信号反馈；R30.3=1 刀杯下（刀具垂直向下位置）信号反馈。
加工中心不同刀库的换刀方法和指令
加工中心是拥有刀库和自动换刀装置的数控加工设备。
刀库的种类有很多种，换刀的方法及换刀指令的编写和执行也各不相同。
下面，就为大家总结一下几种常见刀库的换刀方式及其指令。
斗笠式刀库的换刀:斗笠式刀库大多采用固定地址换刀方式，刀具号与刀座号存在一一对应的关系。
斗笠式刀库的换刀动作是依靠刀库的横向移动与主轴的上下移动来实现的，这种方式简称为主轴换刀方式。
由于没有换刀机械手，所以选刀动作不能在换刀动作之前预选，而是将换刀指令与选刀指令编写在同一个程序段中，其指令格式为M06 TXX。
执行这个指令时，刀库首先找到指令中主轴上需要换下的刀号所对应的刀座，并将其转到换刀位置，使主轴上的刀具换回到刀座中。
接下来，刀库再找到指令中需要换上的刀具，将其转到换刀位置，并换上主轴。
因为不能预选刀具，这个指令如果将Tx x放在M06之前就是无效的，最终选刀的动作还是在执行M06时执行，如果M06后面没有Tx x，系统就会报错。
圆盘式和链式刀库的换刀:圆盘式刀库和链式刀库一般会采用随机地址的换刀方式，刀具号与刀座号并不是一一对应，而是随机的，但数控系统能够记忆其对应关系。
圆盘式和链式刀库采用机械手进行换刀，换刀前可以对新换上的刀具进行预选。
刀具指令Tx x控制刀库旋转，并将选中的刀具转至换刀工作位置，而换刀指令M06控制换刀机械手的动作，实现主轴刀具与刀库换刀位置处新旧两把刀具的交换。
圆盘式和链式刀库的选刀指令与换刀指令可以编写在同一个程序段，也可以分在不同程序段编写，因此选刀与换刀动作也可以一起执行或分开执行，其指令格式为TXXM06。
执行这个指令时，刀库首先将指令中要换上的刀具转到换刀位置，然后机械手将刀库刀具与主轴刀具交换。
了解了以上两种换刀方式，我们可以对比一下哪种更好。
结果显而易见，第二种换刀方法将选刀动作与加工动作重叠在一起，这样换刀时就不必选刀而直接换刀，使加工效率得到了提高。
不同机床厂家的不同规定:不同的机床生产厂家对于换刀方法、换刀指令及其执行方式也有不同的规定。
随机换刀式加工中心刀库的大直径刀具控制
第8卷第6期2009年12月 无锡职业技术学院学报JOURNAL OF WUX I I N STI T UTE OF TECHNOLOGY Vol .8No .6Dec .2009收稿日期:2009-10-28作者简介:邹 晔(1974— ),男,江苏无锡人,无锡职业技术学院讲师,研究方向:数控技术应用。
随机换刀式加工中心刀库的大直径刀具控制邹晔,韦志强,张新亮(无锡职业技术学院 工业中心,江苏 无锡 214121)摘 要:针对随机换刀的盘式刀库加工中心,提出了一种结合宏程序、P MC 程序和参数设置来实现自动换刀的控制的方法,解决了大直径刀具的换刀问题,该方法在F ANUC -0iMC 系统加工中心上调试成功。
关键词:加工中心;随机换刀;大直径刀具中图分类号:T H16 文献标识码:A 文章编号:1671-7880(2009)06-0040-03Large D i a m eter Cutters Con trol i n the ToolM agaz i n e ofRando m Chang i n g M ach i n e Cen terZ OU Ye,W E I Zhi 2qiang,ZHANG Xin 2liang(W uxi Institute of Technology,W uxi 214121,China )Abstract:The paper is ai m ed at the AT C p r ocess of machine center with car ousel st orage .An aut omatic contr ol meth 2od,combined with macr o p r ogra m s,P MC p r ogra m s and para meter setting,is p r oposed .The p r oble m of changing cut 2ters with large dia meters is s olved .The method has been debugged successfully in the F ANUC 0i 2MC machine center .Key words:machine center;changing cutters random ly;cutters with large diameters 自动换刀装置(AT C )是保证加工中心多工序加工的基本条件,其主要作用在于减少加工过程中的非切削时间,提高生产效率,降低生产成本,进而提升机床乃至整个生产线的生产力。
