高速臥式加工中心刀庫操作控制研究

宮生龍 付柄智

摘 要：刀庫是數(shù)控機(jī)床操作控制過程中相對復(fù)雜的部分，電氣設(shè)計(jì)其操作控制方式是否合理，決定了操作控制是否便捷、穩(wěn)定和安全，并且通過對數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)以及程序編寫，實(shí)現(xiàn)高效率、低故障率、低成本的加工需求。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)計(jì)；刀庫；系統(tǒng)參數(shù)

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

刀庫是數(shù)控機(jī)床的核心部件，電氣設(shè)計(jì)其操作控制方式的合理性，影響著對其操作控制的便捷性、穩(wěn)定性和安全性。該文以沈陽機(jī)床的高精度高速臥式銑鏜加工中心HMC63h為例闡述了刀庫操作控制過程。刀庫可容納60把刀具，換刀方式為固定點(diǎn)換刀，具有預(yù)選刀功能。

1 具體設(shè)計(jì)控制方法

1.1 刀庫操作面板

刀庫操作面板包括的按鈕有：修調(diào)模式、其他、小車、機(jī)械手、主軸松/夾刀、刀具松/夾、換刀門開/關(guān)、前進(jìn)/后退、刀鏈正轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、刀鏈反轉(zhuǎn)、外抽/進(jìn)給。

操作的順序和按鈕選擇及動作含義如下：a. 其他 + 換刀門開/關(guān)（換刀門開）。b. 小車 + 刀具松/夾（傳送小車刀具松開）。c. 小車 + 外抽/進(jìn)給（傳送小車取刀）。d. 小車 + 刀具松/夾（傳送小車刀具夾緊）。e. 小車 + 前進(jìn)/后退（傳送小車前進(jìn)主軸側(cè)）。f. 小車 + 旋轉(zhuǎn)（傳送小車搖擺90°，同時(shí)機(jī)械手手爪松開（等待位））。g. 機(jī)械手 + 旋轉(zhuǎn)（機(jī)械手扣刀0°→90°（或180°→270°），均正轉(zhuǎn)）。h. 機(jī)械手 + 刀具松/夾（機(jī)械手手爪夾緊）。i. 小車 + 刀具松/夾（主軸刀具松開，同時(shí)傳送小車刀具松開）。j. 機(jī)械手 + 前進(jìn)/后退（機(jī)械手前進(jìn)拔刀）。k. 機(jī)械手 + 旋轉(zhuǎn)（機(jī)械手交換刀具90°→270°（或270°→90°），均正轉(zhuǎn)）。l. 機(jī)械手 + 前進(jìn)/后退（機(jī)械手后退插刀）。m. 小車 + 刀具松/夾（主軸刀具夾緊，同時(shí)傳送小車刀具夾緊）。n. 機(jī)械手 + 刀具松/夾（機(jī)械手手爪松開）。o. 機(jī)械手 + 旋轉(zhuǎn)（機(jī)械手回豎直狀態(tài)270°→180°（或90°→0°），均反轉(zhuǎn)）。p. 小車 + 旋轉(zhuǎn)（傳送小車搖擺回0°，同時(shí)機(jī)械手手爪夾緊）。q. 小車 + 前進(jìn)/后退（傳送小車回退至刀庫側(cè)（當(dāng)前換刀點(diǎn)刀套必須空閑））。r. 小車 + 刀具松/夾（傳送小車刀具松開）。s. 小車 + 外抽/進(jìn)給（傳送小車退刀）。t. 小車 + 刀具松/夾（傳送小車刀具夾緊）。u. 其他 + 換刀門開/關(guān)（換刀門關(guān)）。v. 其他 + 主軸松/夾刀（主軸刀具松開，同時(shí)傳送小車刀具松開（同第i步））。w. 其他 + 主軸松/夾刀（主軸刀具夾緊，同時(shí)傳送小車刀具夾緊（同第m步））。x. 其他 + 刀鏈正轉(zhuǎn)（刀庫刀鏈正向旋轉(zhuǎn)）。y. 其他 + 刀鏈反轉(zhuǎn)（刀庫刀鏈反向旋轉(zhuǎn)）。

本機(jī)床刀庫安裝60把。使用“T”指令任意調(diào)用刀庫中的刀具，在自動方式下用“M06”指令實(shí)現(xiàn)刀具交換。

1.2 刀具自動調(diào)用及交換

在MDI或AUTO方式下，程序中寫入：

Txxx

M06

其中，xxx為所調(diào)刀具號，Txxx為選刀，M06刀具交換指令。

1.3 手動換刀

在點(diǎn)動模式下，務(wù)必將主軸和坐標(biāo)軸手動走到換刀點(diǎn)，否則易發(fā)生刀具與主軸碰撞事故。X軸換刀坐標(biāo)在參數(shù)14514第[0]位中，Y軸換刀坐標(biāo)在參數(shù)14514第[1]位中，Z軸換刀坐標(biāo)在參數(shù)14514第[2]位中，主軸換刀坐標(biāo)在參數(shù)14514第[3]位中。需要特別注意的是對機(jī)床用戶、刀鏈及機(jī)械手的手動操作只能在 "JOG"方式下進(jìn)行。機(jī)械手或刀鏈的手動操作屬于危險(xiǎn)操作，操作錯(cuò)誤可能造成機(jī)床損壞或人身事故。務(wù)必請確認(rèn)機(jī)床動作沒有危險(xiǎn)結(jié)果后再操作。

