换刀程序范文

换刀程序范文（精选7篇）

换刀程序 第1篇

斗笠式刀库是数控加工中心使用的主要刀库类型,其工作特点是在加工过程中其刀号与刀套号始终不变,而且主轴上的刀号与刀库换刀点的刀号(当前位置刀号)相同。但是在实际使用斗笠式刀库加工中心时,经常无法在数控系统的显示屏幕上观察到刀库刀具的变化、实际主轴刀具号及待机刀具号,而且有些斗笠式刀库在维修状态结束后会发生刀库与主轴相撞的严重事故。

2 换刀宏程序及PLC程序的编制方法

2.1 斗笠式刀库的换刀顺序

各轴(X,Y,Z轴)运动至第1换刀点刀库前进卡刀主轴松刀Z轴上升至第2换刀点刀库旋转选刀Z轴下降至第1换刀点主轴锁刀刀库后退换刀完成。

2.2 换刀宏程序

与换刀动作相适应的宏程序如下:

9100

N10 M10(进入换刀宏程序标志)

N30 IF[#1033EQ#1034]GOT0180 (刀号相等则结束本换刀程序)

N40 IF[#1033EQ0]GOTO180 (若主轴刀号=0,则结束本换刀程序)

N45 IF[#1032EQ#1033]GOTO 200(若“当前刀号”不等于“主轴刀号”,则跳转到N200步)

N50 M5M9(主轴停/冷却停)

N60 M19;(主轴定位)

N80 G30P2Z0(Z轴下到换刀点,位置由#2038设定)

N90M23 (发刀库前进卡刀指令)

G04X0.1

N100 M27 (发松刀指令)

G04X0.1

N110 G53G90GOZO (Z轴回原点)

N130 M25(发旋转选刀指令)

G04X0.1

N140 G30P2Z0 (Z轴下到换刀点)

N160 M23(发锁刀指令)

G04X0.1

N170 M24;(发刀库后退指令)

N180 M80(退出换刀宏程序)

N190 M99 (宏程序结束)

N200 M20 (进入刀库调整区间)

N210 M25(刀库旋转)

N220 M21 (退出刀库调整区间)

N230 GOTO 50

2.3 主轴刀号的处理

(1)初始化时一般将主轴刀号设置为1(刀库初始化处理:刀盘其它位置装刀,换刀点位置不装刀,主轴装1#刀)。

(2)在自动换刀过程中,用“锁刀信号”将“当前刀号”送入“主轴刀号寄存器”。

3 刀库换刀的安全保护

3.1 刀盘换刀点有刀时的保护

在不发生乱刀的情况下,换刀点“当前位置刀号”与“主轴刀号”相同,可按正常宏程序指令换刀。如果在手动维修状态转动了刀盘,那么换刀点“当前位置刀号”发生了变化,如果再按宏程序规定的顺序动作,就会发生刀具与主轴碰撞的严重事故,因此必须加上保护程序。其动作为:如果“当前刀号”与“主轴刀号”不相等,那么命令刀盘旋转,直到“当前刀号”与“主轴刀号”相等,刀盘停止旋转,再执行正常换刀程序。在宏程序上要做的处理是执行“当前刀号”与“主轴刀号”是否相等的判断(见宏程序第N45步)。如果不相等,那么跳转到“刀库旋转调整”区间(宏程序N200N220步),在此区间,刀库旋转的停止条件是“当前刀号”与“主轴刀号”相等,而常规的刀库旋转的停止条件是“当前刀号”与“指令刀号”相等。这点必须充分注意,且须在PLC程序中处理,程序处理如图1所示。

3.2 刀号判断保护

若所选刀号超出范围,则直接发出信号,使程序进入“自动暂停”状态,待修改刀号后再继续运行。刀号判断程序如图2所示。

4 刀库换刀调试必须注意的问题

刀库换刀调试时必须注意以下问题:

(1))刀库的初始化。初始状态主轴刀号为1#刀,)刀盘“当前刀位”无刀,其余刀位装刀。必须在PLC程序中预先用开关信号做刀库初始化,设置“当前位置刀号”、“主轴刀号”。

(2)在换刀宏程序中,必须做同刀号判断,如果指令刀号与主轴刀号相同,就结束宏程序;主轴刀号为0(相当于未做初始化)就结束宏程序。

(3)刀库计数脉冲的使用。刀库制造厂家一般在刀库上配有计数器,用以计数刀库的旋转。当刀库计数接近开关的红灯熄灭时,刀库才进入刀位的正确位置。因此必须用计数接近开关脉冲的下降沿做停止条件,在PLC中改用下降沿脉冲。

(4)位置开关的使用。为保护刀库安全工作,应充分利用M70系统所具有的位置开关功能,即通过参数在Z轴上设定位置开关,位置开关的位置区域就是Z轴的换刀点。只有Z轴进入该位置区域,位置开关为ON,刀库才能前进卡刀。

换刀程序 第2篇

关键词：自动换刀装置,定位精度,试验系统

1 引言

目前, 在影响我国国产数控机床发展的因素中, 功能部件产业发展的滞后已成为数控机床发展的瓶颈。数控机床发展水平的高低, 很大程度上取决于数控机床功能部件的发展水平。

在加工中心中, 刀库以及自动换刀装置ATC (Auto Tools Change) 主要用于刀具的存放以及刀具的交换, 是加工中心中重要的功能部件。因此, 对其定位精度进行研究具有一定的实际意义。

