馬鋼是我國(guó)重要的火車車輪、輪箍生產(chǎn)基地。為滿足火車重載、高速的要求，該公司2006年從德國(guó)引進(jìn)了一條車輪加工生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線由12臺(tái)數(shù)控加工中心及輔助設(shè)備組成。每臺(tái)加工中心（以下簡(jiǎn)稱機(jī)床）可以對(duì)車輪各個(gè)部位進(jìn)行車、鏜等加工。機(jī)床為雙刀架立式結(jié)構(gòu)，右側(cè)有水平X軸、垂直Z軸，左側(cè)有水平U軸、垂直W軸，左右兩側(cè)各有一個(gè)刀庫(kù)。數(shù)控系統(tǒng)這是一篇關(guān)于設(shè)備操作方面的文章，文中介紹了加工中心雙刀庫(kù)利用PLC程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀的控制方法，并對(duì)刀庫(kù)管理進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述。本欄目今后將增加有關(guān)設(shè)備實(shí)操與維修等方面的文章，歡迎廣大讀者與作者給予關(guān)注。

 

　　為840DE powerline.左右兩個(gè)刀架及刀庫(kù)分別由數(shù)控系統(tǒng)的兩個(gè)通道來(lái)控制。采用德國(guó)MIKSCH公司生產(chǎn)的圓盤(pán)式刀庫(kù)，每個(gè)刀庫(kù)可以裝12把刀具，通過(guò)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。從而實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上完成多種工序的目的。

 

　　一、刀庫(kù)自動(dòng)換刀原理概述該機(jī)床采用德國(guó)MIKSCH公司生產(chǎn)的CTM50/52型刀庫(kù)，容量為12把刀。刀庫(kù)包括刀套旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及換刀機(jī)械手，如所示。刀庫(kù)外形為圓盤(pán)形，內(nèi)部裝有一個(gè)分度盤(pán)。刀庫(kù)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由帶抱閘的三相異步電機(jī)作動(dòng)力源。三相電源通過(guò)交流接觸器提供給電動(dòng)機(jī)，此時(shí)抱閘打開(kāi)，刀庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷三相電源則抱閘閉鎖，刀庫(kù)立刻停止運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)分度盤(pán)的運(yùn)動(dòng)及相關(guān)檢測(cè)元件組的邏輯組合，可使每個(gè)刀套準(zhǔn)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(tài)，以方便機(jī)械手換刀。刀套分度臺(tái)可以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，從而可以在*短的時(shí)間內(nèi)搜索到所要更換的刀具。

 

　　刀庫(kù)換刀機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)同樣是由帶抱閘的三相異步電機(jī)作動(dòng)力源，通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，把電機(jī)產(chǎn)生的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械手的規(guī)律性前進(jìn)、停止以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒輪傳動(dòng)裝置配有微動(dòng)開(kāi)關(guān)組。這個(gè)開(kāi)關(guān)組包括3組微動(dòng)凸輪和3個(gè)接近開(kāi)關(guān)，每組微動(dòng)凸輪上裝有3個(gè)微動(dòng)凸輪。該微動(dòng)開(kāi)關(guān)組用于控制機(jī)械手夾住刀具、機(jī)械手把刀具從主軸和刀套內(nèi)取出、機(jī)械手處于原始位置等。

 

　　該刀庫(kù)的旋轉(zhuǎn)刀套及機(jī)械手的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)都內(nèi)置了一個(gè)扭矩限制器，以防止內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞。

 

　　二、刀庫(kù)自動(dòng)換刀具體實(shí)施刀庫(kù)機(jī)械手是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀的主要機(jī)構(gòu)。它的任務(wù)是當(dāng)一個(gè)工序完成后，將不用的刀具從主軸中卸下來(lái)送回刀庫(kù)中，同時(shí)還將下道工序的刀具裝入主軸中，然后機(jī)械手回到原始位置等待下一個(gè)工作循環(huán)。為機(jī)械手運(yùn)動(dòng)次序圖。該刀庫(kù)機(jī)械手的規(guī)律性運(yùn)動(dòng)是由通過(guò)三相異步電機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是這些動(dòng)作還需要通過(guò)電氣系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。刀庫(kù)中刀套按照T代碼的指令運(yùn)轉(zhuǎn)到換刀位置，然后進(jìn)行刀具交換。在機(jī)床工作過(guò)程中刀具按著指令使機(jī)械手取刀或裝刀。因此，要求電氣系統(tǒng)須按照換刀過(guò)程的運(yùn)動(dòng)次序準(zhǔn)確可靠地完成每一個(gè)動(dòng)作。

 

　　以下為電氣動(dòng)作順序：（1）啟動(dòng)選刀，刀庫(kù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)就近找刀；（2）刀套計(jì)數(shù)及分度盤(pán)定位信號(hào)使刀套電機(jī)停止，一個(gè)刀套準(zhǔn)確停在換刀位置；（3）控制刀套翻轉(zhuǎn)（垂直）的電磷閥得電；（4）刀套垂直到位，發(fā)出到位信號(hào)，主軸定向給出位置到達(dá)確認(rèn)信號(hào)；（5）機(jī)械手從原始位置啟動(dòng)，旋轉(zhuǎn)90°到達(dá)機(jī)械手夾刀位置；（6）機(jī)械手扣刀到位發(fā)出停止信號(hào)，把刀具從主軸和刀套中取出，機(jī)械手電機(jī)停止；（7）扣刀確認(rèn)及刀具松開(kāi)給出到位信號(hào)；（8）刀具夾放松完畢，啟動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180°，到達(dá)刀具更換位置；（9）機(jī)械手電機(jī)停止信號(hào)使機(jī)械手電機(jī)停止；（lO）裝刀確認(rèn)及刀具夾緊給出到位信號(hào)；（11）機(jī)械手電機(jī)啟動(dòng)，使機(jī)械手回到原始位置；（12）機(jī)械手電機(jī)停止信號(hào)，使機(jī)械手電機(jī)停止；（13）機(jī)械手原始位置開(kāi)關(guān)發(fā)信號(hào)；（14）控制刀套翻轉(zhuǎn)（水平）的電磁氣閥得電；（15）刀套翻轉(zhuǎn)處于水平位置的接近開(kāi)關(guān)發(fā)信號(hào)（刀庫(kù)換刀動(dòng)作完成）。