1.4 找刀

刀庫具有預(yù)選刀功能，也就是說在加工期間，只要滿足刀鏈旋轉(zhuǎn)條件，就可以提前把下一個(gè)加工刀具轉(zhuǎn)至換刀點(diǎn)等待。

例：T10

G53G90G00 X100

上述程序的動作是：在X軸進(jìn)給期間，同時(shí)把T10轉(zhuǎn)至換刀點(diǎn)。當(dāng)在程序中所編入的Txxxxx代碼已經(jīng)在主軸上時(shí)，則程序跳過M06換刀指令，執(zhí)行下一條程序。

1.5 刀具交換位置

只有當(dāng)X軸、Y軸、Z軸、主軸返回交換位置后，刀庫的手動修調(diào)和刀具的自動交換才可進(jìn)行。

MD14514（0） 設(shè)置X軸位置

MD14514（1） 設(shè)置Y軸位置

MD14514（2） 設(shè)置Z軸位置

MD14514（3） 設(shè)置SP軸位置

1.6 換刀

換刀子程序?yàn)門OOL，此子程序由機(jī)床制造者提供，用戶不可更改。換刀條件：機(jī)床各軸返回?fù)Q刀點(diǎn)，主軸定向完成。在工件程序中，編入M06即可執(zhí)行換刀操作。找刀或換刀異常中斷的處理 ：當(dāng)在找刀或換刀過程中，按復(fù)位鍵或急停或由于機(jī)械、液壓等故障出現(xiàn)時(shí)，找刀及換刀的自動執(zhí)行被中斷。此時(shí)應(yīng)檢查主軸、機(jī)械手及刀具數(shù)據(jù)表中的刀號，并把它恢復(fù)成實(shí)際位置一致即可，再用刀庫手動操作盒，把機(jī)械手恢復(fù)到待機(jī)位置，之后按復(fù)位鍵清除報(bào)警，報(bào)警清除后程序可繼續(xù)。

1.7 刀具表

按【參數(shù)】鍵，即可顯示出刀具表。

在表中：第一行是主軸上的刀號，第二行第三行是機(jī)械手上的刀號，第四行及以下的是刀庫里的刀號。再按【刀庫】鍵，在顯示界面中點(diǎn)【移位】鍵，就能把刀具表里的刀具移位。刀具表里的刀號移到實(shí)際位置后還需要檢查換刀小車?yán)锏牡短柡蛯?shí)際位置一樣不一樣。點(diǎn)【診斷】鍵再按【NC/PLC變量】鍵進(jìn)入界面，其中DB112.DBW96里面的數(shù)據(jù)是換刀小車?yán)锏牡短?，點(diǎn)更改就可以把里面的刀號修改成需要的刀號。

2 刀庫相關(guān)常見報(bào)警及故障處理

具體報(bào)警號及內(nèi)容如下：

（1）700014刀庫電機(jī)空開跳開；產(chǎn)生狀態(tài)及原因：刀庫電機(jī)空開未接通。措施：閉合刀庫電機(jī)空開。

（2）700015刀庫機(jī)械手電機(jī)空開跳開。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：刀庫機(jī)械手電機(jī)空開未接通。措施：閉合刀庫機(jī)械手電機(jī)空開。

（3）700250機(jī)床沒在換刀點(diǎn)。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：機(jī)床沒在換刀。措施：將機(jī)床走至換刀點(diǎn)。

（4）700252刀庫缺少主軸停止。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：主軸未停止。措施：使主軸停止在換刀角度。

（5）700254刀庫缺少計(jì)數(shù)到位。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：刀庫缺少計(jì)數(shù)到位。措施：進(jìn)行刀庫回零操作。

（6）700255刀庫缺少門開到位。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：刀庫缺少門開到位。措施：檢查機(jī)械手門開關(guān)位置。檢查機(jī)械手門開關(guān)線路。檢查氣源和換刀門閥組。

（7）700300刀庫找刀時(shí)缺少計(jì)數(shù)到位。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：刀庫找刀時(shí)缺少計(jì)數(shù)到位。措施：檢查刀庫停止位置。檢查刀庫計(jì)數(shù)開關(guān)線路。

（8）700303ATC原點(diǎn)到位信號丟失。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：機(jī)械手原點(diǎn)信號未到達(dá)。措施：檢查機(jī)械手原點(diǎn)信號線路。檢查機(jī)械手位置。

（9）700306刀庫刀套收回信號丟失。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：刀庫刀套收回信號丟失。措施：檢查刀套收回開關(guān)線路。檢查氣源及刀套反轉(zhuǎn)閥組。

（10）700307刀庫ATC停止開關(guān)丟失。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：機(jī)械手停止。

（11）700332刀庫缺少機(jī)械手原點(diǎn)到位。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：刀庫缺少機(jī)械手原點(diǎn)到位；措施：檢查機(jī)械手原點(diǎn)信號線路。檢查機(jī)械手位置。

（12）700334刀庫缺少刀套伸出到位。產(chǎn)生狀態(tài)及原因：刀庫缺少刀套伸出到位。措施：檢查刀套伸出開關(guān)線路。檢查氣源及刀套伸出/收回閥組。

3 結(jié)語

刀庫是數(shù)控機(jī)床的核心部件，其操作控制過程需要電氣設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)加工需求進(jìn)行靈活調(diào)整，保證換刀過程的效率、穩(wěn)定和安全等性能。希望該文能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王薇.深入淺出西門子運(yùn)動控制器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：253-262.