本文设计和搭建了用于检测ATC换刀定位精度的试验平台, 其结构如图1所示。

该试验平台主要包括了两个部分:电气控制系统和数据采集系统。其中电气控制系统是整个可靠性试验台的基础, 保证了整个盘式刀库及自动换刀装置的正常运行;数据采集系统主要是实现对整个可靠性试验台的数据采集, 为整个可靠性试验提供准确的且实时的数据。

2 电气控制系统的设计

利用螺栓将盘式刀库及自动换刀装置、凸轮箱等固定在试验平台上, 通过组态软件控制整个试验台的运动, 主要包括刀库、气缸以及换刀装置的运动, 使ATC顺利完成整个换刀动作。

本系统的控制主要包括三个方面:刀库选刀运动的控制、刀套翻转运动的控制和机械手换刀运动的控制。该控制系统以可编程逻辑控制器 (PLC) 作为控制核心, 分别利用伺服电机控制刀库的转动, 利用电磁阀控制气缸的往复运动, 进而实现刀套的翻转, 并利用变频器控制机械手换刀电机的动作。

1-盘式刀库, 2-换刀机械手, 3-虚拟主轴, 4-试验台, 5-控制柜

控制系统主要由可编程逻辑控制器、人机界面、伺服电机、接近开关、变频器、交流电机、机械手、ATC检测装置、电磁阀、气缸、磁性开关等组成, 其结构示意图如图2所示。

3 数据采集与定位精度的评定

本系统基于组态软件构建了人机界面, 其主要包括三个功能:设置试验所需的各种参数, 包括刀库电机转速和机械手电机转速的设置、刀具的选择等;对刀库气泵的运行状态进行监视;利用数据库进行测试数据的采集, 进而评定ATC的换刀定位精度。

定位精度的测试试验实际上是测试被测对象在实际位置和理论目标位置之间的偏差。目前国际上常用的定位精度评定标准主要有日本JIS B6336-1980标准、美国机床制造商协会NMTBA 1977标准和德国VDI/DGQ 3441.3:1994标准。本系统采用德国VDI/DGQ 3441.3:1994标准。

在检测刀套翻转的定位精度时, 将刀套翻转后的静止点作为测试点Pj。通过进行多次换刀试验, 从中选取5组数据作为计算数据, 并取其算术平均值作为目标位置数据, 进而可获得实测值与目标值之差, 即。

4 结语

本文针对盘式刀库, 通过搭建可靠性试验平台, 完成了对盘式刀库自动换刀装置的换刀定位精度可靠性试验。

试验平台包括电气系统、PLC控制系统和人机界面的设计, 以及测试数据的分析, 为检测加工中心自动换刀装置的换刀定位精度提出了一种解决方案。

参考文献

[1]官文.链式刀库及自动换刀装置的控制与检测系统研究[D].北京:北京工业大学, 2012年.

[2]许彬彬等.加工中心自动换刀系统可靠性试验台的研制[J].工程与试验, 2010, 50 (4) :50-53.

[3]张跃明等.基于PLC的自动换刀系统研究[J].机械设计与制造, 2012, (11) .

[4]朱振华.链式刀库及机械手自动换刀装置可靠性试验台研究[D].南京:南京理工大学.2012年.

DAEWOO数控车床换刀故障处理 第3篇

图1为DAEWOO数控车床换刀机械结构图, 由图1可知阀芯在电磁阀接通后, 在液压油作用下伸出 (或缩回) , 推动 (或离开) 绞链机构, 使该机构上的销轴向下 (或抬起) 运动, 压在 (或离开) 定位凸轮的圆周面的分度槽上, 同时部分打开 (或完全打开) 刀盘夹紧缸 (活塞右腔供油口) , 使刀盘松开, 同时打开液压马达的供油口, 当销轴完全进入凸轮的分度槽时, 就将活塞的右腔的油排到油箱, 活塞的左腔供油口打开, 在高压油的作用下将刀盘夹紧, 液压马达的供油口完全切断;分度齿轮Z1、Z2, 皮带及皮带轮将刀盘转过的角度传给角度编码器, 再转换成CNC (中央数字控制器) 可识别的0/1信号;用于定位的端面齿型联结 (固定) 环与另一个固定在刀盘上的端面齿型联结 (活动) 环啮合, 将刀盘定位并夹紧;行程开关可检测刀盘是否夹紧。刀盘上通常有10或12个刀座, 每个刀座对应一个角度, 由于Z2/Z1=1∶4, 当刀座数为12时, 刀盘每转过一个刀座 (30°) , 分度盘就转过120°, 因此在分度盘圆周面上要等分三个分度槽, 这样在机械上才能保证任意一把刀都有机械定位。

2. 换刀流程及原理 (图2、图3)