毕业设计：盘式刀库及其自动换刀装置的设计说明书
1 绪论1.1数控加工中心自动换刀装置概述机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。
当今社会，数控机床几乎已经扩展到了所有加工领域，许多工厂为了适应产品的频繁更新、提高加工精度、降低生产成本、缩短产品交货周期和减轻劳动强度，在中等批量、甚至大批量生产中应用数控机床，并取得了良好的经济效益。
数控加工中心带有刀库和自动换刀装置，是能对工件按预定程序进行多工序加工的高度自动化的多功能的数字控制机床。
自动换刀装置（ATC）是加工中心的重要组成单元，其设计质量的好坏，直接影响加工中心的质量。
ATC由刀库和机械手组成，它的机构和运动复杂、性能要求高。
刀库的功能是储存刀具，并且按程序指令，把即将要用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，因此刀库的位置、体积大小能否适合加工中心的整体设计，刀库的运动机构能否使刀库平稳运转并准确地停在换刀位置，运动过程有无干涉、卡死等现象，都是设计人员非常关心的问题。
机械手的功能是把刀库上的刀具送到主轴上，再把主轴上已用过的刀具送回刀库。
它的动作要求迅速而准确，所以对机构的结构、定位、运动、夹持力的大小等都有很高的要求，一旦有运动故障或定位、运动误差过大，都会造成换刀动作失败，掉刀。
当今时代，高速加工中心已成为加工行业未来的发展趋势。
高速功能部件如电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率。
为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。
未来机床产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。
随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等级机床的一项重要指标。
因此，对数控机床的刀库及其自动换刀装置的研究和发展有着重要的意义。
1.2国内外自动换刀装置设计的发展情况自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。
刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。
FANUC与SIEMENS----换刀
三、相关知识（一）自动换刀1．选刀与换刀加工中心刀库常用的选刀方式有两种：顺序选刀和预先选刀，也分别称为任意选刀、随机选刀。
(1)顺序选刀与换刀顺序选刀方式是刀套号和刀具号一一对应，保持不变，在机床结构上，一般没有机械手。
(2)预先（随机）选刀与换刀预先（随机）选刀方式是选刀与换刀分离，刀套与刀具可Array以不一致，在机床结构上，需要有双臂机械手，如图7-2所示。
T00；选择T00刀即刀库不动，为下次换回T50刀做好准备，意味着最后一把刀加工，程序即将结束 G90G00G54X200Y100F100S800M03； 用T50加工 ……M06； T50换回刀库，主轴上无刀 M30；程序结束究竟用何种选刀和换刀编程方法，具体需查看机床使用说明书。
2．刀具长度补偿G43～G44、G49/T 、D （1）机上测量刀具长度不补偿机上测量刀具长度就是找正夹紧工件，将刀具装在主轴（测量基点）上，刀位点接触到Z 向工件零点平面，看机床坐标（MACHINE ）。
如图7-3所示，Z=-327.227，输入到零点偏置存储器（G54～G59）， “不补偿”指编程方法，见下表。
