经济型数控铣床系统实现刀库自动换刀.pdf

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1、数控技术机机电工程技术电工程技术2010年第39卷第12期经济型数控铣床系统实现刀库自动换刀徐德灼，曾普芳（广州数控设备有限公司，广东广州510760）摘要：主要介绍了国产经济型数控铣床系统，利用内置PLC功能、内部变量，结合宏程序，根据刀库动作时序编写梯形图，实现刀库自动换刀控制。刀库控制难点在于如何处理好刀套与刀号间相对关系实时变化的数据，针对这一难题，详细分析了其控制过程。关键词：经济型数控铣床系统；PLC；刀库；自动换刀中图分类号：TG547文献标识码：A文章编号：1009－9492(2010)12－0044－04在实际生产中，许多机械零件的加工只需要在数控铣调用宏程序。床

2、上即可完成，不需要用到功能强大的加工中心，但是数O9001控铣床上一般没有安装刀库，故花在换刀上的辅助时间将IF［＃1000EQ1］GOTO99（换刀与否判断，耗费不少［1］。加工中心功能虽然强大，但所需投资成本也G54．0对应宏变量＃1000［4］）高，目前国内大多数控铣床系统已内置PLC功能，利用该＃103＝＃4003（G91／G90模态保存）PLC结合宏程序编程可对加装的刀库进行控制，有效解决＃106＝＃4006（G20／G21模态保存）了加工中心价格昂贵与数控铣床功能单调之间的矛盾，对G91G21G30Z0M19（回第二参考点，执行主轴定运行成本的降低起到促进作用。本文着重

3、介绍在广州数控向）980MD经济型钻铣床数控系统上使用PLC实现刀库自动换G＃103G＃106（G模态恢复）刀的应用实例。M65（刀库倒刀）1刀库换刀原理及动作时序图M68（刀臂抓刀）M54（主轴松刀）1．1换刀动作原理M69（刀臂换刀）刀库换刀共包括三个基本动作：刀库分度转位、刀套M55（主轴紧刀）翻转、机械臂换刀。具体的刀具交换过程如下：加工过程中，刀库先依据程序中的刀具指令进行预选刀，将需换刀具转到换刀位置，加工完毕并执行换刀指令后，主轴移动至换刀位置并定向，待刀套倒下到位后，机械臂逆时针旋转65°，两个手爪同时抓住主轴和刀库中的刀具，机械臂向下拔出刀具后逆时针旋转180°，

4、上升将新刀插入主轴的同时将旧刀插入刀库，机械臂顺时针旋转65°，回到初始位置，刀套抬起到位后，换刀过程结束。1．2换刀时序图参考刀库使用说明书，ATC刀库动作时序如图1。2换刀宏程序根据刀库动作原理及时序图，编写换刀宏程序，使用［2］［3］图1ATC刀库动作时序图M9001取代加工中心系统中的M06，作为换刀指令，收稿日期：2010－06－0844机机电工程技术电工程技术2010年第39卷第12期数控技术M70（刀臂归位）M66（刀库抬刀）M05（取消主轴定向）N99M99（返回执行NC程序）图3刀臂电机输出梯形图3地址分配3．1I／O口地址分配4．3刀库换刀子程序I／O口地址分配

5、如表1所示。所有子程序均通过逻辑1进行实时调用，以简化主程序、提高条理性与可维护性。表1I／O分配表4．4主轴定向刀臂处于原点的情况下，PLC接收到M19指令，将输出主轴电机定向，直至检测到定向完成信号，相应梯步在此省略。4．5刀盘回零刀套已水平到位的情况下，PLC接收到M21指令，将输出刀盘电机正转，直至检测到零点信号后回零完成，此时更新当前刀套号为1，相应梯步在此省略。3．2刀盘刀套号、刀具号数据储存地址分配4．6刀库预选刀刀盘刀套号、刀具号数据储存地址分配如表2所示。无报警状态下，PLC接收到T指令后，将指令的目标表2刀套、刀具数据储存地址分配表刀具号数据暂存于一中间寄存单元

6、中，以备使用，同时进行刀具号逐个对比，以找出与目标刀具号一致的刀具号数据储存单元，如图4、图5。4刀库自动换刀相关功能处理4．1当前刀具号实时更新、换刀与否判断对当前刀具号进行实时刷新，并优先判断是否需要换刀，使PLC及时通知CNC执行剩余宏程序段的必要性，以此提高换刀效率，如图2。图4寻找目标刀具号梯形图一图5寻找目标刀具号梯形图二跟据上述已找出所储存数据与目标刀具号一致的那个储存单元，确定目标刀套号，以用于选刀动作判断，如图6、图7。图2刀号更新、换刀与否判断梯形图4．2图6确定目标刀套号梯形图一刀臂电机输出由于刀臂抓刀、换刀、回原点等多个步骤都涉及到刀臂电机的输出，为避免双线

7、圈输出问题［4－5］，将统一在此输出，如图3。图7确定目标刀套号梯形图二45数控技术机机电工程技术电工程技术2010年第39卷第12期利用旋转功能指令将目标刀套号与当前刀套号进行对5．2第二步：刀臂抓刀（M68）比，计算出刀库所需旋转步数以及旋转方向，实现就近选刀臂停止于原点位置，刀套已倒下到位，主轴已完成刀，并限制只有当所需旋转步数不为0时才输出刀库旋转定向的情况下，PLC接收到M68指令，将输出刀臂电机转信号，有效避免单向选刀机制中的时间浪费现象，如图8。动，直至