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        西門子840D刀庫管理功能在FMH800加工中心中的應用

        2016-12-31 00:00:00李堯胡敏汪金華
        科技創(chuàng)新與應用 2016年25期

        摘 要:比較了兩種刀庫管理功能,介紹了西門子840D刀庫管理功能的優(yōu)勢,闡述了使用西門子840D刀庫管理實現(xiàn)自動換刀功能的主要過程。調(diào)試完成之后,恢復了自動換刀功能,刀庫管理界面友好,刀庫系統(tǒng)運行正常,提高了換刀效率,縮短了整體加工時間,為正常生產(chǎn)提供了有效的保障。

        關鍵詞:840D;刀庫管理;自動換刀

        引言

        友嘉臥式加工中心FMH800是江西洪都航空工業(yè)集團有限責任公司的重要設備,采用SINUMERIK 840D pl控制系統(tǒng)。機床僅配置了鏈式刀庫和機械手換刀裝置,刀庫容量60把,但機床并未配置自動換刀的NC/PLC控制程序,從該機床開始使用以來,一直使用手動換刀。在零部件的加工過程中需要多次手動更換刀具,從而導致?lián)Q刀效率低下。為了提高換刀效率,縮短整體加工時間,我公司決定恢復其自動換刀功能。

        1 自動換刀方案選擇

        1.1 傳統(tǒng)刀庫管理功能

        傳統(tǒng)刀庫管理功能(即用戶編寫的刀庫管理功能)可分為三部分:人機界面,備刀(刀庫的運動),換刀(機械手的運動)。

        由于西門子840D系統(tǒng)具有良好的開放性,允許機床廠家將自己的專有技術加入到系統(tǒng)當中,并提供適合特殊應用的顯示界面、更方便的操作方式、更簡單的加工參數(shù)調(diào)整等功能,使其與標準系統(tǒng)無縫連接。

        1.2 西門子840D的刀庫管理功能

        西門子840D提供了標準的刀庫管理功能,相比于傳統(tǒng)的刀庫管理功能,除了具備傳統(tǒng)的刀庫管理功能外,還具有以下優(yōu)點:

        (1)刀庫管理適用范圍廣;(2)換刀靈活;(3)換刀過程透明;(4)實現(xiàn)刀具壽命監(jiān)控;(5)刀庫配置容量大;(6)大小刀管理。

        綜合比較兩個方案,文章決定使用西門子840D的標準刀庫管理功能來實現(xiàn)本機床的自動換刀功能。

        2 刀庫機械手結構與數(shù)控系統(tǒng)配置

        2.1 刀庫機械手結構

        該機床刀庫采用帶機械手的鏈式單刀庫,可裝60把刀具。液壓馬達和雙速換向閥控制刀庫的高低速旋轉,機械手由液壓驅(qū)動。在刀庫側面配備有單獨的換刀機械手手動控制平臺。

        2.2 刀庫特點

        2.2.1 隨機換刀。由于換刀動作為互換型,沒有預抓刀動作,為了提高換刀速度,采用隨機換刀方式。

        2.2.2 雙速旋轉。即高速找刀,低速定位。因為該刀庫容量較大,所以在找刀過程中要求刀庫以高速接近目標刀位,在達到目標刀位的前一刀位開始切換到低速以確保定位準確。

        2.3 數(shù)控系統(tǒng)配置

        該機床采用SINUMERIK 840D pl系統(tǒng),NCU 573.5,PCU50.3,人機界面為HMI Advanced 7.6,驅(qū)動器采用SIMODRIVE 611D,進給軸電機為1FT6伺服電機,主軸電機為1PH7伺服電機。

        3 基于西門子刀庫管理的自動換刀功能

        要實現(xiàn)西門子840D的刀庫管理功能,需要根據(jù)實際要求配置刀庫管理相關的刀具數(shù)據(jù),并在PCU50上配置刀庫,最后編寫PLC程序和NC的換刀子程序,實現(xiàn)NC-HMI-PLC相互關聯(lián)通訊,完成刀庫管理功能。

        3.1 設置刀具管理相關數(shù)據(jù)

        刀庫管理相關刀具數(shù)據(jù)設置如下:

        MD 18080: MM_TOOL_MANAGEMENT_MASK=1H選擇激活刀庫管理的功能。

        MD 18082: MM_NUM_TOOL=90刀具數(shù)量(注意不是刀庫刀位數(shù)量)。

        MD 18084: MM_NUM_TOOL_MAGAZINE=3 定義刀庫數(shù)量,包括刀庫,緩沖區(qū),裝載點,所以是3個。

        MD 18086: MM_NUM_MAGAZINE_LOCATION=65 總的刀位數(shù)量,不僅包括實際刀庫刀位數(shù),還包括緩沖區(qū)的刀位數(shù)。