“不补偿”的指令格式说明 FANUCSIEMENS指令格式 Z_；说明 Z 是Z 向刀位点运动到工件坐标系中的坐标位置 注意事项 刀具补偿存储器中有无数据不影响编程刀具补偿存储器中有无数据影响编程（b ） SIEMENS（a ） FANUCZ-327.227（2）机上测量刀具长度补偿机上测量刀具长度就是找正夹紧工件，装好要测量刀具（如T01）后，将刀位点接触到Z向工件零点平面，看机床坐标（MACHINE）。
如Z=-327.227，输入到刀具补偿存储器中，见图7-4所示（图示为1号刀具几何长度补偿补偿值的与设定），编程时用规定的代码调用即可。
（a）FANUC（b）SIEMENS图7-4 机上测量刀具长度补偿Z向零点偏置值是这样设定的：将机床返回参考点时的Z坐标值输入到编程所用工件坐标系Z向零点偏置存储器，如图7-5所示。
FANUC0iD系统数控车床换刀PMC程序设计
FANUC0iD系统数控车床换刀PMC程序设计雷楠南【摘要】刀架故障是数控车床常见故障之一,研究刀架控制系统工作流程与程序设计对于排除刀架故障至关重要.文中以FANUC0iD系统数控车床刀架控制为例,分析了FANUC0iD系统数控车床的换刀控制流程,根据流程图分别编制了手动换刀与自动换刀PMC程序.在程序编制过程中,应用FANUC系统功能指令对程序进行处理,简化了程序、提高了编程效率.通过换刀程序调试,验证了换刀功能的正确性.【期刊名称】《黄冈职业技术学院学报》【年(卷),期】2019(021)003【总页数】4页(P95-98)【关键词】FANUC0iD;数控车床;换刀控制;PMC程序;功能指令【作者】雷楠南【作者单位】三门峡职业技术学院机电工程学院,河南三门峡 472000【正文语种】中文【中图分类】TP274在FANUC0iD系统数控车床上，换刀机构常采用立式转塔刀架，它通过转塔头的旋转、分度、定位来实现机床的自动换刀。
换刀的具体过程如下：通过刀架电机正转驱动刀架抬起、转位，当刀架转动到指定刀位时，刀架电机停止正转、同时开始反转锁紧刀架[1]164-169。
对于FANUC0iD系统数控车床换刀过程的控制，通常由数控系统与PMC程序共同完成。
在自动换刀控制过程中，数控系统执行加工程序中的T代码指令后，首先会控制刀架电机正转松开刀塔并进行分度控制；当转塔分度到位后，再控制刀架电机反转进行刀塔的锁紧，为防止反转时间过长导致电机过载发热，一般通过定时器严格控制反转时间[2]5-10。
在手动换刀时，刀架电机的正转换刀控制是通过数控机床操作面板上的换刀按键进行的。
由此可见，在自动换刀时，数控系统需要对T代码进行处理、参与换刀。
此外，在自动换刀过程中，还需编制相应的报警提示PMC程序如刀架电机过载、加工程序T代码错误、换刀时间超时等，以便用机床换刀故障的维修[3]49-52。
1 FANUC0iD系统数控车床电动刀架换刀控制流程数控车床换刀控制方式分为手动换刀与自动换刀两种，因此在换刀操作时首先要确保机床处于正确的机床工作方式。
随机刀库程序例的操作1
随机刀库程序例的操作
本程序例主要是体现如何使用发那科的功能指令来实现随机刀库的寻刀、计算旋转方向、刀表的更新为目的，在实际使用中需根据实际情况来增加相应的互锁和保护。
关于机械手的交换时序因不牵扯到相应的功能指令，请参照实际的时序进行编写。
设定相应的数据表
设定4组数据表用于管理
操作：[SYSTEM ]→[PMC]→[PMCPARAM]→[DATA]→[4]→[G.CONT]
操作[G .DA TA]
刀盘数当前位初始值
操作[2]/[3]/[4]→[G-SRCH]
面板操作：
Y3：作为刀库刀位指示灯 Y6.0：刀库正转指示灯 Y6.1：刀库反转指示灯
X11.0：模拟刀库旋转计数开关
X11.1=ON ：刀表更新
=OFF ：程序检测画面HD.T 和NX.T 显示更新
用于刀表设定
用于窗口功能进行待机刀号的显示
程序例：
主轴刀号及待机刀号显示
PMC实习教材
11。
基于FANUC系统加工中心刀库自动选刀控制技术
基于FANUC系统加工中心刀库自动选刀控制技术作者：裘剑飞来源：《中国科技博览》2014年第02期摘要：本文主要讨论了FANUC系统加工中心刀库自动选刀控制，详细阐述了刀库随机换刀的经过，对使用和维修带来很大帮助，提高生产效率。