当刀盘从当前刀号 (T4号刀) 换到目标刀 (T2号刀) 的指令一发出, PLC根据最短路径的原则判断刀盘正转 (R555.6为1) 或反转 (R555.6为0) , 并接通电磁阀YV31, 阀芯向上移, 机械定位销松开, 根据液压原理图3可知, 有一路高压液压油进入活塞的右腔, 使刀盘上的端面齿形活动环与固定环脱开, 而同时另一支路高压液压油向液压马达供油, 它们之间的连锁是通过阀芯的移动改变油路来实现的。当行程开关发出信号 (X21.3为0) , 刀盘确定已经松开, CNC将目标刀号通过译码器F153转换成指令的形式存放在PLC的内部存储器R559中, 而角度编码器将检测到与当前刀号对应的信号输入到PLC的X20.0～X20.7这八个输入地址中, 由R560.0～R560.4这五个译码器进行译码, 并存为当前刀号, 与指令刀号比较, 若相符R555.0为1, 若不符则R555.0为0。当不相符时, 液压马达正转 (YV32接通) 或反转 (YV33接通) 。液压马达转动时, 角度编码器实时检测刀盘位置, PLC也一直在进行当前刀号与指令刀号的比较。为了提高检测精度, 便于信号的采集, 必须降低刀盘的转动速度, 所以在刀盘转动的同时, YV34接通阀芯伸出, 将通向活塞右腔的供油口减小, 从而间接地将液压马达的供油量减小, 使刀盘慢速转动, 同时推动绞链机构向下移动, 销轴就压在分度凸轮的圆周上。当前刀号与指令刀相符R555.0为1, YV32 (YV33) 断电, 刀盘停转, 这时销轴就牢牢地压在分度凸轮的凹槽内, 此时阀芯完全伸出, 活塞右腔的液压油通过T口流回油箱, 同时高压液压油进入活塞的左腔, 刀盘向后移, 与定位齿圈啮合, 刀盘夹紧;当行程开关信号 (X21.3为1) 时, 刀盘夹紧被确认, 这时换刀完成。

若当前刀号与指令刀相符时R555.0为1, PLC直接判断刀盘是否夹紧, 若刀盘夹紧信号X21.3为1, 刀盘夹紧已确认, 这时换刀完成。

3. 刀盘系统故障处理实例

例1:FANUC 0T系统在机床已加工40多件销轴后, 车削两段不同直径的外圆 (由车小外圆转换到车大外圆) 时, 出现刀盘误换刀, 刀盘旋转碰撞工件, 引起撞刀。

分析处理:该机床为韩国大宇公司的数控车床采用FANUC0T系统, 根据换刀流程图分析可能原因有:错误换刀指令、检测到指令刀号与实际刀号不符或刀盘编码器有问题。机床是在自动加工40多工件后出现故障, 所以可以排除程序中有错误换刀指令的可能;拆除工件, 删除Z轴的过载报警, 机床回参考点后, 将刀盘任意移动到一个不会发生撞刀的位置, 编写一段换刀 (包含故障刀号) 程序, 在自动状态下运行未发现问题, 认为编码器应该没有问题, 但是可以肯定出现误换刀时PLC一定是检测到指令刀号与实际刀号不符, 推断可能是编码器的信号电缆及接头接触不良, 造成指令刀号与实际刀号不符, 而且这种情况具有随机性和偶然性, 于是切断机床电源, 松开插头XC131, 在检查公端插头时发现电缆的铜线与个别插针 (C、D) 的焊接处有虚焊, 用手轻轻一拔就脱落了。

故障处理:重新焊接了所有插针并套上绝缘护套, 灌上绝缘胶, 排除了故障。使用至今该故障没再出现过。

例2:FANUC 0T系统在自动加工中, 换刀后刀盘没有完全夹紧, 出现换刀超时报警, 报警刀号不固定, 有时连续几个班次 (每班次8h) 没出现报警, 有时在一个班次就出现多次报警。

分析处理:根据换刀循环的机电信号流程图不难看出, 刀盘夹紧的先决条件是指令刀号与实际刀号必须相符, 然后绞链机构上的分度销完全进入分度凸轮的分度槽中, 阀芯完全伸出, 同时刀盘夹紧, 切断液压马达的供油线路, 马达停转, 换刀完成。因此先重点检查编码器的反馈给PLC的输入信号 (X20.0～X20.7) , 发现当刀盘由高号刀位向低号刀位转换时, PLC的输入信号 (X20.0～X20.7) 正常, 各个刀号和对应的编码器信号 (TP0～TP7) 如表1。当刀盘由低号刀位向高号刀位转换时, PLC的输入信号 (X20.0) 在刀盘夹紧过程中 (端面齿形联结环在啮合过程中) 出现异常, X20.0出现由“010”的变化, 若由“0”变成“1”而后又能迅速地变为“0”, 则没有换刀的超时报警, 若处在“1”, 就出现报警, 这种异常情况多数发生在由7号刀换到8号刀时, 原因可能是角度编码器的位置调整不当, 处于信号的临界状态或端面齿形联结环的动环与定环角度不正, 所以在齿啮合过程中发生相对转动。本着先简后繁的原则, 从编码器入手重新调整它的位置。该编码器是BALLUF生产的用于12个刀位的角度编码器, 可以在任意的刀位进行调整。以7号刀位进行编码器的调整, 调整前先在编码器上做记号, 再将编码器的紧固螺栓松3/4圈, 反时针转编码器, 直到X20.0～X20.7的信号刚好要变为01011110 (8号刀位) 时, 在安装编码器的机床壳体上做记号与编码器的记号点相对, 然后顺时针缓慢地转动编码器, 直到X20.0～X20.7的信号刚好要变为01111101 (6号刀位) 时, 同样做个记号。转编码器, 使上面的记号处在以上两个记号的中间;最后将紧固螺栓锁紧, 再换刀检查信号, 信号恢复正常, 故障排除。

参考文献

[1]沈兵.数控机床数控系统维修技术与实例.机械工业出版社

[2]任建平.现代数控机床故障诊断及维修.国防工业出版社

数控加工中心自动换刀系统的研究 第4篇

利用刀库 (MAG) 实现自动换刀是目前加工中心大量使用的换刀方式, 独立的刀库大大增加了刀具的存储数量, 有利于扩大机床的功能, 并能较好地隔离各种影响加工精度因素的干扰[1]。加工中心的常用刀库类型有:盘式刀库和链式刀库。刀库换刀方式按照换刀过程有无机械手参与, 分成有机械手换刀和无机械手换刀。本研究以YY-1060立式加工中心装备的DEXA402盘式刀库有机械手自动换刀机构为对象, 对自动换刀系统 (ATC) 进行研究。

