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      數(shù)控加工中心由于配有刀庫和自動(dòng)換刀系統(tǒng), 能實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道工序, 大大減少專用工夾具的數(shù)量, 縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間, 同時(shí)減少了多次安裝造成的定位誤差, 提高加工精度,能實(shí)現(xiàn)高精高效的加工[1]。數(shù)控加工中心在現(xiàn)代制造業(yè)中起著愈來愈重要的作用。數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低。討論如何對(duì)自動(dòng)換刀系統(tǒng)進(jìn)行電氣控制。

      1 刀庫選刀控制方式

      自動(dòng)換刀裝置可以定義為: 一種能根據(jù)機(jī)床控制單元發(fā)出的命令從刀庫中選擇和更換刀具的裝置。加工中心自動(dòng)換刀程序指令有兩部分: 刀具選刀( T××) 和刀具交換( M06) 。目前刀具選刀一般有四種控制方式: 順序選刀方式, 刀具編碼方式, 刀套編碼方式, 計(jì)算機(jī)記憶隨機(jī)換刀方式[2]。其中刀套編碼方式是對(duì)刀庫各刀座預(yù)先編碼, 每把刀具放入相應(yīng)刀座之后就具有了相應(yīng)刀座的編碼, 即刀具在刀庫中的位置是固定的。刀庫一般是鏈?zhǔn)降稁旎蜉喪降稁?span>, 當(dāng)然, 目前還有一些別的刀庫類型, 例如球形刀庫, 盒式刀庫等。

      某校工業(yè)中心三菱立式加工中心采用盤式刀庫, 刀庫選刀控制方式采用刀套編碼方式, 控制系統(tǒng)采用三菱MELDAS 60SSeries 數(shù)控系統(tǒng)。

      2 換刀動(dòng)作過程介紹

      圖1 為盤式加工中心換刀過程圖。若現(xiàn)在主軸上刀具為1號(hào)刀, 則執(zhí)行M06T02 換2 號(hào)刀的過程如下:

      ( 1) 如圖1a 所示, 首先刀庫將當(dāng)前位置旋轉(zhuǎn)至1 號(hào)刀所在( 2) 如圖1b 所示, 主軸下降至Z 軸換刀點(diǎn), 同時(shí)主軸準(zhǔn)停。

      ( 3) 如圖1c 所示, 刀庫前進(jìn), 使1 號(hào)刀具進(jìn)入刀庫的1 號(hào)刀座。

      ( 4) 如圖1d 所示, 主軸松刀, 1 號(hào)刀具落入刀庫原位, 然后主軸上升。

      ( 5) 如圖1e 所示, 刀庫旋轉(zhuǎn), 將新刀2 號(hào)刀旋轉(zhuǎn)到刀庫當(dāng)前位置。

      ( 6) 如圖1f 所示, 主軸下降到2 號(hào)刀所在位置, 同時(shí)主軸上的刀具夾緊裝置把2 號(hào)刀具夾緊。

      ( 7) 如圖( g) 所示, 刀庫退回到原位。換刀過程結(jié)束。

      3 自動(dòng)換刀系統(tǒng)控制

      自動(dòng)換刀系統(tǒng)控制的總體思路: 運(yùn)行“M06”加工程序代碼時(shí)自動(dòng)調(diào)用O9999 號(hào)宏程序。O9999 宏程序?qū)崿F(xiàn)一系列換刀動(dòng)作過程控制。O9999 中的輔助指令功能則由PLC 程序?qū)崿F(xiàn)。同時(shí)要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)使以上過程生效。加工程序、宏程序和PLC程序之間的關(guān)系如圖2 所示。

      下面分別說明相關(guān)參數(shù)設(shè)置, 宏程序的編制和相關(guān)PLC 程序的編制。

      3.1 參數(shù)設(shè)置

      涉及刀自動(dòng)換刀控制的系統(tǒng)參數(shù)有[3]:

      #1195=1: 使用M代碼調(diào)用宏程序

      #7001= 6, #7003= 9999: 運(yùn)行M06 代碼調(diào)用O9999 宏程序

      #1121=1: 禁止編輯O9000~9999 號(hào)程序, 保護(hù)O9999 號(hào)宏程序

      # 3207: 設(shè)置主軸準(zhǔn)停角度

      # 2238: 設(shè)置抓刀頻率

      # 8206: 設(shè)置換刀點(diǎn)坐標(biāo)

      3.2 宏程序設(shè)計(jì)

      程序代碼M06 調(diào)用O9999 宏程序, 其宏程序流程圖如圖3。其中需要的輔助指令和準(zhǔn)備指令有:

      M19 主軸準(zhǔn)停M77 選刀即刀庫將主軸刀號(hào)所在刀座旋轉(zhuǎn)到當(dāng)前位置

      M78 刀庫旋轉(zhuǎn), 將編程刀號(hào)旋轉(zhuǎn)到當(dāng)前位置M80 刀庫向前

      M81 刀庫退回M82 主軸松刀

      M83 主軸緊刀G30.1 回到1 號(hào)換刀點(diǎn)

      3.3 PMC 程序設(shè)計(jì)

      與刀庫自動(dòng)換刀有關(guān)的梯形圖主要是實(shí)現(xiàn)宏程序O9999中使用的輔助指令的譯碼功能。如M19, M77, M78, M80, M81, M82, M83。現(xiàn)以M78 刀庫編程位置旋轉(zhuǎn)至當(dāng)前位置為例說明PMC 關(guān)鍵程序設(shè)計(jì)。

      3.3.1 旋轉(zhuǎn)功能指令格式介紹

      在此要用到三菱系統(tǒng)PLC 功能指令S.ROT。ROT 命令是作為功能而準(zhǔn)備, 如旋轉(zhuǎn)物體的目標(biāo)位置, 旋轉(zhuǎn)方向和環(huán)計(jì)數(shù)器。該命令可用來確定旋轉(zhuǎn)方向和步進(jìn)數(shù)[4]。命令格式如圖4。

      Rm：旋轉(zhuǎn)體個(gè)數(shù)編號(hào)

      Mm；為0表示旋轉(zhuǎn)方向順時(shí)針；為1表示旋轉(zhuǎn)逆時(shí)針。

      3.3.2 接口信號(hào)說明

      假設(shè)刀庫PLC 程序所用到的接口信號(hào)如下:

      X230:M功能選通( MF1) R20:M代碼數(shù)據(jù)1

      X23:刀庫計(jì)數(shù)器Y3: 刀庫正轉(zhuǎn)繼電器

      Y4: 刀庫反轉(zhuǎn)繼電器Y226:M功能完成1( FIN1)

      3.3.3 M78 的PLC 程序代碼則用于M78 譯碼指令的關(guān)鍵PLC 程序略。

      4 總結(jié)

      該刀庫控制思路清晰, 直觀, 考慮因素全面可靠。控制程序簡(jiǎn)潔, 可讀性好。同時(shí)該程序具有良好的可移植性和擴(kuò)充性。該自動(dòng)換刀控制系統(tǒng)的控制程序已在本校工業(yè)中心設(shè)備上調(diào)試功。該程序主要適用于盤式刀庫換刀控制。其他類型的刀庫可參照該思路進(jìn)行修改。