关键词：加工中心；刀库；换刀；PLC【分类号】：TD353.51 引言数控加工中心是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。
它的综合加工能力较强，工件一次装夹后能完成较多的加工內容，加工精度较高。
加工中心设置有刀库，刀库中存放着不同数量的各种刀具，在加工过程中由程序自动选用和更换。
2 刀库自动选刀控制基本原理目前刀库一般有两种控制方式，一是刀套编码的固定选刀，二是随机选刀，本文讲述随机选刀。
在随机换刀方式中，刀库上的刀具能与主轴的刀具任意地直接交换。
随机换刀控制方式需要在PLC内部设置一个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的容量和刀具号相对应。
如图2-1所示为随机换刀式刀库，表2-1为刀号数据表。
数据表的表序号与刀库编号相对应，每个表序号的内容就是对应刀库中所放的刀具号。
图2-1中0-8为刀套号，也是数据表序号，其中0是将主轴作为刀库中的一个刀套，11-19为刀具号。
由于刀具数据表实际上是刀库中存放刀具的一种映像，所以数据表与刀库中刀具的位置应始终保持一致，对刀具的识别实质上转变为对刀库位置的识别。
当刀库旋转时，每个刀套通过换刀位置（比较值地址）时，由外部检测装置产生一个脉冲信号送到PLC，作为数据表序号指针，通过换刀位置时的机数值总是指示刀库的现在位置。
当PLC接到寻找新刀具的指令（T x x）后，在模拟刀库的刀号数据表中进行数据检索，检索到T代码给定的刀具号，将该刀具号所在数据表中的表序号存放在一个地址单元中，这个表序号就是新刀具的刀库目标位置。
刀库旋转后，测得刀库的实际位置与刀库目标位置一致时，即识别了所需寻找的新刀具，刀具停转并定位，等待换刀。
加工中心盘式刀库换刀子程序丢失的故障排除
加工中心盘式刀库换刀子程序丢失的故障排除唐向清【摘要】介绍盘式刀库加工中心换刀子程序丢失后,维修人员如何根据盘式刀库换刀过程、换刀系统控制流程并结合诊断参数或梯形图,重新编制换刀子程序,调试成功并重新设置相应机床参数.【期刊名称】《南通纺织职业技术学院学报》【年(卷),期】2009(009)001【总页数】2页(P4-5)【关键词】刀套编码方式;换刀过程;子程序【作者】唐向清【作者单位】南通纺织职业技术学院,南通,226007【正文语种】中文【中图分类】TG659在高职院校实训教学中，常出现学生因误操作删除了盘式刀库加工中心系统内的换刀子程序，造成机床无法完成换刀动作的情形.在无备份文件的情况下，维修人员必须根据盘式刀库换刀过程及步骤、PLC程序梯型图动态调试并结合数控系统有关参数，重新编写换刀子程序，以恢复机床换刀功能.目前加工中心在换刀时其选刀一般有两大类，即顺序选刀方式和任意选刀方式.任意选刀方式中因采用编码形式的不同又分为刀具编码识别和刀座编码识别两种.目前立式加工中心的盘式刀库普遍采用刀座编码，对刀库各刀座进行编码，把刀具放入相应刀座后就有了相应刀具号，刀具在刀库中的位置是固定的，加工时按程序指定的编号调用刀具.图1即为盘式刀库换刀动作循环过程.不同的加工中心换刀过程是不一样的.以一台XH714立式加工中心为例：该中心使用FANUC-Oi-MB控制系统，采用容量为20把刀的盘式刀库，通过主轴与刀库的相互运动实现换刀.换刀过程采用一个子程序来描述，厂家规定程序号为O9000.执行换刀指令的主程序语句格式为：“N～T～M98 P9000”，其中：N后为程序顺序号，T后面为刀座号，一般取2位数字，M98为调用换刀子程序的指令.当系统执行到这一指令时，自动调用编号为9000的子程序.O9000子程序实现一系列换刀动作过程控制.O9000中的M指令功能由PLC程序来实现，机床生产厂家设置相应的参数使PLC程序与相应的M指令对应并使之生效.换刀子程序中一些辅助指令代码（如图2所示的“M××”）是机床生产厂家根据所采用系统参照国家标准编程代码自行设置，故在编制换刀子程序时需与机床生产厂方联系，确认其所采用的辅助功能指令代码.如果无法确认上述M指令代码，则需根据盘式刀库的换刀过程，调看系统内部相应的梯形图，由PLC程序相应控制点及梯形图对应译码反向推理找出机床系统所采用的M指令代码，过程如图2所示，其中PLC程序指向换刀子程序的箭头表示反推过程.