關于加工中心刀庫調試與控制方法研究

摘要:筆者在調試基于西門子數控系統配機械手刀庫的加工中心過程中，研究開發了機械手刀庫的換刀宏程序和相應的PLC程序。本文將介紹應用西門子系統專用OEM指令開發機械手刀庫換刀程序的關鍵技術。

關鍵詞:加工中心；刀庫控制；數控系統

為了在數控系統顯示屏幕上能觀察到刀庫的運動和刀具號的變化，必須使用數控系統內置的虛擬刀庫功能。在西門子數控系統中有內置虛擬刀庫的功能，該虛擬刀庫可以模擬外部實際刀庫的動作，其優越性是在顯示屏上可以觀察到刀庫的正反轉和各刀位內的實際刀具號，也可以觀察到主軸上的刀具號以及需要更換的下一刀具號。

1 刀庫調試中的問題分析

刀庫的初始化初始狀態為主軸刀號為0號刀，刀盤按當前刀位為1號刀順序裝刀。必須在PLC程序中預先用開關信號做刀庫初始化，設置當前位置刀號和主軸刀號。在選刀及換刀宏程序中，必須做刀號比較判斷及足夠的安全保護條件。經過仔細觀察刀庫的動作，發現當刀庫計數接近開關的紅燈熄滅時，刀庫才進入刀位的正確位置。因此必須用計數接近開關脈沖的下降沿做停止條件。在PLC中改用下降沿脈沖后，果然能正確定位。也有刀庫計數器是使用脈沖的上升沿做停止條件的，要根據實際情況確定。為了保護刀庫的安全工作，充分利用了西門子系統所具有的位置開關功能。即可以通過參數在Z軸上設定位置開關，位置開關的位置區域就是Z軸的換刀點。只有Z軸進入該位置區域，位置開關=ON，刀庫才能前進卡刀。

2 西門子數控系統內置刀庫的設置

2.1 刀庫用特殊寄存器的功能。 在使用內置刀庫之前必須進行必要的設置。西門子數控系統中規定了一些固定的文件寄存器用以表征刀庫的基本性能，這些R寄存器的功能如下。R10600：刀庫基本控制參數。bit：設定刀號長度，是T4還是T8，一般選擇T4。Bit1：設定刀庫從1還是0開始計數。控制參數寄存器R10600的定義bit3：對各刀具庫的設定。

bib=0，刀庫數固定設置。即系統內同定設定有刀庫3個，每個刀庫內固定設定刀具數為120，刀具總數可達360。bit3=1，可設定的刀庫數=5，每一刀庫內的刀具數可以任意設定。刀具總數可達360。R10610：每一刀庫內的刀具數，也就是每一刀庫內有幾把刀，這是一重要參數。R10620：主軸刀具號。該R寄存器存放主軸刀具號，經設置后可以在屏幕上觀察到“主軸刀具號”。R10621：設置待機刀具號。R10603：刀具庫工作畫面的顯示內容。以上寄存器可以認為是一實際刀具庫的參數，必須在PLC程序中予以設置。

2.2 刀庫用特殊寄存器的設置。 通過編制PLC程序進行刀庫用特殊寄存器的設置。經過以上設置后，在刀庫工作畫面就可以觀察到一刀具庫，特別是每一刀位內的刀具號，而且在內置刀庫內是以同定的R寄存器存放每一刀號。在西門子數控系統中，以R10700～R10779代表每一刀位，而其中的數據就是刀具號。一般設置指針= l，以R10700為換刀位置。以20把刀的刀庫為例，R10700～R10719為1-20號刀位，R10700為換刀位置。對于機械手刀庫而言，R10700～ R10779代表刀庫的固定刀位，所以R10700內的數據就是換刀所需要的數據，即換刀點位置刀具號。

3 換刀專用指令的使用

在對西門子數控系統內置刀庫設置完畢后，為了動態的模擬實際刀庫的換刀動作，西門子數控系統還提供了專用的換刀指令，正確的使用該指令，可以大大簡化PLC程序對換刀過程的處理。如果使用常規的PLC指令編程可能很復雜，而且還不能在屏幕上觀察到刀庫的運動和各刀套中的實際刀具。在換刀程序中必須使用專用的換刀指令如下：刀具號設定指令，刀盤正反轉指令，就近選刀指令，主軸刀具與刀庫內刀具交換指令。

3.1 刀盤正反轉指令。 刀盤正反轉指令模擬了實際刀盤的正反轉。該指令一般由刀庫內計數器的正反轉脈沖所驅動，這樣在屏幕上可以觀察到刀盤的正反轉。當刀盤正轉脈沖或反轉脈沖驅動上述指令后，在顯示屏幕上可觀察到各刀位內R10700～R10719內的數據做環形移動，就相當于住進了環形客房的客人全體順時針或逆時針移動。一般設定指針為0，即采用R10700為換刀點，R10700的數值就表示了換刀位置中的刀具號。使用該指令的主要目的就是要獲得在換刀位置的刀具號。

3.2 就近選刀。即按最短的行程旋轉刀盤。在編制PLC程序時，核心就是選刀，即發一個選刀指令，驅動刀庫正向或反向旋轉，直到換刀位置刀號與所選刀號相等，才使刀盤停止旋轉，執行后續的換刀動作。可以使用OEM專用指令中的1號搜索指令，先搜索出目標刀號在刀庫環形坐標系中的位置，再根據其位置判斷正反轉方向。起動該指令后，其搜索出的數據是目標刀具在刀庫中環形坐標系中的位置。

4 換刀宏程序及PLC程序的編制方法

換刀程序的編制有兩種類型：其一是全部動作由PLC程序控制，其二是換刀動作的順序部分由宏程序編制，而單步的動作由PLC程序編制。由于宏程序的編程簡單，特別是可以方便地進行條件判斷，改變程序的流程，分析和調試程序也方便，所以使用宏程序方式編制換刀程序是簡便易行的方法。機械手刀庫的換刀可以分解為兩部分，第1為選刀，第2為換刀。在實際加工過程中，可先發出選刀指令完成選刀，在需要換刀的工步再行執行換刀，這樣可以節約換刀時間。這也是機械手刀庫的優越性之一。因此在編制機械手刀庫宏程序時可編制兩個宏程序，其一是選刀宏程序，其二為換刀宏程序。在不同的工步調用不同的宏程序。

5 結語

在實際的PLC程序中作如下處理：制作一環形計數器，用刀庫計數器信號驅動。這樣環形計數器內的數值就表示了刀套號的實際運動位置。將環形計數器內的數值送入指針R10615，在西門子的刀庫工作畫面中，刀套編號就與實際刀具號實際對應起來，這樣可以方便地查看實際刀具。但是將環形計數器內的數值送入指針R10615的時機有限制，不能用常ON信號，因為指針的數值變化會影響其他專用換刀指令的執行。

參考文獻

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