        MD 20310: TOOL_MANAGEMENT_MASK=1H 激活通道的刀庫管理功能。

        MD 22550: TOOL_CHANGE_MOD=1換刀方式。

        MD 22560: TOOL_CHANGE_M_MODE=206 激活刀具數(shù)據(jù)的M代碼。

        3.2 PCU50.3 HMI界面刀庫配置

        通過以上參數(shù)的設定,系統(tǒng)只為刀庫管理預留了相應的空間,但對于刀庫的特征需要通過對刀庫管理系統(tǒng)變量來定義,對于HMI Advanced界面來說,可以在啟動菜單中通過圖形交互形式生成一個刀庫的配置文件。

        3.2.1 創(chuàng)建刀庫(刀庫類型和刀位數(shù)量)。

        3.2.2 創(chuàng)建裝載點。已有一名為“Manual loading point”裝載點,為了與PLC 程序配合,需再創(chuàng)建一個裝載點。

        3.2.3 創(chuàng)建刀位類型(采用默認的刀位類型)。

        3.2.4 刀庫刀位分配。

        3.2.5 生成刀庫。完成刀庫基本配置后,在Parameter中的第一個軟鍵變?yōu)椤癕agazine list”。

        3.2.6 機床刀庫管理配置。本機床刀庫管理配置包括3個刀庫。(1)1個真實的刀庫(刀庫1);(2)緩沖區(qū)刀庫(刀庫號9998)。緩沖區(qū)刀庫中包含主軸、機械手等刀具暫時保存區(qū)域。其中主軸與通道的主軸關聯(lián),實現(xiàn)刀具補償、壽命監(jiān)控等刀具功能。(3)裝載站刀庫(刀庫號9999)裝載站刀庫用于真實刀庫中保存的刀具的裝載和卸載。裝載點1位于主軸側。裝載點2位于刀庫側。

        3.3 換刀過程及PLC接口信號應答

        對于傳統(tǒng)的刀庫管理和西門子標準的刀庫管理功能來說,PLC控制的換刀動作是完全一樣的,不同之處在于刀具管理的PLC數(shù)據(jù)接口,刀具管理的操作信息通過數(shù)據(jù)接口傳遞到PLC,PLC通過數(shù)據(jù)接口響應刀具管理的請求。

        刀庫管理數(shù)據(jù)交換,是在換刀過程中NC與PLC是協(xié)同完成的,NC發(fā)出的每個指令都需要PLC做相應的應答,否則將出錯,因此此種數(shù)據(jù)交換方式叫“同步數(shù)據(jù)交換”。

        而當?shù)毒呓粨Q因故障中斷,需要在手動恢復過程中同時對刀庫管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)刷新,PLC需要用“異步數(shù)據(jù)傳輸”方式完成,即完全由PLC完成,僅通知刀庫管理刷新數(shù)據(jù)。

        PLC按以下步驟響應:(1)首先判斷哪個接口信號有請求。(2)在根據(jù)接口信號提供的數(shù)據(jù)作相應的動作。(3)等待動作完成。(4)通過FC6/8響應NC,告訴NC我已完成,請繼續(xù)。

        由于該機床是隨機換刀,因此數(shù)據(jù)塊DB72中給出的新刀刀庫號/刀位號和舊刀刀庫號/刀位號是一致的。

        3.4 換刀子程序

        M06為換刀指令,數(shù)控系統(tǒng)會自動調(diào)用換刀子程序。換刀子程序中包括換刀條件判斷,程序模擬處理,程序測試處理,程序段搜索處理,相關坐標軸走到固定位置,主軸定位,以及調(diào)用換刀動作的M206指令等。

        4 結束語

        在恢復友嘉臥式加工中心FMH800自動換刀功能過程中,通過對兩種刀庫管理功能方法的對比,選用了功能更為強大西門子840D標準的刀庫管理功能,在不改變機床原有軟硬件配置的基礎上,充分發(fā)揮了其優(yōu)勢。調(diào)試完成之后,刀庫管理界面友好,刀庫運轉正常,提高了換刀效率,縮短了整體加工時間,為正常生產(chǎn)提供了有效的保障,同時為后續(xù)此類機床的改造調(diào)試積累了寶貴的經(jīng)驗。

        參考文獻

        [1]張?zhí)┤A.西門子數(shù)控810D/840D的刀具管理功能[J].制造技術與機床,2005.

        作者簡介:李堯(1988,03-),男,學士,工程師,從事機械加工技術工作。

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