(1)多数加工中心规定固定的换刀点位置，各运动部件只有移动到这个位置，才能开始换刀动作.XH714将这个位置设定在机床第二参考点.调试换刀程序前，需确定第二参考点设置的正确性与准确性，在验证无误的情况下，才可进行调试，否则会出现刀盘与机床主轴做相对运动时发生碰撞的严重设备事故.本例通过检查机床系统参数，调看机床第二参考点坐标值为“Z＝－122．6”，与估计值逼近，初步推断第二参考点没有丢失.用MDI方式下降主轴至第二参考点，手动使主轴靠近刀盘，屏幕位置坐标显示确认该数值正确.(2)编写换刀程序：“N～T～M98 P9000”，为确保机床的安全性，选择单步执行.(3)机床按程序执行了换刀动作，但却发现所换刀具并不是主程序所指定的刀座编号位置的刀具，选刀过程出乱，机床不能按照指定刀座号进行换刀，调看并调整机床相应系统参数，使当前主轴所装刀位号和当前刀库刀位号等与系统参数一致，并执行“M33”使刀库复位.(4)再次调试执行换刀程序，机床能按要求动作，恢复换刀功能.换刀子程序是数控加工中心系统中重要的子程序，一般由数控机床厂方设定保护，机床维护人员才可进行编辑，机床操作过程中不允许修改和删除，以保证换刀安全.因此，在调试完毕后，设置相应系统参数使该子程序处于写保护并隐藏的状态.加工中心换刀故障原因多种多样，本文介绍换刀子程序丢失后的解决办法，旨在阐明一种解决加工中心换刀故障方面问题的思路：维修人员根据加工中心的结构、工作原理及刀库的工作原理、动作顺序，针对故障现象，作出准确的判断，结合厂方提供的诊断参数或梯形图，利用CNC系统的状态显示功能监测PLC的运行状态，依据梯形图的连锁关系，确定故障点，一般加工中心的刀库故障都会被及时排除.【相关文献】[1] 黄卫．数控机床及故障诊断技术[M]．北京：机械工业出版社，2004：6．。
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摘要：采用PLC控制程序和宏程序（固定换刀循环程序）组成的两部分完成复杂的刀库随机换刀控制程序是比较有效的方法。
机床是制造机器的机器，机床工业的技术水平决定着装备制造业乃至整个国民经济的技术水平。
马克思在《资本论》中有一段论述："大工业必须掌握这特有的生产资料，即机器的本身，必须用机器生产机器。
这样，大工业才能建立起与自己相应的技术基础，才得以自立"。
我国数控技术及其数控机床设备在各工业部门中应用的整体水平与工业发达国家相比还有一定差距。
为了实现"十一五"规划的发展目标，进一步发展我国的装备制造业，加快机床的数控化，对各行各业尤其对于加工批量零件、关键零件和形状复杂零件的行业，如航空、电力、船舶、模具制造业等都具有十分重要的意义。
数控机床尤其是加工中心的PLC控制程序设计是比较复杂的。
因为加工中心自动换刀的控制程序是一个比较复杂的控制过程。
按自动换刀方式通常可以分为随机换刀和固定换刀两种方式。
如图1，圆盘式刀库是ATC随机换刀典型的形式之一。
其换刀机构（ATC）通过凸轮机构来完成整个换刀过程。
换刀的动作过程准确可靠，是一种被经常采用的刀库。
在链式、盘式或箱式刀库程序设计时，通常可以将刀具交换分为两个步骤，T命令主要完成搜索刀库中的刀具，M命令完成刀具的交换，使主轴上更换新的刀具。
因此，刀具交换实际上就是指搜索和交换目标刀具。
随机换刀是一个非常复杂的逻辑控制过程。
它只对刀具进行编码而不对刀套进行编码，刀具在刀库中的位置是随机的。
理想的随机换刀控制通常包括圆盘式刀库PLC控制程序和宏程序（固定循环换刀程序）两部分组成。
PLC控制程序根据T码
完成搜索刀库中的刀具，NC宏程序完成刀具交换的整个过程。
1随机换刀PLC程序设计
以XH716加工中心（FANUC 数控系统）圆盘式刀库为例，刀库刀具交换的PMC控制程序设计主要考虑搜索目标刀具在刀库上的刀套位置、大小刀具管理和判别、刀库旋转方向（目标刀套最短路径）的判别、刀具数据的刷新和管理以及可预选刀具（主要为了可以缩短换刀时间），从而完成目标刀具的搜索，为刀具交换作准备。
无论是西门子（SIEMENS）数控系统还是发那科（FANUC）数控系统，它们接受的T码都是二进制数据格式。
因此在着手编制刀库PLC控制程序时首先考虑好选用功能指令的数据格式。
这样就能保证正确选用功能指令，避免功能指令数据格式的不一致性。
