基于SIEMENS 840D/840Dsl刀具管理的手動(dòng)換刀功能

周肇元+班帥+化春雷+譚智

摘 要 在SIEMENS 840D/840Dsl的刀具管理基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)大型刀具的手動(dòng)更換及自動(dòng)刀具補(bǔ)償功能，介紹了設(shè)計(jì)原理及調(diào)試方法。

關(guān)鍵詞 SIEMENS 840D；SIEMENS 840Dsl；刀具管理；手動(dòng)換刀

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0078-01

SIEMENS 840D/840Dsl系統(tǒng)針對(duì)具備刀庫(kù)的復(fù)合型機(jī)床提供一整套強(qiáng)大的刀庫(kù)管理功能。該功能可實(shí)現(xiàn)刀具數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，多刀庫(kù)的動(dòng)態(tài)管理，刀具隨機(jī)尋找空位及自動(dòng)進(jìn)行大小刀躲避。但是在重大型機(jī)床上，對(duì)一些特殊的，只能進(jìn)行手動(dòng)更換的刀具，SIEMENS卻沒有給出相應(yīng)的解決方案。本文以我公司生產(chǎn)的GTM系列龍門移動(dòng)式車銑加工中心為例，通過(guò)對(duì)SINUMERIK 840Dsl刀庫(kù)管理功能進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)大型刀具的手動(dòng)更換及自動(dòng)刀具補(bǔ)償。

1 設(shè)計(jì)思路

SIEMENS 840Dsl系統(tǒng)自帶的刀具管理功能大致分為兩大類，一種是主軸直接抓刀，另一種情況是通過(guò)機(jī)械手抓刀。GTM系列機(jī)床使用的是第二種換刀方式。在這種情況下，系統(tǒng)中最少需要配置3個(gè)刀庫(kù)：鏈?zhǔn)降稁?kù)（刀庫(kù)號(hào)為1），緩沖區(qū)刀庫(kù)（刀庫(kù)號(hào)為9998），裝載點(diǎn)刀庫(kù)（刀庫(kù)號(hào)為9999），如果是多刀庫(kù)，相應(yīng)需要增加鏈?zhǔn)降稁?kù)的數(shù)量，圖1中所示為雙刀庫(kù)的情況。

圖1 雙刀庫(kù)換刀示意

緩沖區(qū)刀庫(kù)9998已經(jīng)被SIEMENS預(yù)先定義為主軸位與機(jī)械手位，不允許用戶自行更改。其中（9998，1）為主軸位，（9998，2）為機(jī)械手1位，（9998，2）為機(jī)械手2位。對(duì)于手動(dòng)刀具來(lái)說(shuō)，自然不能將其加載至鏈?zhǔn)降稁?kù)上。通過(guò)多次試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)毒咛幱诘豆駜?nèi)不在刀庫(kù)表內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將該刀具臨時(shí)存放在（9999，1）中。因此，當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行手動(dòng)換刀的操作時(shí)，其實(shí)就是將（9999，1）內(nèi)的刀具加載進(jìn)（9998，1）的過(guò)程。分析到這里，具體的設(shè)計(jì)方法也就應(yīng)運(yùn)而生了。

要實(shí)現(xiàn)刀具從（9999，1）直接裝載至（9998，1）而不經(jīng)過(guò)鏈?zhǔn)降稁?kù)和機(jī)械手，我們要對(duì)原來(lái)的負(fù)責(zé)刀具管理功能的PLC及NC程序進(jìn)行修改。其中PLC程序中需要修改FC90與FB90兩個(gè)功能塊，這兩個(gè)功能塊是由SIEMENS標(biāo)準(zhǔn)的刀具管理模塊，F(xiàn)B90的修改方法如下。

1）原程序中預(yù)留了很多個(gè)跳轉(zhuǎn)識(shí)別符，在其中選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)比如“SS28”，這里主要是為了與FC90進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

2）判斷舊刀刀庫(kù)號(hào)是否等于9999，即當(dāng)前主軸刀具是否為手動(dòng)刀具。

3）不論上步的判斷結(jié)果如何，再次判斷新刀刀庫(kù)號(hào)是否等于9999，即當(dāng)前指令刀具是否為手動(dòng)刀具。

4）兩次判斷結(jié)果有5種情況：

①舊刀刀庫(kù)號(hào)為9999，新刀刀庫(kù)號(hào)為9999。即主軸當(dāng)前刀具為手動(dòng)刀具，指令刀具也為手動(dòng)刀具。這種情況下，可直接進(jìn)行手動(dòng)刀具交換。

②舊刀刀庫(kù)號(hào)為9999，新刀刀庫(kù)號(hào)為1。即主軸當(dāng)前刀具為手動(dòng)刀具，指令刀具為自動(dòng)刀具。這種情況下，需要先進(jìn)行手動(dòng)卸刀，然后在進(jìn)行自動(dòng)裝刀。

