馬鋼是我國重要的火車車輪、輪箍生產(chǎn)基地。為滿足火車重載、高速的要求，該公司2006年從德國引進了一條車輪加工生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線由12臺數(shù)控加工中心及輔助設備組成。每臺加工中心（以下簡稱機床）可以對車輪各個部位進行車、鏜等加工。機床為雙刀架立式結(jié)構(gòu)，右側(cè)有水平X軸、垂直Z軸，左側(cè)有水平U軸、垂直W軸，左右兩側(cè)各有一個刀庫。數(shù)控系統(tǒng)這是一篇關(guān)于設備操作方面的文章，文中介紹了加工中心雙刀庫利用PLC程序?qū)崿F(xiàn)自動換刀的控制方法，并對刀庫管理進行了簡單闡述。本欄目今后將增加有關(guān)設備實操與維修等方面的文章，歡迎廣大讀者與作者給予關(guān)注。

 

　　為840DE powerline.左右兩個刀架及刀庫分別由數(shù)控系統(tǒng)的兩個通道來控制。采用德國MIKSCH公司生產(chǎn)的圓盤式刀庫，每個刀庫可以裝12把刀具，通過機械手實現(xiàn)自動換刀。從而實現(xiàn)在一臺機床上完成多種工序的目的。

 

　　一、刀庫自動換刀原理概述該機床采用德國MIKSCH公司生產(chǎn)的CTM50/52型刀庫，容量為12把刀。刀庫包括刀套旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及換刀機械手，如所示。刀庫外形為圓盤形，內(nèi)部裝有一個分度盤。刀庫的回轉(zhuǎn)運動由帶抱閘的三相異步電機作動力源。三相電源通過交流接觸器提供給電動機，此時抱閘打開，刀庫運轉(zhuǎn)，切斷三相電源則抱閘閉鎖，刀庫立刻停止運轉(zhuǎn)。通過分度盤的運動及相關(guān)檢測元件組的邏輯組合，可使每個刀套準確停在換刀位置。刀套停在換刀位置后，由氣缸控制刀套處于水平或垂直狀態(tài)，以方便機械手換刀。刀套分度臺可以順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)，從而可以在*短的時間內(nèi)搜索到所要更換的刀具。

 

　　刀庫換刀機械手的運動同樣是由帶抱閘的三相異步電機作動力源，通過齒輪傳動機構(gòu)，把電機產(chǎn)生的勻速旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為機械手的規(guī)律性前進、停止以及旋轉(zhuǎn)運動。齒輪傳動裝置配有微動開關(guān)組。這個開關(guān)組包括3組微動凸輪和3個接近開關(guān)，每組微動凸輪上裝有3個微動凸輪。該微動開關(guān)組用于控制機械手夾住刀具、機械手把刀具從主軸和刀套內(nèi)取出、機械手處于原始位置等。

 

　　該刀庫的旋轉(zhuǎn)刀套及機械手的減速傳動機構(gòu)內(nèi)都內(nèi)置了一個扭矩限制器，以防止內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)損壞。

 

　　二、刀庫自動換刀具體實施刀庫機械手是實現(xiàn)自動換刀的主要機構(gòu)。它的任務是當一個工序完成后，將不用的刀具從主軸中卸下來送回刀庫中，同時還將下道工序的刀具裝入主軸中，然后機械手回到原始位置等待下一個工作循環(huán)。為機械手運動次序圖。該刀庫機械手的規(guī)律性運動是由通過三相異步電機和齒輪傳動機構(gòu)等來實現(xiàn)的，但是這些動作還需要通過電氣系統(tǒng)來實現(xiàn)。刀庫中刀套按照T代碼的指令運轉(zhuǎn)到換刀位置，然后進行刀具交換。在機床工作過程中刀具按著指令使機械手取刀或裝刀。因此，要求電氣系統(tǒng)須按照換刀過程的運動次序準確可靠地完成每一個動作。

 

　　以下為電氣動作順序：（1）啟動選刀，刀庫正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)就近找刀；（2）刀套計數(shù)及分度盤定位信號使刀套電機停止，一個刀套準確停在換刀位置；（3）控制刀套翻轉(zhuǎn)（垂直）的電磷閥得電；（4）刀套垂直到位，發(fā)出到位信號，主軸定向給出位置到達確認信號；（5）機械手從原始位置啟動，旋轉(zhuǎn)90°到達機械手夾刀位置；（6）機械手扣刀到位發(fā)出停止信號，把刀具從主軸和刀套中取出，機械手電機停止；（7）扣刀確認及刀具松開給出到位信號；（8）刀具夾放松完畢，啟動機械手旋轉(zhuǎn)180°，到達刀具更換位置；（9）機械手電機停止信號使機械手電機停止；（lO）裝刀確認及刀具夾緊給出到位信號；（11）機械手電機啟動，使機械手回到原始位置；（12）機械手電機停止信號，使機械手電機停止；（13）機械手原始位置開關(guān)發(fā)信號；（14）控制刀套翻轉(zhuǎn)（水平）的電磁氣閥得電；（15）刀套翻轉(zhuǎn)處于水平位置的接近開關(guān)發(fā)信號（刀庫換刀動作完成）。

