冉雪蓮

(西京學(xué)院數(shù)控中心，陜西西安710123)

自動換刀是加工中心的重要輔助功能，作用是將主軸中用過的刀具還回刀庫，又將需要的刀具從刀庫取到主軸中。要求準(zhǔn)確、無誤、快速。

斗笠式刀庫具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于控制和維護方便等優(yōu)點，因此在中小型加工中心上得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在我們使用中發(fā)現(xiàn)，往往會出現(xiàn)亂刀現(xiàn)象，從而又會引起撞刀。這對數(shù)控機床安全和精度構(gòu)成極大的危脅。

此程序基于西門子802D SL數(shù)控系統(tǒng)和BT40－16T的斗笠式刀庫，設(shè)計時充分考慮了各種因素。還刀時，一定將主軸中刀具還回原來的位置;取刀時，按程序指定刀號取刀。斷電后，刀庫當(dāng)前刀位保存在保持存儲器中，不丟失。重新上電不需再回零。采用參數(shù)編程使程序易調(diào)整易維護。

1 控制要求

斗笠式刀庫自動換刀有3個基本動作，它們是:

(1)還刀:主軸上有刀具，將主軸上刀具直接還到刀庫當(dāng)前位置上。

(2)取刀:主軸上無刀具，將目標(biāo)刀具從刀庫取到主軸上。

(3)換刀:主軸上有刀具，先將主軸上刀具還回刀庫原來位置上，再將目標(biāo)刀具取到主軸上。

斗笠式刀庫采用固定刀位管理，刀具號與刀庫刀位號相同，為了使用方便，我們對程序設(shè)計提出3點要求:

(1)刀庫只需回零一次(確定1號刀具位置)永遠記憶，以后不需回零。

(2)刀庫就近找刀，縮短換刀時間。

(3)加工期間，允許手動轉(zhuǎn)動刀庫，始終不會亂刀。

2 系統(tǒng)變量與用戶定義

802D SL數(shù)控系統(tǒng)為用戶程序設(shè)計提供了豐富的資源，靈活地使用這些資源會使程序設(shè)計簡單合理。

可用于刀庫程序設(shè)計的資源有:

(1)PLC機床參數(shù) $MN_USER_DATA_INT［n］，整數(shù)(32 個);$MN_USER_DATA_FLOAT［n］，實數(shù)(8個)。

(2)公共存儲器 VB49000000～VB49000511，512字節(jié)。

(3)用戶數(shù)據(jù) _ZSFR［n］全局用戶數(shù)據(jù)40個，實數(shù);_TM［n］全局用戶數(shù)據(jù)40個，整數(shù)。

通常采用PLC程序和換刀循環(huán)程序相結(jié)合完成各種換刀動作。由PLC完成的動作有:刀庫的伸出和縮回，主軸的松刀和緊刀，刀庫的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。由換刀循環(huán)程序完成的工作有:Z軸的定位，主軸的定向停及對各種刀庫動作控制等。

換刀循環(huán)程序和PLC程序是由不同的CPU執(zhí)行的。802D SL為它們之間的聯(lián)系提供了512個字節(jié)的公共存儲器，它們的地址為 VB49000000～VB49000511，PLC程序可直接使用該地址編程。在換刀循環(huán)程序中定義了許多系統(tǒng)變量與之對應(yīng)，而且必須用系統(tǒng)變量編程。

(4)系統(tǒng)變量 $A_DBB［n］，字節(jié)型;$A_DBW［n］，字型;$A_DBR［n］，實數(shù)型。其中 n表示地址偏移量如:$A_DBB［0］與 VB49000000對應(yīng)，8位;$A_DBW［4］與VB49000004對應(yīng)，16位。它們的作用可由用戶定義。刀庫換刀共6個動作，定義如下:

換刀循環(huán)程序和PLC程序執(zhí)行換刀動作是采取應(yīng)答工作方式。換刀循環(huán)向PLC發(fā)出刀庫動作命令，PLC執(zhí)行，執(zhí)行完畢后，把完成信息反饋到換刀循環(huán)，換刀循環(huán)才繼續(xù)執(zhí)行下面的程序。

我們定義系統(tǒng)變量$A_DBB［1］為命令完成應(yīng)答字。PLC完成任務(wù)后，將 VB49000000的值傳送到VB49000001說明任務(wù)已完成。固定循環(huán)一旦發(fā)現(xiàn)$A_DBB［1］=$A_DBB［0］，說明 PLC 命令已完成。

3 刀庫就近找刀原理

刀庫為了就近找刀，必須正確選擇旋轉(zhuǎn)方向，保證刀庫每次旋轉(zhuǎn)的刀位數(shù)不超過總刀位數(shù)的一半。一般根據(jù)目標(biāo)刀位D目標(biāo)和當(dāng)前刀位D當(dāng)前之差D差來判斷。

滿足正向旋轉(zhuǎn)的條件是:

D差＞0且D差≤Dmax/2或者D差＜0且D差＜－Dmax/2

滿足反向旋轉(zhuǎn)的條件是:

D差＞0且D差＞Dmax/2或者D差＜0且D差≥－Dmax/2

為了編制換刀循環(huán)程序，我們采用系統(tǒng)為用戶提供的用戶數(shù)據(jù)來表示上述值:

(2)_TM［0］=2主軸上有刀，已還過刀，找目標(biāo)刀位

(3)_TM［0］=1主軸上無刀(T0)，取刀，找目標(biāo)刀位

式中:$P_TOOLP系統(tǒng)變量表示編程刀號;$P_TOOLNO系統(tǒng)變量表示主軸上當(dāng)前刀號;$A_DBW［6］系統(tǒng)變量表示刀庫實際刀位。

判斷刀庫正轉(zhuǎn)公式:

判斷刀庫反轉(zhuǎn)公式:

4 應(yīng)答命令CMD_ACK(n)子程序的設(shè)計

斗笠式刀庫自動換刀有6個動作，為了實現(xiàn)這6個動作，制定了5條應(yīng)答命令，它們是:

它們采用應(yīng)答工作方式，由換刀循環(huán)發(fā)出命令，PLC執(zhí)行，完成后，再執(zhí)行下一步程序。這5條命令在一次換刀過程中要多次用到，執(zhí)行過程基本一致，可編成一個子程序，即CMD_ACK(n)。其中，n為命令字。

為了編制應(yīng)答命令子程序，我們再引入兩個PLC參數(shù)和3個用戶數(shù)據(jù)。

應(yīng)答命令子程序:

與應(yīng)答命令CMD_ACK(n)子程序?qū)?yīng)的PLC程序如圖1所示。

5 換刀循環(huán)程序設(shè)計

為了編制換刀循環(huán)程序，再引入兩個PLC參數(shù)和輔助指令M19。

換刀循環(huán)程序如下:

6 結(jié)語

此程序已在我院自主組裝的850B加工中心上完成調(diào)試，已投入使用并達到預(yù)期效果。不僅滿足使用要求且簡單易讀，程序維護方便。另外，讀者可根據(jù)自己機床的具體使用要求，在以上程序基礎(chǔ)上酌情添加測試方式的換刀控制程序，或加入一些安全判斷。

［1］王鋼.數(shù)控機床調(diào)試、使用與維修［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］SINUMERIK 802D Solution Line簡明調(diào)試手冊［Z］.2008.

［3］SINUMERIK 802D Solution Line PLC 子程序庫說明［Z］.2009.