可编程控制器 (PLC) 是自动换刀系统的核心部分。目前, 国内对自动换刀机构的控制多采用传统PLC (简称硬PLC) 及单片机, 如三菱FX2N系列的PLC控制[2]、西门子S7-200系列PLC[3]、AT98C51单片机[4]。硬PLC控制方法没有专用的选刀指令, 需要编写复杂的选刀PLC程序, 同时无法通过宏程序简化数控编程过程;采用单片机控制电路搭建复杂, 系统稳定性较低, 编程复杂。本研究采用的Ladder Works是一种基于Servo Works技术的软件式内置PLC系统, 可与CNC之间进行内部的信号的快速传输。

1 刀库的结构及换刀动作

自动换刀机构主要构成包括:刀臂电机、凸轮、刀臂、刀库电机、刀杯、刹车、松夹刀、原点讯号轮等。DEX-A402自动换刀机构如图1所示。

刀臂动作由步进电机驱动, 换刀动作分4个步骤完成。刀臂电机单方向旋转, 通过自动换刀机构中的凸轮机构控制刀臂的正反转, 该驱动方式提高了刀臂旋转角度的精度, 同时简化了电机的控制。刀臂运动的具体流程如图2所示。

2 换刀指令

数控编程通过T指令、M指令完成自动换刀动作, 换刀指令经系统内部译码, 将目标刀号、宏指令号译为相对应的二进制数保存到系统指定的寄存器。Servo Works PLC系统中T指令译码到F26, M指令译码到F10, 用户可根据换刀动作要求编写宏程序以及PLC程序。T指令指定目标刀号, 完成刀库选刀、刀库旋转方向的判断以及旋转步距的确定;M指令指定宏程序号, 根据换刀要求完成主轴回零, Z轴回换刀点, 刀臂旋转方向、位置以及刀杯上下等动作。

2.1 刀具的选择 (T指令)

刀具的选择是把刀库上指定的刀具转到换刀位置, 该动作由T功能指令实现。自动换刀系统 (ATC) 根据来自刀库的位置信息和T指令, 按照给出的命令, 控制系统决定刀库的旋转方向、要求的步数等[5], 通常可采用记忆模式随机控制和机械随机控制两种方式。机械随机控制每把刀对应各自的刀套, 通常在主轴和刀库之间, 以“中间刀套”提供换刀。相比而言, 记忆模式随机控制采用指针方式, 指针指出了刀库旋转的位置, 每把刀具和刀套不总是一一对应, 该控制方式换刀迅速、可靠。一般根据刀库的机械结构选择换刀的控制方式, 以下介绍一种浮动指针系统的换刀方式:用户通过T指令指定刀号, 系统译码后, 在浮动指针指向的内存中找到对应刀具号, 采用系统专用指令ROTB判断刀库旋转方向及旋转距离, 刀库旋转到目标刀具位置完成选刀动作, M6指令完成换刀动作, 具体流程如图3所示。

2.2 换刀指令 (M指令)

辅助M指令通过系统译码到PLC中R点 (内部继电器) , 用户根据动作要求编写PLC程序。ATC的辅助M指令主要有:M6换刀, M19主轴定位, M86刀库初始化等。加工中心刀库换刀流程如图4所示。

Servo Works CNC可以根据用户的需求自定义G/M/S/T宏调用简化数控编程, 常用机床运动程序可集成到一个指令中, 如使用M06完成整个换刀动作。根据换刀流程编写M6宏程序调用O9001, 系统规定宏程序可以同名调用辅助M指令。系统内部指定存储单元分类储存移动指令, 如G00 (快进) 、G01 (直线进给) 、G02G03 (圆弧插补) 等指令存储在系统变量#4001。宏指令调用方法如下:

3 PLC程序开发

自动换刀PLC程序主要包括刀库选刀程序及刀臂换刀程序。Servo Works PLC程序的地址有:机床到PLC的输入信号 (X) , PLC到机床的输出信号 (Y) , CNC引擎到PLC引擎的信号 (F) , PLC引擎到CNC引擎的信号 (G) , 中间继电器 (R) , 计数器 (C) , 计时器 (T) 等。下面通过PLC的R点描述换刀动作。

3.1 刀库选刀PLC程序

基于Ladder Works PLC的自动换刀指令 (如图3所示) 主要有:刀具号搜索指令DSCH、旋转方向和距离计算指令ROTB、刀库旋转刀位计数指令CTR[6]。

DEXA402刀库刀具容量为24把, 刀库选刀主要PLC程序如图5所示。程序中:R270存储目标刀号, DSCH指令在D20起的25个储存单元寻找与R270相同内容的地址, 并存储到R280;C0指定刀库的刀具容量, ROTB指令实时计算目标刀杯号R290与当前刀杯号C2之间的步距及方向, R283存储步距, R203.6存储旋转方向;C2的计数由CRT指令完成, 刀库旋转方向R960.3决定C2的增、减计数, R200.4为刀杯计数信号。