③舊刀刀庫(kù)號(hào)為1，新刀刀庫(kù)號(hào)為9999。即主軸當(dāng)前刀具為自動(dòng)刀具，指令刀具為手動(dòng)刀具。這種情況下，需要先進(jìn)行自動(dòng)卸刀，將當(dāng)前刀具送回刀庫(kù)內(nèi)，然后在進(jìn)行手動(dòng)裝刀。

④舊刀刀庫(kù)號(hào)為0，新刀刀庫(kù)號(hào)為9999。即主軸空刀，指令刀具為手動(dòng)刀具。這種情況下，需要進(jìn)行手動(dòng)裝刀。

⑤舊刀刀庫(kù)號(hào)為9999，新刀刀庫(kù)號(hào)為0。即主軸當(dāng)前刀具為手動(dòng)刀具，系統(tǒng)執(zhí)行的是T0。這種情況下，需要進(jìn)行手動(dòng)卸刀。

5）根據(jù)判斷的結(jié)果，相應(yīng)對(duì)的使用FC8功能塊對(duì)刀具表進(jìn)行刷新，由于篇幅所限，這里就不列出全部的程序內(nèi)容，有需要的讀者可自行聯(lián)系作者。

FC90的修改方法相對(duì)簡(jiǎn)單，只要判斷一下新刀舊刀的刀庫(kù)號(hào)中是否存在9999，如果是，激活相應(yīng)的位使FB90中的程序跳轉(zhuǎn)至“SS28”即可。由于篇幅所限，這里就不列出全部的程序內(nèi)容，有需要的讀者可自行聯(lián)系作者。

NC程序同樣需要修改，原自動(dòng)換刀程序執(zhí)行是由3個(gè)部分組成的：

①T_PREPARE.SPF 備刀程序，通過(guò)執(zhí)行T碼調(diào)用。

②TOOL.SPF 換刀主程序，用來(lái)判斷換刀方式。

③TOOLAUTO.SPF 自動(dòng)換刀程序，執(zhí)行自動(dòng)換刀，包括機(jī)床軸與刀庫(kù)的定位、機(jī)械手與主軸抓刀等動(dòng)作的控制。

我們需要修改的是換刀主程序TOOL.SPF，原程序中只有對(duì)自動(dòng)換刀方式種類的判別，即判斷出裝刀、卸刀及刀具交換三種情況，現(xiàn)在需要將手動(dòng)換刀的判斷整合進(jìn)去。程序中需要增加的指令相對(duì)復(fù)雜，由于篇幅所限，這里就不列出全部的程序內(nèi)容，有需要的讀者可自行聯(lián)系作者。在這里將比較重要的指令列舉如下：

IF （（_TV==0） AND （$AC_TC_MTO==9999）） GOTOF Auswechseln；手動(dòng)卸刀

IF （（$AC_TC_MFN==9999） AND （$AC_TC_MTO==9999）） GOTOF Tauschen ；手動(dòng)換刀

IF $A_TOOLMN[_TV]==0 GOTOF Einwechseln；手動(dòng)裝刀

2 功能調(diào)試

程序修改完成后，確保其無(wú)誤，并分別下載至PLC/NC內(nèi)。然后在系統(tǒng)刀具表內(nèi)建立手動(dòng)刀具，建立方法與自動(dòng)刀具相同。建立好刀具后，注意不要將其加載至鏈?zhǔn)降稁?kù)內(nèi)。

先執(zhí)行備刀指令T=“xxx”，再執(zhí)行換刀主程序“TOOL”。此時(shí)如果主軸當(dāng)前到或者指令刀中有手動(dòng)刀具，NC程序經(jīng)過(guò)判斷后會(huì)執(zhí)行M0中斷程序，等待用戶進(jìn)行手動(dòng)換刀，當(dāng)用戶更換完刀具后，再次按下循環(huán)啟動(dòng)按鍵，刀庫(kù)表隨機(jī)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)更新，使用刀具從（9999，1）裝載至（9998，1）。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)SIEMENS 840D/840Dsl數(shù)控系統(tǒng)的刀庫(kù)管理功能進(jìn)行了二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)刀具的自動(dòng)管理，效果良好。

基金項(xiàng)目

國(guó)家重大科技專項(xiàng)。

課題名稱：高速/復(fù)合數(shù)控機(jī)床及關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新能力平臺(tái)。

課題編號(hào)：2011ZX04016-021。

參考文獻(xiàn)

[1]SINUMERIK 840D sl Special Functions 2013.6.

[2]SINUMERIK 840D sl / 828D Basic Functions 2013.6.

[3]SINUMERIK 840D sl / 828D Extended Functions 2013.6.

作者簡(jiǎn)介

周肇元（1982-），男，工程師，現(xiàn)任職于沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，主要從事數(shù)控機(jī)床電氣設(shè)計(jì)工作。endprint