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应用西门子840C数控系统实现链式刀库的控制 14 应用西门子840C数控系统实现链式刀库的控制 工具技术 黎明 清华大学 摘要:介绍用PLC和数控系统控制链式刀库的一个案例,讨论数控系统功能在刀库控制中的优势——数控 轴,分度轴,多通道,命令通道,间接寻址,提出事件驱动的刀库表更新法及人机操作接口的新思路,探讨大刀问 题,认刀套号法及刀具寿命管理问题. 关键词:链式刀库,PLC,CNC,840C ControlofChainToolbarnbyUsing84OCPLCSystemofSiemens LiMing Abstract:Acaseisintroducedinwhichachain—typetoolmagazineiscontrolledbyPLCandCNC.Theadvantagesofsome CNCfunctionssuchasCNCaxis,indexaxis,multi—channel,commandchannel,indirectaddressingandetcarepointedout.The newevent—drivenmethodintooldataexchangeandthenewman-ina~hineinterfaceareputforward.Theproblemsofbigtoo1. 1oction—orientedtoolsearchingandtoollifemanagementarealsodiscussed. Keywords:chain—typetoolmagazine,PI_C,CNC,840C 1引言 TH65125x125是昆明机床厂新设计生产的中大 型卧式加工中心,配备了德国西门子840C数控系 统,控制6个数控坐标轴和1个大功率主轴,兼备较 高的加工精度和较大的切削力.机床同时装备了双 工位交换工作台和大容量刀库,能为用户提供较强 的加工辅助功能,其中刀库的电气设计采用多项新 的思路和方法,实现了可靠,方便,智能的管理和人 机接口.现以该机床的整体电气设计为背景,就刀 库功能的设计思路和实现方法进行介绍,同时对其 他类型的刀库及控制方式作出比较和分析. 2刀库原理介绍 2.1刀库结构 刀库为自行设计的u型链式刀库,装刀容量60 把(即60个刀套),链条首尾相连,往复旋转实现刀 套的定位,旋转动力来自于交流伺服电机,在数控系 统中此旋转轴定义为Q轴. 刀库除了刀套链条外,另一个功能部件是机械 手,通过它完成刀库刀套与机床主轴上的刀具装卸 与交换.其机械动作包含:a.拐臂旋转,b.滑座平 移,c.手臂伸缩,d.手臂180度旋转.另外,机械手 还对称安装了2个卡钳式手爪用于抓刀,其动作为: e.A爪松紧;f.B爪松紧.机械手结构及动作如图1 所示 收稿日期:2004年1月 图1刀库机械手动作示意图 机械手的上述6种机械运动通过液压油缸驱 动,由电磁换向阀进行逻辑控制;各运动部件的两端 位置有磁性接近开关检测.电磁阀控制及位置检测 开关信号都由PLC程序处理,因此机械手部分的运 动控制是逻辑控制. 2.2刀库的使用方法 刀库可以通过CNC程序进行认刀具号方式 的自动找刀,换刀.操作者使用的加工指令为:1_96 TXX,含义是在刀库中找到XX号刀,并与主轴刀具 交换.其中指令TXX就是指在刀库中找XX号刀, 控制刀套链条定位;而1_96子程序包含2条指令: L60和M06,执行L60后主机进行y,z,轴定位, 使三轴停止于预定义的换刀点,M06指令负责协调 和启停刀具交换过程中的各项动作,包括机械手的, 刀库防护门的和主轴的动作. 手动方式时,操作者可根据屏幕菜单使用机床 操作板上的3个按键进行:①刀库相关动作的单步 操作,包括刀套链条的定位,机械手各动作,主机坐 标轴定位,主轴定位及主轴松紧;②单刀自循环,即 交换刀库当前换刀位的刀具与主轴上的刀具. 操作者进行自动或手动刀具交换时,PLC程序 2004年第38卷№l2 能自动修改刀库数据表,此数据表存储了刀具位置 与刀具编号的对应关系,其中刀具位置包括60个刀 套位置,2个手爪位置和1个主轴位置.刀具编号 可以是任意正整数或0,0表示此位置无刀具.作为 一 种逻辑关系,刀库数据表既是找刀的依据又是换 刀后必须更新的目标,通过PLC程序的支持,本机 床的操作者能手动对其进行初始定义,也可方便地 查看或修改. 2.3控制目标和PLC程序逻辑 对刀库的各种控制是通过西门子PLCS5— 115WD执行STEP5程序实现的.其中包括机床输 入输出点的处理,也包括对840C数控系统中相关信 号的处理.现就刀库的自动和手动控制原理和PLC 程序的主要逻辑进行介绍. 刀库的自动控制指CNC执行用户指令后系统 对刀库的自动控制过程,包括程