 

　　刀庫及機械手的動作可以由NC來控制，也可以由PLC來控制，由于該刀庫選用的普通的三相異步電動機，故采用PLC來控制刀庫及機械手的動作。由于該機床數(shù)控系統(tǒng)為840DE powerline，它內(nèi)部集成了S7?315?2DP的PLC系統(tǒng)，為PLC編程控制刀庫和機械手的動作提供了方便。PLC程序設計采用了模塊化、參數(shù)化和標準化的編程方法，按控制功能將程序塊分成不同的功能塊，利用程序塊形式的參數(shù)編程特點，將控制功能程序標準化。程序結(jié)構(gòu)如所示。

 

　　PLC程序能較好地滿足刀套和機械手的在換刀時的運行次序，通過完善就近找刀縮短換刀時間。由于左右兩個刀庫分別有通道1通和道2控制，在程序設計時，右側(cè)刀庫的動作由功能塊FB96及背景數(shù)據(jù)塊DB103來控制。同樣，左側(cè)刀庫的動作由功能塊FB96及背景數(shù)據(jù)塊DB112來控制。程序編制時，要考慮諸多保護因素，如刀套電機及機械手電機（）的保護、刀套翻轉(zhuǎn)的電磷閥的保護等。另外，為方便操作真者手動更換刀具，每個刀庫都配備了一個OP7操作面板，大大方便了操作者手動換刀及刀庫的調(diào)試及維修。

 

　　從PLC程序結(jié)構(gòu)圖中可以看出，PLC程序由用戶程序和西門子標準塊組成，西門子這些標準塊是刀具管理的接口。在刀具管理方面西門子還有其他的標準塊可供選用，這些標準塊的作用是為了完善刀庫管理的人機界面，是為了更好地使用刀庫自動換刀。

 

　　三、刀具管理該機床的數(shù)控系統(tǒng)配有MMC103/PCU50人機界面，具有比較完善的刀具管理功能，操作者能從人機界面上清楚地看到整個刀庫中刀具的情況，并可調(diào)整刀庫中的信息，如手動換刀等。標準的西門子刀具管理功能很多，如刀具列表、裝載／卸載功能、隨機換刀／固定換刀等。以下就該機床對刀庫管理的使用情況做簡單介紹。

 

　　可以看出，刀庫的刀套及機械手的動作即刀庫的控制與刀具管理是密不可分的。

 

　　該機床的刀庫管理軟件對右側(cè)刀庫定義為1號刀庫，左側(cè)刀庫定義為2號刀庫。刀表中刀位與實際刀套一一對應。主軸、機械手手爪1和手爪2位置的緩沖區(qū)（Buffer）定義為9998號刀庫。

 

　　在換刀的每個階段，只要發(fā)生了刀具交換，刀具數(shù)據(jù)就在刀表的1號刀庫刀套及9998號刀庫的刀套（主軸、機械手手爪1和手爪2位置）間相互交換。并且要求每次刀具數(shù)據(jù)傳送后，必須由PLC接口予以確認，并啟動MMC進行顯示刀表數(shù)據(jù)的交換。刀具數(shù)據(jù)傳送的PLC接口確認由西門子標準功能FC8一TM?TRNS來完成。刀庫側(cè)及主軸側(cè)新舊刀的相關(guān)數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊DB90中，DB90為FB90的背景數(shù)據(jù)塊。換刀時，F(xiàn)B90/DB90調(diào)用FC8，使主軸側(cè)換新刀、刀庫側(cè)還舊刀及人機界面上刀庫列表信息得到及時更新，使換刀動作及刀具列表顯示信息準確無誤。以下為刀具信息交換的部分PLC程序：四、結(jié)束語該機床有效地實現(xiàn)了刀庫與主軸換刀的自動化，且使換刀過程變得非常靈活和可靠，故障率極低。兩個刀庫的應用大大提高了生產(chǎn)率。刀庫管理的界面化，使自動換刀和管理更加安全。