溫學勇

（蘇州大學機電工程學院，江蘇蘇州 215137）

基于數(shù)控銑床加裝刀庫的技術研究

溫學勇

（蘇州大學機電工程學院，江蘇蘇州 215137）

早期的數(shù)控銑床由于不能自動換刀，一把刀加工完成后，需要人參與，把主軸上的刀卸下來，再將下把需要加工用的刀裝上去，再去對刀，再調(diào)用相關程序繼續(xù)加工……這樣，不僅提高了人的工作強度，加大了出錯的幾率，而且更嚴重影響了加工效率。給數(shù)控銑床加裝自動換刀裝置，換刀動作自動完成，效率高，穩(wěn)定性好，在許多企業(yè)得到了應用。從一臺數(shù)控銑床著手，從硬件準備、機械安裝、電路設計、NC和PMC程序編制等方面完整說明一臺數(shù)控銑床加裝刀庫的過程。

自動換刀；PMC；選刀

某企業(yè)幾年前買了一臺數(shù)控銑床，隨著時間的推移，感到越來越不能適應生產(chǎn)的需要，淘汰掉有點可惜，于是決定請筆者給他們增添自動換刀功能。他們的系統(tǒng)是FANUC 0I-MC，機床也有安裝相關硬件的空間。

1 材料準備

（1）圓盤式40#-24T自動換刀機構。該機構由換刀機構、刀庫本體和換刀臂組成。刀具型式：BT40（與原機床對應）；刀庫儲存刀數(shù)：24把（夠用）；刀庫中心距80cm（機床空間夠用）。

（2）交流接觸器3只（臺灣士林S-P11）。

（3）24V直流繼電器6只（制造商：Omron，型號為MY2N-J 24VDC）。

（4）雙作用電磁閥1只（SMC）。

2 機械安裝

（1）將刀庫與支架聯(lián)接到一起后固定到立柱上。調(diào)整刀庫，使換刀臂軸線與主軸Z向運動的平行度0.15/300，調(diào)整刀庫在X、Y向的位置，使刀臂在扣刀位置時，換刀臂與主軸的換刀點的重合[1-2]。

（2）主軸定向設置

可 通 過 調(diào) 整 參 數(shù) No.4031和 No.4077 (No.4031：位置編碼器方式定向停止位；No.4077：定向停止位置偏移量)來調(diào)整主軸定向角度，使刀臂扣刀時（手動刀臂），主軸上的凸塊與刀柄上的凹的部位對應。

（3）Z軸第二參考點設置

將主軸移到Z向最高點后將分體刀柄的上體錐柄部分裝入主軸孔內(nèi)并拉緊，同時在換刀臂夾上裝上分體刀柄的下體。手動將換刀臂轉(zhuǎn)動到扣刀位置后，下移主軸，使分體刀柄的上體錐柄部與換刀臂上分體刀柄的下體之間的間隙為0.2～0.3 mm之間。記下機床坐標Z值，寫到參數(shù)No.1241的Z里。

3 相關電路設計

（1）主電路

如圖1所示，該電路主要實現(xiàn)自動換刀電路中，負載刀臂電機、刀庫電機的轉(zhuǎn)動。其中刀庫電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，刀臂電機正轉(zhuǎn)。

圖1 刀臂、刀庫電機主電路

如圖2所示，雙作用電磁閥控制刀套水平、豎直位置切換，單作用電磁閥控制主軸的松刀、夾刀。3個接觸器線圈控制前面電路中的2個電機。

ATC動作可由NC程序和PMC程序組合控制。

圖2 電磁閥電路和刀臂、刀庫控制電路

4 NC程序編制

（1）設系統(tǒng)參數(shù)6071=6（調(diào)用O9001子程序的M代碼）。

修改參數(shù)3202#4設為0；若不讓修改，需要先給參數(shù)3210中輸入密碼。

（2）建一新程序

為了提高效率，或者換刀時為了避開夾具，該子程序換刀動作前的換刀位置程序可根據(jù)實際情況進行適當修改。

5 PMC程序設計

（1）輸入、輸出地址設定如表1。設定的地址必須是本來數(shù)控銑床沒用過的地址。

表1 PMC輸入、輸出地址分配

（2）PMC接線原理圖如圖3、圖4。

（3）PMC參數(shù)設置。

在D寄存區(qū)建一數(shù)據(jù)表。

地址：D0、D1、……D24；（主軸和24個刀套號）。

各地址里數(shù)據(jù)為：25、1、2、……24；（各刀套里的刀具號，保證不相同）。

圖3 PMC輸入地址原理圖

圖4 PMC輸出地址原理圖

D100地址里數(shù)據(jù)為在換刀位刀具的刀套號（根據(jù)實際情況輸入具體刀套號）。

D110地址里的輸入數(shù)值為24（數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)數(shù)目）。

D112地址里的輸入數(shù)值為25（數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)數(shù)目）。

