王大雙

(西門子工廠自動化工程有限公司，江蘇南京 211300)

1 刀具管理的目的及作用

刀具管理水平在很大程度上衡量著一臺數(shù)控機(jī)床效率和柔性的高低。刀具管理功能確保任何時候機(jī)床上刀具都位于正確的刀位上，同時刀具信息得到正確、及時更新，能及時替換刀具，從而大大提高生產(chǎn)率，降低成本，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。西門子刀庫管理軟件功能強(qiáng)大，適用于多種類型刀庫，尤其在復(fù)雜組合式刀庫、大容量箱式刀庫的應(yīng)用方面，其優(yōu)越性特別突出。

2 828D系統(tǒng)硬件構(gòu)成和刀具管理軟件結(jié)構(gòu)

Sinumerik 828D主要由3部分構(gòu)成:數(shù)控(NCK)、人機(jī)界面(HMI)和可編程邏輯控制器(PLC)。3部分以獨(dú)立的CPU單元出現(xiàn)，通過總線連接通訊，在功能上既相互分工，又互為支持。西門子Sinumerik 828D刀具管理功能在原來西門子840D標(biāo)準(zhǔn)的刀具管理功能的基礎(chǔ)上作了簡化:840D NCK功能也適用于Sinumerik 828D，但PLC功能及NC和PLC之間的通訊不適用于Sinumerik 828D。西門子標(biāo)準(zhǔn)的刀具管理是使用FC8給的信息去更新刀庫的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，而Sinumerik 828D通過固化的PLC接口信號更新刀庫的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，接口信號流程如圖1所示。圖中NCK:刀具管理對刀庫中的刀套進(jìn)行管理;PLC:執(zhí)行換刀，在刀庫中移動刀具，夾爪控制必要時進(jìn)行刀庫控制;用戶接口:PLC程序識別任務(wù)接口上到達(dá)的任務(wù)并執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動，向刀具管理發(fā)送總應(yīng)答。

3 應(yīng)用實(shí)例

刀具管理從零件程序或HMI接收準(zhǔn)備換刀和執(zhí)行換刀的任務(wù)，刀具管理從這些任務(wù)中獲取刀具需要進(jìn)行的刀位變化，并將任務(wù)交給PLC，通過用戶接口上相應(yīng)位的脈沖沿發(fā)出應(yīng)答，完成換刀過程。本文就按照程序執(zhí)行的順序來介紹該刀具管理功能在機(jī)床的具體應(yīng)用過程。數(shù)控車削中心刀庫上的刀具一般比較少，且不需要機(jī)械手，因此其程序比較簡單，但程序編寫原理和方法與其他復(fù)雜加工中心的刀庫是一樣的，所以本文以帶有轉(zhuǎn)塔刀庫數(shù)控車床為例說明該功能的應(yīng)用過程。

3.1 配置828D刀具管理人機(jī)界面

西門子刀庫程序工具盒中有標(biāo)準(zhǔn)的刀具管理界面配置程序(MAG_CONF_MPF)，根據(jù)具體刀庫的機(jī)械結(jié)構(gòu)修改此程序，由于篇幅有限，本文就程序需修改的部分作簡要說明。

如圖2，機(jī)床配有1個轉(zhuǎn)塔刀庫，帶有8個刀位，3個緩沖刀位，1個裝載位，其需修改部分的程序如下:

修改完刀庫配置文件后，在828D系統(tǒng)中運(yùn)行該程序，然后須執(zhí)行NC上電，能自動生成如圖3所示的刀具管理界面。

3.2 設(shè)置NC參數(shù)

3.3 用戶PLC程序設(shè)計(jì)

PLC固件功能將刀具管理任務(wù)傳輸至 PLC用戶程序，PLC用戶程序應(yīng)答發(fā)送至刀具管理，然后將每條應(yīng)答的反饋信息(應(yīng)答故障時與故障編號一起，或者應(yīng)答正常)傳輸至 PLC。用戶PLC程序用于執(zhí)行刀具管理任務(wù)和對刀具的所有位置變化進(jìn)行應(yīng)答。一般而言數(shù)控車床的換刀流程比銑床的簡單，不需要機(jī)械手換刀，無附加緩沖區(qū)，PLC程序向刀具管理發(fā)送總應(yīng)答即可。此機(jī)床的刀庫部分的PLC程序如圖4所示。

3.4 PLC應(yīng)答過程說明

Sinumerik 828D固化了PLC功能，以傳輸步驟表提供刀具移動結(jié)構(gòu)，通過應(yīng)答步驟表對刀具移動進(jìn)行應(yīng)答，進(jìn)行實(shí)時跟蹤，每個任務(wù)至少需要1個應(yīng)答，應(yīng)答可按照DB9902中定義的表格進(jìn)行，或者在一個步驟中的刀具管理任務(wù)完用于對實(shí)際刀具位置后，通過用戶接口上相應(yīng)位的0/1脈沖沿發(fā)出總應(yīng)答(DB40xx/42xx DB×0.0)。應(yīng)答信號存在時，不可修改此接口的數(shù)據(jù)，再將應(yīng)答傳輸至刀具管理后，此信號由PLC固件復(fù)位，復(fù)位可能在多個PLC周期后進(jìn)行。

4 結(jié)語

西門子Sinumerik 828D刀具管理軟件使刀具管理界面化，且換刀過程變得非常靈活和可靠，故障率極低，從而提高其生產(chǎn)效率。828D系統(tǒng)NC參數(shù)設(shè)置及PLC程序的編寫都非常簡單，工程師調(diào)試起來非常方便，本文對帶有西門子刀具管理功能機(jī)床的維修和調(diào)試有一定的參考價值。

［1］Doconcd_Sinumerik_Sinamics.828D Manufacturer，Commissioning Manual Turning and Milling 828D［Z］，2010.

［2］金霞.西門子全新緊湊型數(shù)控系統(tǒng)Sinumerik 828D問世［J］.金屬加工，2009(23).