3.2 刀臂换刀PLC程序

换刀PLC程序实现刀臂的旋转动作控制。自动换刀机构通过刀臂电机带动凸轮控制刀臂运动, 机构配备的刹车讯号轮及凸轮讯号轮提供刹车信号、松夹刀信号、原点信号, 通过以上信号的时序图编写刹车位置。位置1对应原点位置, 位置2对应刀臂正转60°, 位置3对应刀臂正转180°。本研究根据换刀流程图编写换刀PLC程序, 如图6所示。

3.3 存储单元刀号互换

自动换刀是一个随机连续的过程[7], 在换刀完成后需要修改存储单元中内容, 保证下次准确换刀。存储单元刀号互换, 完成主轴刀号D20与当前刀杯号对应刀号D (20+C2) 调换, 通过中间存储器D18过渡, 具体的实现方式如图7所示。XMOV指令完成存储单元读取、写入数据, RW=0执行读取操作, RW=1执行写入操作。

4 试验

Ladder Works控制台是一个集PLC程序创建、编辑、编译、运行监控和调试功能于一体的PLC控制平台[8]。Ladder Works PLC各种功能指令齐全, 编程方法简便, 支持“txt”格式的文本文件。上述程序按照Ladder Works PLC编程要求编写相应的语句表, 保存到“txt”文档中, 通过Ladder Works控制台编译, 完成PLC编程。作为一种软件式内置PLC系统, 机床配电时Ladder Works PLC软件需要专门配置外部I/O通信模块来实现PLC与外部执行机构的通信。此次设计采用BECKHOFF公司的EL1004作为信号输入模块、EL2889作为信号的输入模块。

最后本研究将设计的自动换刀PLC程序及宏程序应用于YY-1060加工中心中, 验证程序的准确性及可靠性。开启系统, 在手动编程模式 (MDI模式) 下将1号刀杯调到换刀位置, 进行刀库初始化, 随后采用T指令任意选择指定范围内的刀具。经验证系统自动计算出最短的刀库旋转路径的方法如表1所示。

当指定的目标刀号超出刀具号范围系统报错。经多次调试, 完成最近距离的刀具更换 (刀库旋转1个刀位) 需要4 s, 最远距离换刀 (刀库旋转12个刀位) 需要6 s。试验结果表明本研究所设计的系统随机换刀过程选刀准确, 没有出现乱刀现象, 换刀动作稳定, 能很好地满足加工中心自动换刀的快速性、准确性及稳定性要求。

5 结束语

与传统自动换刀控制系统相比, 基于Servo Works技术的软件式内置Ladder Works PLC系统, 具有自动换刀专用的控制指令, 很大程度上简化了数控加工中心换刀系统的编程及维护难度。同时, 该技术与CNC技术结合可快速、准确地完成整个换刀过程。随着纯软件CNC技术的发展, 该控制方式将得到广泛应用。

参考文献

[1]刘战术.加工中心结构、维护与调试[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[2]邓昌奇, 江冠练.基于PLC的刀库自动选刀应用与开发[J].组合机床与自动化加工技术, 2010 (6) :53-56.

[3]GU jian, NIU Yun-yan.Research on the Structure andPLC Control of a New Automatic Tool Changer[C]//2011International Conference on Consumer Electronics, Commu-nications and Networks.United States:IEEE Computer So-ciety, 2011:686-689.

[4]ZHANG Lian-zhong, WANG Li.Machining Center Auto-matic ATC Analysis and Research[C]//3rd InternationalConference on Information Management, Innovation Man-agement and Industrial Engineering.United States:IEEEComputer Society, 2010:355-358.

[5]Mitsubishi.CNC EZMotion-NC E60 PLC programmingManua[lZ].Mitsubishi, 2002.

[6]李寅.纯软件开放式数控系统的研究及其在加工中心上的应用[D].厦门:厦门大学物理与机电学院, 2009.

[7]DENG Chang-qi, LI Bin.The Application and Develop-ment of Automatic Tool Selection in Tool Magazine basedon PLC[C]//2010 International Conference on Manufactur-ing Engineering and Automation, ICMEA2010.Germany:Trans Tech Publications, 2010:1959-1962.

数控铣床加装自动换刀的刀库装置 第5篇

关键词：数控铣床,FANUC系统,刀库装置

0 前言

某单位为了生产需要, 要在20台FANUC0i-m D系统XK714数控铣床上增加带有4把刀的具有自动换刀功能的刀库装置, 要求简单易用、经济实用。接到任务后, 经过论证、选型、试产、改进、定型等几个步骤, 通过查阅大量资料, 经过半年时间研制, 将工作任务完成, 最后无论从使用性、成本、经济效益等方面都达到了厂家的要求。

1 设计过程

1.1 刀库结构选择

现代数控机床所配备刀库的类型大致有直线排列式刀库、夹臂式刀库、转塔式刀库、圆盘式刀库、斗笠式刀库、链式刀库等[1]。其中直线排列式刀库、夹臂式刀库、斗笠式刀库无须机械臂换刀, 常用于中小型机床。转塔式刀库结构紧凑, 多用于经济型数控车床、全功能数控车床和车削中心。圆盘式刀库结构比较复杂、但工作可靠性高, 在中型加工中心上使用最为普遍。链式刀库结构复杂, 一般用于刀库数量大的大型加工中心。经过从结构复杂程度、制造难易程度、经济性等各方面综合考虑, 最后采用直线排列式刀库设计, 它结构简单, 无须添加动力装置, 使用机床工作台 (X、Y轴) 和主轴 (Z轴) 移动来换刀, 比较符合本次任务要求。如图1所示, 刀库布置固定在工作台左侧, 会占用工作台X轴的部分行程。为了编程简单, 采用刀具号与刀库刀位号一一对应的方式, 1号刀必须装在刀库1号刀位上, 2号刀必须装在刀库2号刀位上, 依此类推, 不能错装, 否则会引起刀具干涉。