（4）編制梯形圖

整個ATC過程可分為選刀和換刀2個過程。

1）選刀

①選刀過程流程圖如圖5所示。

圖5 選刀流程圖

②選刀相關的主要梯形圖。

刀庫計數(shù)、目標刀具檢索梯形圖如圖6所示。

相關指令介紹：

計數(shù)器指令CTRC：起初，給D100賦初值（把刀庫中最下面刀套號放進D100），當?shù)短渍?、反轉(zhuǎn)動時，保證D100里面的值始終是換刀位的刀套號。

數(shù)控檢索指令DSCHB：把指令目標刀具的刀套號放到R690里。

回轉(zhuǎn)方向判斷、刀套一致判斷梯形圖如圖7所示。

圖6 刀庫計數(shù)、目標刀具檢索梯形圖

圖7 回轉(zhuǎn)方向判斷、刀套一致判斷梯形圖

相關指令介紹：

回轉(zhuǎn)控制指令ROTB：刀具旋轉(zhuǎn)最短路徑判斷，確定刀庫是順時針轉(zhuǎn)還是逆時針轉(zhuǎn)。

圖8 換刀流程圖

一致性判斷指令COIN：指令目標刀具的刀套號與換刀位刀套號是否一致，若一致，則選刀結束。

圖9 換刀主要動作梯形圖

圖10 數(shù)控刷新梯形圖

2）換刀。刀庫當前刀具與主軸刀具通過刀臂互換。

換刀過程是一個順序動作過程。

①順序流程圖如圖8所示。

②換刀主要梯形圖：

7步動作梯形圖如圖9所示[3-4]。

執(zhí)行M06代碼進行換刀，相關負載執(zhí)行下面7步，具體步驟為圖8流程圖中7個動作。7步動作依次進行，當前步完成，作為下一步的觸發(fā)條件，觸發(fā)下一步，同時斷開上一步。

刀具交換后的數(shù)據(jù)刷新，相關梯形圖如圖10所示。

換刀后，要求把當前換刀位刀套里的刀號與主軸上的刀號互換。使刀具號數(shù)據(jù)刷新。相關指令介紹：

二進制變址修改數(shù)據(jù)傳送XMOVE：第一個XMOVE指令讀取數(shù)據(jù)表內(nèi)D100里的數(shù)據(jù)（當前刀套號）作為表號的數(shù)據(jù)（換刀前的刀庫當前刀號），寫到R0693里；第二個XMOVE指令讀取D0000里的數(shù)據(jù)（換刀前的主軸刀號），寫入數(shù)據(jù)表D100里數(shù)據(jù)作為表號的地址里。

邏輯乘后數(shù)據(jù)傳送指令MOVE：把R0693里數(shù)據(jù)寫到D0000里。

根據(jù)上述電路設計，進行相關電路連接，梯形圖的導入，并進行相關參數(shù)設置。最后進行換刀動作調(diào)試，完善機械安裝和電器控制設計。就可以交給廠方驗收了。

6 結束語

由于歷史的原因，目前，我國有很多數(shù)控銑床，它們已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在生產(chǎn)的要求。給它們加裝ATC，使它們煥發(fā)第二次青春，有很大的經(jīng)濟價值。如何經(jīng)濟性地、恰當?shù)亟o它們加裝ATC，是一個值得好好研究的課題，很有研究的必要和價值。

參考主獻：

［1］黃道業(yè).加工中心換刀宏程序的優(yōu)化［J］.機械工程師，2009（11）：119-120.

［2］趙宇智.加工中心凸輪刀臂式換刀裝置控制分析及維護［J］.機床電氣，2012（4）：31-33.

［3］FANUC 0I MC參數(shù)說明書［Z］.FANUC公司，2009.

［4］FANUC-PMC梯形圖語言說明書［Z］.FANUC公司，2009.

Technology Research Based on CNC Milling Machine Equipped with a Knife Library

WEN Xue-yong
（Soochow University，Suzhou215137，China）

The early CNC milling machine can not change the knife automatically，after a knife processing，need human involvement，the spindle knife down，then install the next knife need to process，go to settings，and then call the relevant procedures to continue processing.It not only improves the people's work strength，increase the probability of error，but also seriously affects the processing efficiency.For CNC milling machine equipped with automatic tool changer，tool change action automatically，it is high efficiency，good stability，and has been applied in many enterprises.In this paper，a CNC milling machine to proceed，in terms of hardware preparation，mechanical installation，circuit design，NC，PMC programming such as a complete description of the installation of a CNC milling process of the tool magazine.

automatic tool change；PMC；tool selection

TG547

：A

：1009－9492(2014)12－0055－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.014

溫學勇，男，1974年生，江蘇鹽城人，大學本科，講師。研究領域：數(shù)控加工與維修。已發(fā)表論文8篇。

(編輯：阮 毅)

2014－08－05