三菱盤式刀庫加工中心機床控制設計

摘 要：為滿足客戶需求，根據公司項目要求并兼顧成本和機床功能，設計圓盤式（機械手）刀庫加工中心的系統控制。要求系統功能完整，保護周全。對用戶在使用機床時常會用到端面飛刀等大直徑的刀具（簡稱大刀）遇到的換刀問題進行分析，由于圓盤式（機械手）刀庫采用的是隨機換刀，刀具所在的刀套并不固定，如果換大直徑的刀就有可能和相臨的刀具發生碰撞，文章針對盤式機械手刀庫的大端面刀換刀的特點展開研究并設計解決方案。

關鍵詞：三菱M60S；加工中心；盤式刀庫；機械手；大直徑刀；換刀

1 圓盤式刀庫大端面刀換刀問題分析和設計

首先，圓盤式刀庫換刀只需要將目標刀與主軸到交換，它不同與斗笠式刀庫必須處理還刀，所以為縮短換刀找刀時間可用T碼命令先讓刀庫備好刀，程序執行到換刀名令時直接就可以進行換刀動作。程序T碼控制刀盤將目標刀找到并將到套倒下來。當程序遇到M06命令時，Z軸回到第二參考點主軸準停定位->機械手刀臂旋轉抓刀->氣缸松刀->刀臂旋轉換刀->汽缸緊刀->刀臂回原點->換刀完成。

其次，隨機找刀、機械手換刀控制基本原理：Txx代碼激活刀庫控制。PLC根據編程刀具號計算出該刀具所在的刀套位置，以及就近找刀的方向。位置通過PLC指令[S.ATC K1]方向尋找，通過指令[S.ROT K1]尋找。由PLC程序控制刀庫按就近方向轉動到編程刀具所在的位置，等待換刀。最后，M06啟動PLC換刀，換刀過程說明：步驟一：刀套倒刀；步驟二：機械手扣刀；步驟三：主軸松刀；步驟四：機械手交換刀具；步驟五：主軸緊刀；步驟六：機械手回原點；步驟七：刀套回刀，換刀步驟通過PLC程序控制，刀具交換通過[S.ATC K4]指令。

2 大小刀的換刀控制的分析研究

由于用戶在使用機床時常會用到端面飛刀等大直徑的刀具（簡稱大刀），這些刀具裝入刀庫后左右相臨的刀套內就無法放入刀具。圓盤式（機械手）刀庫采用的是隨機換刀，刀具所在的刀套并不固定，如果換大直徑的刀就有可能和相臨的刀具發生碰撞，所以PLC需要對此種情況進行處理。PLC程序設計思路和解決方法：要解決此問題最關鍵的就是要讓大刀兩側的刀位空出來，當換刀時首先把大刀放入兩側是空刀的刀套里。本次設計的刀庫為24把刀的圓盤式刀庫，由于大刀要占用左右的刀套位，極限情況下24位可以裝下11把刀，但由于實際使用中幾乎不會要使用到如此多的大刀，故本次設計最大大刀容量為9九把（可修改成11把）刀庫容量也可以增加。PLC定義T0～T24為小刀刀號，T51～T59為大刀刀號，刀套空位為99。刀號的設定須在刀庫登錄表里，刀庫登錄表根據實際使用情況設置。特別注意：允許的大刀最大直徑必須小于刀庫允許普通刀具直徑的的兩倍（目前使用的刀具都小于允許直徑的兩倍），否則大刀與大刀之間交換會發生碰撞，刀具重量不能超過刀庫允許重量。大刀交換規則：小刀可放進大刀的刀套內，大刀不可放進小刀刀套內。換刀情況分析有以下四種：主軸小刀和刀庫小刀交換，一次性換刀；主軸小刀和刀庫大刀交換，一次性換刀，主軸小刀放進大刀刀套中；主軸大刀和刀庫小刀交換，先將原大刀刀套中的小刀換到主軸上，在將小刀與小刀交換；主軸大刀和刀庫大刀交換，一次性換刀。換刀相關保護和報警①換刀前判斷刀臂是否在原點，否則報警不執行換刀。②刀套和打刀缸的動作受到PLC監控，超出時間會發出報警，終止換刀。③檢查刀庫表中刀號與主軸刀號是否重復，發出報警信號。④大刀換刀時檢查大刀刀套兩側是否為空刀位，如果不是則發出報警，終止換刀。⑤檢查當前刀套內的刀號是否是空刀位，是則不進行換刀，發出報警。換刀刀號判斷PLC說明。通過D60中的T碼與K實數進行比較，把比較的結果送入M1000～M1008。利用比較的結果M1000～M1008判斷目前換刀的狀態，將結果送入M600～M603。M600：T碼小刀與主軸小刀交換；M601：T碼小刀與主軸大刀交換；M602：T碼大刀與主軸小刀交換；M604：T碼大刀與主軸大刀交換；通過判斷的換刀狀態按照PLC程序框圖的方式執行。

3 結語

用戶在使用機床時常會用到端面飛刀等大直徑的刀具，這些刀具裝入刀庫后左右相臨的刀套內就無法放入刀具。根據公司項目要求并兼顧成本和機床功能，通過系統控制解決了大端面刀等大直徑刀具的換刀問題，為客戶提高生產效率，從而提高其經濟效益做出了一定的貢獻。圓盤式（機械手）刀庫采用的是隨機換刀，刀具所在的刀套并不固定，如果換大直徑的刀就有可能和相臨的刀具發生碰撞，所以PLC需要對此種情況進行處理。要解決此問題最關鍵的就是要讓大刀兩側的刀位空出來，當換刀時首先把大刀放入兩側是空刀的刀套里，然后再進行換刀。在此設計中還為客戶完善了使用過程中的一些輔助功能，使客戶使用更方便、更安全，得到了客戶的認可。通過三菱圓盤式（機械手）刀庫加工中心開發過程，使我收獲頗多，為了讓更多人分享享我的經驗所得，特寫這篇論文，供大家參考學習。

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