 

　　刀庫(kù)及機(jī)械手的動(dòng)作可以由NC來(lái)控制，也可以由PLC來(lái)控制，由于該刀庫(kù)選用的普通的三相異步電動(dòng)機(jī)，故采用PLC來(lái)控制刀庫(kù)及機(jī)械手的動(dòng)作。由于該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)為840DE powerline，它內(nèi)部集成了S7?315?2DP的PLC系統(tǒng)，為PLC編程控制刀庫(kù)和機(jī)械手的動(dòng)作提供了方便。PLC程序設(shè)計(jì)采用了模塊化、參數(shù)化和標(biāo)準(zhǔn)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(shù)編程特點(diǎn)，將控制功能程序標(biāo)準(zhǔn)化。程序結(jié)構(gòu)如所示。

 

　　PLC程序能較好地滿足刀套和機(jī)械手的在換刀時(shí)的運(yùn)行次序，通過(guò)完善就近找刀縮短換刀時(shí)間。由于左右兩個(gè)刀庫(kù)分別有通道1通和道2控制，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，右側(cè)刀庫(kù)的動(dòng)作由功能塊FB96及背景數(shù)據(jù)塊DB103來(lái)控制。同樣，左側(cè)刀庫(kù)的動(dòng)作由功能塊FB96及背景數(shù)據(jù)塊DB112來(lái)控制。程序編制時(shí)，要考慮諸多保護(hù)因素，如刀套電機(jī)及機(jī)械手電機(jī)（）的保護(hù)、刀套翻轉(zhuǎn)的電磷閥的保護(hù)等。另外，為方便操作真者手動(dòng)更換刀具，每個(gè)刀庫(kù)都配備了一個(gè)OP7操作面板，大大方便了操作者手動(dòng)換刀及刀庫(kù)的調(diào)試及維修。

 

　　從PLC程序結(jié)構(gòu)圖中可以看出，PLC程序由用戶程序和西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)塊組成，西門(mén)子這些標(biāo)準(zhǔn)塊是刀具管理的接口。在刀具管理方面西門(mén)子還有其他的標(biāo)準(zhǔn)塊可供選用，這些標(biāo)準(zhǔn)塊的作用是為了完善刀庫(kù)管理的人機(jī)界面，是為了更好地使用刀庫(kù)自動(dòng)換刀。

 

　　三、刀具管理該機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)配有MMC103/PCU50人機(jī)界面，具有比較完善的刀具管理功能，操作者能從人機(jī)界面上清楚地看到整個(gè)刀庫(kù)中刀具的情況，并可調(diào)整刀庫(kù)中的信息，如手動(dòng)換刀等。標(biāo)準(zhǔn)的西門(mén)子刀具管理功能很多，如刀具列表、裝載／卸載功能、隨機(jī)換刀／固定換刀等。以下就該機(jī)床對(duì)刀庫(kù)管理的使用情況做簡(jiǎn)單介紹。

 

　　可以看出，刀庫(kù)的刀套及機(jī)械手的動(dòng)作即刀庫(kù)的控制與刀具管理是密不可分的。

 

　　該機(jī)床的刀庫(kù)管理軟件對(duì)右側(cè)刀庫(kù)定義為1號(hào)刀庫(kù)，左側(cè)刀庫(kù)定義為2號(hào)刀庫(kù)。刀表中刀位與實(shí)際刀套一一對(duì)應(yīng)。主軸、機(jī)械手手爪1和手爪2位置的緩沖區(qū)（Buffer）定義為9998號(hào)刀庫(kù)。

 

　　在換刀的每個(gè)階段，只要發(fā)生了刀具交換，刀具數(shù)據(jù)就在刀表的1號(hào)刀庫(kù)刀套及9998號(hào)刀庫(kù)的刀套（主軸、機(jī)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(shù)據(jù)傳送后，必須由PLC接口予以確認(rèn)，并啟動(dòng)MMC進(jìn)行顯示刀表數(shù)據(jù)的交換。刀具數(shù)據(jù)傳送的PLC接口確認(rèn)由西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)功能FC8一TM?TRNS來(lái)完成。刀庫(kù)側(cè)及主軸側(cè)新舊刀的相關(guān)數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊DB90中，DB90為FB90的背景數(shù)據(jù)塊。換刀時(shí)，F(xiàn)B90/DB90調(diào)用FC8，使主軸側(cè)換新刀、刀庫(kù)側(cè)還舊刀及人機(jī)界面上刀庫(kù)列表信息得到及時(shí)更新，使換刀動(dòng)作及刀具列表顯示信息準(zhǔn)確無(wú)誤。以下為刀具信息交換的部分PLC程序：四、結(jié)束語(yǔ)該機(jī)床有效地實(shí)現(xiàn)了刀庫(kù)與主軸換刀的自動(dòng)化，且使換刀過(guò)程變得非常靈活和可靠，故障率極低。兩個(gè)刀庫(kù)的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)率。刀庫(kù)管理的界面化，使自動(dòng)換刀和管理更加安全。