馬鋼是我國重要的火車車輪、輪箍生產基地。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線。該生產線由12臺數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構，右側有水平X軸、垂直Z軸，左側有水平U軸、垂直W軸，左右兩側各有一個刀庫。數控系統這是一篇關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程序實現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注。

 

　　為840DE powerline.左右兩個刀架及刀庫分別由數控系統的兩個通道來控制。采用德國MIKSCH公司生產的圓盤式刀庫，每個刀庫可以裝12把刀具，通過機械手實現自動換刀。從而實現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公司生產的CTM50/52型刀庫，容量為12把刀。刀庫包括刀套旋轉機構及換刀機械手，如所示。刀庫外形為圓盤形，內部裝有一個分度盤。刀庫的回轉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，切斷三相電源則抱閘閉鎖，刀庫立刻停止運轉。通過分度盤的運動及相關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，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，從而可以在*短的時間內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，把電機產生的勻速旋轉運動轉化為機械手的規律性前進、停止以及旋轉運動。齒輪傳動裝置配有微動開關組。這個開關組包括3組微動凸輪和3個接近開關，每組微動凸輪上裝有3個微動凸輪。該微動開關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取出、機械手處于原始位置等。

 

　　該刀庫的旋轉刀套及機械手的減速傳動機構內都內置了一個扭矩限制器，以防止內部機械結構損壞。

 

　　二、刀庫自動換刀具體實施刀庫機械手是實現自動換刀的主要機構。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。為機械手運動次序圖。該刀庫機械手的規律性運動是由通過三相異步電機和齒輪傳動機構等來實現的，但是這些動作還需要通過電氣系統來實現。刀庫中刀套按照T代碼的指令運轉到換刀位置，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，刀庫正轉或反轉就近找刀；（2）刀套計數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（垂直）的電磷閥得電；（4）刀套垂直到位，發出到位信號，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90°到達機械手夾刀位置；（6）機械手扣刀到位發出停止信號，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發信號；（14）控制刀套翻轉（水平）的電磁氣閥得電；（15）刀套翻轉處于水平位置的接近開關發信號（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。由于該機床數控系統為840DE powerline，它內部集成了S7?315?2DP的PLC系統，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編程特點，將控制功能程序標準化。程序結構如所示。

 

　　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，右側刀庫的動作由功能塊FB96及背景數據塊DB103來控制。同樣，左側刀庫的動作由功能塊FB96及背景數據塊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試及維修。

 

　　從PLC程序結構圖中可以看出，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控系統配有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刀庫定義為1號刀庫，左側刀庫定義為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（Buffer）定義為9998號刀庫。

 

　　在換刀的每個階段，只要發生了刀具交換，刀具數據就在刀表的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據傳送后，必須由PLC接口予以確認，并啟動MMC進行顯示刀表數據的交換。刀具數據傳送的PLC接口確認由西門子標準功能FC8一TM?TRNS來完成。刀庫側及主軸側新舊刀的相關數據存放在數據塊DB90中，DB90為FB90的背景數據塊。換刀時，FB90/DB90調用FC8，使主軸側換新刀、刀庫側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、結束語該機床有效地實現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率。刀庫管理的界面化，使自動換刀和管理更加安全。