PMC有很多类型，如SA1 、SB7等，要正确理解PMC已有的回转控制如图2、数据检索如图3、逻辑乘如图4和变址修改如图5等功能指令的用途，充分掌握合理应用数据检索指令完成对目标刀具所在刀套号的搜索；用回转控制指令解决刀库旋转最短路径的判别；用逻辑乘和变址修改指令完成刀具交换后的数据刷新；用比较指令解决大小刀具的判别，这样就可以比较容易简化一些复杂的判别和逻辑控制的程序。
同时PMC控制程序还必须考虑一些必要的报警提示信息和必要的互锁条件：比如机械手不在原位Z轴必须锁住；刀套翻下时刀库不得旋转；主轴刀具未松开机械手不得交换等。
随机换刀要防止杜绝发生刀具交换不正确的乱刀现象，否则会发生由于刀具选错而使加工工件报废的可能。
2 NC 宏程序
NC宏程序可以进行赋值、判断、比较、跳转、各种运算和轴运动指令。
FANUC 0i数控系统系列的NC宏程序可以通过读取、运用系统变量( G54.0-G55.7对应的变量号：#1000-#1015；)将P MC程序中大小刀具交换的条件状态位作为换刀宏程序判断跳步执行的条件，通过用户宏程序和PM C之间的信号应答，非常容易地实现了大小刀具的随机换刀；通过对机床数据的设定可以非常容易地使得轴移动到固定换刀点；可以定义不同的M 辅助功能代码与PMC控制程序有机结合激活每一步换刀动作，整个换刀执行过程之间的复杂关系就十分简单明了。
使用系统变量和机床参数不仅是一个非常有效简捷的方法，而且可以简化PMC控制程序设计，最终共同完成复杂的刀具交换的过程。
下面是以XH716/XH718加工中心（FANUC 数控系统）为例的随机换刀宏程序
09002
N010 #101=#4001 (存储当前G00/01/02/03状态) ;
N020 #102=#4002 (存储当前G17/G18/G19状态) ;
N030 #103=#4003 (存储当前G90/91状态) ;
N035 IF[#1001 EQ 1] GOTO 270 ；#1001：FANUC 系统变量号，对应PMC G54.1
N060 G91G30 P2 Z0 M19 ；Z到第一换刀点, 参数#1241, 主轴定位,参数#4077 N070 M87 ；进入换刀模式
N080 M80 ；刀套倒刀
N090 G04 X1 ；延时
N100 M82 ；ATC扣刀
N120 M84 ；ATC交换刀具
N125 M85 ；主轴紧刀
N130 M86 ；ATC回原位
N140 M81 ；刀套回刀
N145 IF [#1000 EQ 0] GOTO 250 ；#1000：FANUC 系统变量号，对应PMC 54.0
N150 #4=#4120 ；# 4120:FANUC 模态信息的系统变量号,读入的T码赋给#4 N160 T#4 ；将赋给#4的T码再赋给T
N180 M80 ；刀套倒刀
N190 G04 X1 ；延时
N200 M82 ；ATC扣刀
N210 M83 ；主轴松刀)
N220 M84 ；ATC交换刀具
N225 M85 ；主轴紧刀
N230 M86 ；ATC回原位
N240 M81 ；刀套回刀
N250 G#101 G#102 G#103 ；恢复G代码
N255 M88 ；换刀结束
N270 #3000=1 ；#3000:FANUC 宏报警系统变量号显示屏显示M6 WITHOUT T CODE N280 M99 ；子程序返回
根据系统变量[#1000]的状态，当[#1000 EQ 0]时完成对小刀与小刀或大刀与大刀的一次交换；当[#1000 EQ 1]时完成对小刀与大刀或大刀与小刀的二次交换，因为该盘式刀库机械手拔刀到位时无检测信号装置。
宏程序中的主轴准停位置、换刀固定点无论是FANUC数控系统还是SIEMEN S数控系统都可以通过机床参数进行设定。
3结束语
随机换刀的控制过程是比较复杂的。
将宏程序与PLC程序有机结合使得机床的换刀过程控制更为方便、简捷。
PLC控制程序设计没有固定的模式。
参考吸收他人好的设计思路，经过自己的理解动手编制，并在数控机床上通过调试才会有更深刻的体会。
参考文献
[1]吴祖育，秦鹏飞主编.数控机床.上海科技出版社,2000.
[2]北京发那科编译. FANUC-梯形图语言编程说明书.
2007-11-9来源：《现代模具》作者：上海第三机床厂陈贤国。