1.2 换刀工作过程

如图2所示, 当执行Tn M06指令, 首先判断存储单元中主轴当前刀具号与换刀指令刀具号是否相同, 若相同, 则换刀完成, 若不相同, 则进行如下换刀动作 (如图3所示) :

Z轴回参考点 (作用是避免X、Y轴移动时主轴上刀具碰到刀库或工件) 主轴准停刀具通过X、Y轴运动水平移动到A点刀具通过Z轴运动竖直移动到B点刀具通过X轴运动水平移动到C点主轴松刀 (主轴当前刀具放入刀库) 主轴通过Z轴运动向上竖直移动到D点主轴通过Y轴运动水平移动到新刀上方D1点主轴通过Z轴运动竖直移动到C1点主轴紧刀 (抓新刀) 刀具通过X轴运动水平移动到B1点Z轴回参考点, 最后将新刀号更新到存储单元, 换刀动作完成[2]。

2 机床换刀的实现

要实现以上换刀动作, 主要通过参数设置、换刀子程序、修改PMC控制程序三方面工作来完成。

2.1 参数设置

将系统参数6071设定为6, 即当执行M6换刀指令时调用O9001宏程序, 以实现M06换刀指令[1]。查看机床系统PMC梯形图, 得到松刀、紧刀两个辅助功能指令分别为M71、M72, 系统也已经定义了M81 (R0011.1) 通过控制中间继电器R0531.1实现功能, 在这里将M81定义为换刀完成功能指令。为了保护O9001程序, 防止操作员误删, 可将系统参数#3202的#4和NE9都设成1。

2.2 换刀子程序

表1为O9001换刀子程序, 为了程序设计简单, 占用比较少用的G59坐标系, 将1号刀刀库所在位置设置为G59的坐标原点, 二个相邻刀套间距为100 mm。限于篇幅, 表1中只列出了如何判断主轴当前刀具及T指令刀具号是否为1号刀程序, 2至4号刀的判断方法是一样的。

2.3 PMC控制程序

为实现宏程序与机床功能逻辑关系, 必须修改FUNAC系统的PMC控制程序, 将图4的PMC程序添加到系统里面[3]。程序中利用永久数据表储存D0000存储主轴当前刀具号, D0200储存T指令刀具号。再利用G0054.0至G0055.0对应的系统参数#1000至#1008与换刀子程序进行数据交换[1]。同样限于篇幅, 图4只列出了如何判断了主轴当前刀具及T指令刀具号是否为1号刀的程序, 2至4号刀的判断方法是一样的。

3 机械改装设计

本刀库机械结构如图1和图5所示, 主要由螺栓、刀柄卡簧、刀柄定位键、销钉、螺钉、卡簧支座、刀库支座、弹子、弹簧等组成, 用螺栓将刀库固定在机床工作台的左边。刀柄卡簧依靠弹簧弹力来夹紧刀柄。

4 总结

刀库改装完成后, 经过一段时间的运行试验, 刀库符合设计要求, 能较大地提高生产效率, 无须另外增加其他动力装置, 改装成本比较低, 能充分扩展数控铣床的功能。经过一段时间使用后发现, 本刀库也有一些不尽人意的地方需要改进。

(1) 由于比较注重结构简单和成本等方面考虑, 刀库没有设置多余的安全保护装置, 所以如果给不是很熟悉机床性能的工人进行操作, 可能会出现安全事故。为了解决这个问题, 可以在刀库各刀位上设置检测开关, 以检测刀库上是否有刀, 避免在非空刀位上放置刀具。

(2) 由于刀库没有设置保护罩, 所以切削液和铁屑比较容易污染刀库, 影响换刀精度。可以通过将刀库背向加工区安装及增加保护罩的办法来解决这个问题。

(3) 本刀库大部分连接都采用硬连接, 缺乏弹性, 因此换刀过程放刀 (B-C) 和抓刀 (D1-C1) 两段必须用较低速度接近, 影响换刀效率, 经过测算, 整个换刀过程大约需要20秒。

(4) 理论上本刀库可以装无数把刀, 但是由于工作台位置有限, 以及刀具数量多造成编程比较复杂等原因, 最好不要超过五把刀。

本文论述了为数控铣床加装刀库装置的思路与改装过程, 涉及到机械、电气、PMC程序、宏程序改造与修改等内容, 在改装过程中解决了不少难题, 最后出来的产品使用效果令人满意, 能大大提高数控铣床的生产效率, 虽然还有一些问题需要解决, 但是按照改进思路进行解决, 一定会得到不错的性能。

参考文献

[1]张强, 李燕, 李艳玲, 等.FANUC宏程序在直线排式刀库上的应用[J].数控机床市场, 2011 (6) :64-66.

[2]何红欣.FANUC0i系统在特殊刀库上的应用[J].制造技术与机床, 2004 (3) :78-79, 83.

