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盘式刀库随机换刀的程序设计


关键字:自动刀具交换装置(ATC);随机换刀;数据刷新; 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, 命令完成刀具的交换, M 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 PMC 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 PMC 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 54.1 N060 G91G30 P2 Z0 M19 参数#4077 N070 M87 N080 M80 N090 G04 X1 N100 M82 N110 M83 N120 M84 N125 M85 N130 M86 N140 M81 N145 IF [#1000 EQ 0] GOTO 250 54.0 N150 #4=#4120 T 码赋给#4 N160 T#4 N180 M80 N190 G04 X1 N200 M82 N210 M83 ; #1001:FANUC 系统变量号,对应 PMC G

; Z 到第一换刀点, 参数#1241, 主轴定位,

; 进入换刀模式 ; 刀套倒刀 ; 延时 ; ATC 扣刀 ; 主轴松刀 ; ATC 交换刀具 ; 主轴紧刀 ; ATC 回原位 ; 刀套回刀 ; #1000:FANUC 系统变量号,对应 PMC

; # 4120:FANUC 模态信息的系统变量号,读入的

; 将赋给#4 的 T 码再赋给 T ; 刀套倒刀 ; 延时 ; ATC 扣刀 ; 主轴松刀)

N220 M84 N225 M85 N230 M86 N240 M81 N250 G#101 G#102 G#103 N255 M88 N260 M99; N270 #3000=1 T CODE N280 M99

; ATC 交换刀具 ; 主轴紧刀 ; ATC 回原位 ; 刀套回刀 ; 恢复 G 代码 ; 换刀结束 ; 子程序返回 ;#3000:FANUC 宏报警系统变量号 显示屏显示 M6 WITHOUT

;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 SIEMENS 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.


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