自动换刀系统可靠性分析与维修 第6篇

关键词：自动换刀系统,数控机床,维修

1 自动换刀系统结构优缺点分析

自动换刀系统主要由刀库、机械手和驱动装置组成, 按照机床刀库的结构形式主要分为转塔式、圆盘式、链式刀库等形式。

(1) 转塔式刀库, 刀具固定在同一转塔上, 无换刀臂, 储刀数量少, 常用车削中心, 该形式的自动换刀系统, 因其机械结构和控制方式简单, 所以故障率较低。

(2) 圆盘式刀库, 刀库呈盘状, 刀具沿盘面垂直排列、径向排列或成锐角排列, 此类刀库结构简单、紧凑, 但是由于储刀容量受刀盘大小的限制 (刀盘太大, 刀库的转动惯量大, 换刀时间也相对较长) , 所以该形式的换刀系统多用于中小型加工中心。圆盘式刀库由于机械结构简单, 换刀动作少, 所以系统整体可靠性较高, 机械故障较少, 电气故障较多, 主要集中在一些检测与控制元器件上。

(3) 链式刀库, 目前最为广泛采用的一种自动换刀装置, 该换刀系统的优点是刀盘容量大, 占用空间小, 换刀速度快, 平稳性好, 但链式刀库必须采用机械臂配合完成换刀, 因此该形式的自动换刀系统自动化程度高, 机构运转复杂, 换刀动作多、速度快、距离短, 对各动作的位置精度要求高, 再加上电路和机械方面保护功能, 使得该系统的机械结构和电气控制变的十分复杂, 所以该系统整体可靠性差, 故障率较高。

2 自动换刀系统可靠性分析

根据近些年大量的数控维修统计, 其中2200余例维修中与自动换刀系统相关故障416起, 占整个机床故障率的18.9%。故障主要原因有电气故障、机械故障、液压故障与软件系统故障等, 统计如表1所示。

从故障原因看电气故障原因所占比例最高, 此类故障原因具体常见的有以下方面:

(1) 检测刀具、气缸、机械臂、零点等位置传感器损坏;

(2) 驱动器、控制器、控制板、电源、继电器及电磁阀等元器件损坏;

(3) 机械臂、刀盘电机损坏;

(4) 此外常见的还有干扰造成检测元器件或控制元器件的误动作。

常见的机械故障原因造成换刀系统故障有以下方面:

(1) 主轴换刀点、刀盘旋转、机械臂移动位置不准确造成不能正常换刀;

(2) 刀具夹紧装置故障 (如拉刀杆损坏) 造成换刀时掉刀摔刀现象;

(3) 刀盘变形造成传感器检测不到或发生碰撞现象;

(4) 此外常见的还有机械臂减速器损坏无法动作、刀柄磨损造成主轴吸刀, 刀库门气缸密封故障都可能造成整个换刀系统故障。

液压故障原因主要是由于油路堵塞、执行机构漏油或者是液压系统故障 (如压力不够) 造成的自动换刀系统故障, 主要常见的有, 机械臂手指密封, 主轴刀具夹紧液压缸密封等。

软件系统故障常见的有控制器电池没电造成刀库存储信息丢失;数控系统联网后, 软件中毒, 造成换刀系统紊乱等。

3 故障实例分析

某型采用盘式刀库的五轴加工中心, 在换刀过程中, 主轴与刀盘发生碰撞, 刀盘严重变形, 从事故现象看, 刀柄已经进入主轴锥孔, 但位置发生偏差, 导致主轴与刀柄发生碰撞。引发位置偏差的原因有两种:

(1) 刀盘没有旋转到换刀位;

(2) 主轴在Y轴方向没有运动到换刀位。

经检测发现, 刀库各检测传感器功能正常, 并无器件损坏, 修复刀盘后, 执行换刀动作每步皆可正常完成, 所以初步判该故障是随机出现。经仔细检查发现, 刀库碰撞前机床都出现过“Y轴运动监控报警”, 报警后可清除继续加工, 经分析总结碰撞故障原因可能是由于Y轴运动监控报警, 致使系统混乱, 主轴换刀在Y方向的位置发生偏差, 从而发生碰撞。运动监控报警的原因很多, 有可能是光栅尺检测故障、电机编码器故障、信号干扰等, 这种故障偶尔会出现。总之, 在出现此类报警后, 要求操作者必须关机重启机床, 各个轴重新找基准, 从而有效的避免了刀库碰撞这类故障的再次发生。

4 结束语

自动换刀装置故障诊断与排除相对比较容易, 但故障率较高, 为了提高该部件的可靠性, 必须做好预防性维护和日常保养工作。

参考文献

[1]韩金玲, 裴帮富.机床电气故障分析与查找[J].机床与液压, 2009 (06) .

[2]兰建设, 刘志刚.数控机床自动换刀装置的故障分析与排除[J].装备制造技术, 2007 (08) .

换刀程序 第7篇

关键词：经济型数控铣床系统,PLC,刀库,自动换刀

在实际生产中,许多机械零件的加工只需要在数控铣床上即可完成,不需要用到功能强大的加工中心,但是数控铣床上一般没有安装刀库,故花在换刀上的辅助时间将耗费不少[1]。加工中心功能虽然强大,但所需投资成本也高,目前国内大多数控铣床系统已内置PLC功能,利用该PLC结合宏程序编程可对加装的刀库进行控制,有效解决了加工中心价格昂贵与数控铣床功能单调之间的矛盾,对运行成本的降低起到促进作用。本文着重介绍在广州数控980MD经济型钻铣床数控系统上使用PLC实现刀库自动换刀的应用实例。

1 刀库换刀原理及动作时序图

1.1 换刀动作原理

刀库换刀共包括三个基本动作:刀库分度转位、刀套翻转、机械臂换刀。具体的刀具交换过程如下:加工过程中,刀库先依据程序中的刀具指令进行预选刀,将需换刀具转到换刀位置,加工完毕并执行换刀指令后,主轴移动至换刀位置并定向,待刀套倒下到位后,机械臂逆时针旋转65°,两个手爪同时抓住主轴和刀库中的刀具,机械臂向下拔出刀具后逆时针旋转180°,上升将新刀插入主轴的同时将旧刀插入刀库,机械臂顺时针旋转65°,回到初始位置,刀套抬起到位后,换刀过程结束。

1.2 换刀时序图

参考刀库使用说明书,ATC刀库动作时序如图1。

2 换刀宏程序

根据刀库动作原理及时序图,编写换刀宏程序,使用M9001[2]取代加工中心系统中的M06[3],作为换刀指令,调用宏程序。

3 地址分配

3.1 I/O口地址分配

I/O口地址分配如表1所示。

3.2 刀盘刀套号、刀具号数据储存地址分配

刀盘刀套号、刀具号数据储存地址分配如表2所示。

4 刀库自动换刀相关功能处理

4.1 当前刀具号实时更新、换刀与否判断

对当前刀具号进行实时刷新,并优先判断是否需要换刀,使PLC及时通知CNC执行剩余宏程序段的必要性,以此提高换刀效率,如图2。

4.2 刀臂电机输出

由于刀臂抓刀、换刀、回原点等多个步骤都涉及到刀臂电机的输出,为避免双线圈输出问题[4,5],将统一在此输出,如图3。

4.3 刀库换刀子程序

所有子程序均通过逻辑1进行实时调用,以简化主程序、提高条理性与可维护性。

4.4 主轴定向

刀臂处于原点的情况下,PLC接收到M19指令,将输出主轴电机定向,直至检测到定向完成信号,相应梯步在此省略。

4.5 刀盘回零

刀套已水平到位的情况下,PLC接收到M21指令,将输出刀盘电机正转,直至检测到零点信号后回零完成,此时更新当前刀套号为1,相应梯步在此省略。

4.6 刀库预选刀

无报警状态下,PLC接收到T指令后,将指令的目标刀具号数据暂存于一中间寄存单元中,以备使用,同时进行刀具号逐个对比,以找出与目标刀具号一致的刀具号数据储存单元,如图4、图5。

跟据上述已找出所储存数据与目标刀具号一致的那个储存单元,确定目标刀套号,以用于选刀动作判断,如图6、图7。

利用旋转功能指令将目标刀套号与当前刀套号进行对比,计算出刀库所需旋转步数以及旋转方向,实现就近选刀,并限制只有当所需旋转步数不为0时才输出刀库旋转信号,有效避免单向选刀机制中的时间浪费现象,如图8。

刀库每转过一个刀套时均会促发计数信号,为避免抖动等原因造成误动作,PLC只对该信号的上升沿进行计数,直至计数完毕也即已旋转至目标刀套位置后,停止刀库电机,并及时更新当刀套号储存单元中的数据,如图9。

5 刀库自动换刀动作

5.1 第一步:刀库倒刀(M65)

刀库处于旋转到位并停止,且刀套水平到位并停止的情况下,PLC接收到M65指令,将输出刀套倒下,直至检测到倒下到位信号,如图10。

5.2 第二步:刀臂抓刀(M68)

刀臂停止于原点位置,刀套已倒下到位,主轴已完成定向的情况下,PLC接收到M68指令,将输出刀臂电机转动,直至检测到扣刀到位信号,如图11。

5.3 第三步:主轴松、紧刀(M54、M55)

气压条件满足且无报警的情况下,PLC接收到M54/M55指令或松刀按钮信号,将输出松/紧刀动作,此处为确保安全性,使用了置位、复位指令而没有选择交替(ALT)指令,如图12。

5.4 第四步:刀臂换刀(M69)

刀臂扣刀到位并停止,主轴已松刀到位的情况下,PLC接收到M69指令,将输出刀臂电机转动进行换刀动作,直至再次检测到刀臂停止信号,当换刀动作完成后,立即更新相关数据,如图13。

5.5 第五步:刀臂归位(M70)

刀臂换刀动作完毕后,PLC接收到M70指令,将输出刀臂电机转动进行归位动作,直至检测到刀臂原点信号,如图14。

5.6 第六步:刀库抬刀(M66)

刀套已垂直到位并停止的情况下,PLC接收到M66指令,将输出刀套抬起,直至检测到抬起到位信号,如图15。

5.7 第七步:数据交换与更新

换刀动作完成后,先将当前刀具号数据暂存于一中间寄存单元中,以备使用,同时进行刀套号逐个对比,以确定当前刀套号,如图16、图17。

对比后,将当前刀套对应的刀具号储存单元中的值与当前刀具号储存单元的值进行交换,以达到数据更新之目的,如图18、图19。

5.8 相关报警与提示

在换刀过程中遇到的指示灯、报警等处理必须跟据实际需求来增添相关梯步,在此不作详细描述。

6 结束语

以上为笔者在工作中的经验体会,提出一种基于数控铣床系统,利用内置PLC控制ATC刀库的设计思想,只需在经济型的数控铣床上进行改装,即可实现自动换刀功能,在满足了加工需求的同时大大节省了运营成本。

参考文献

[1]王爱玲.机床数控技术[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]广州数控设备有限公司.GSK980MD钻铣床CNC使用手册[Z].2007.

[3]北京法那克机电有限公司.FANUC-0i-Mate-C参数使用说明书[Z].2004.

[4]广州数控设备有限公司.GSK980TD车床CNC-PLC使用手册[Z].2006.