刀庫的調試及優化

孫 旸 化春雷 李 焱

(沈陽機床(集團)有限責任公司，遼寧 沈陽110142)

刀庫系統是提供自動化加工過程中所需的儲刀及換刀需求的一種裝置，其自動換刀機構及可以儲放多把刀具的特色改變了傳統以人為主的生產方式。其由電腦程式的控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、鏜孔、攻牙等。根據刀庫的容量、外形和取刀方式可概分為斗笠式刀庫、圓盤式刀庫和鏈條式刀庫。本次重大專項所采用的是圓盤式刀庫。

1 調試中容易出現的問題及解決方法

1.1 刀庫定位信號的應用

在以往所接觸到的刀庫中，在檢測刀庫是否轉到位的方面，大多只有一個刀庫計數信號。所謂刀庫計數，顧名思義，就是刀庫每轉到下一工位的時候，由其提供一個信號，告訴PLC應該把所記載的工位數隨之累加。與此同時，它實際上還有其他兩個額外的附加功能:一是作為刀庫剎車信號，在刀庫真正到位之前來臨，PLC讀取到該信號后，斷刀庫電動機正、反轉使能，從而使得刀庫停下;二是作為刀庫到位檢測信號，來激活刀套下翻電磁閥的啟動。這是因為如前所述，它在刀庫真正到位之前到來，然后刀庫電動機停止轉動，一般認為這個緩沖時間剛好能確保刀庫停在正位位置。但有時這也會出現偏差，造成的結果就是刀庫還沒轉到正位刀套就開始下翻，易造成刀套受損。

利用刀庫計數信號充當刀庫到位信號的程序:

而本次重大專項所使用的這款刀庫產品額外添加了刀庫到位信號，這就把刀庫計數信號解放了出來。刀庫計數信號只負責觸發刀庫計數器的累加以及判斷正、反轉電動機使能。而判斷刀庫是否真正到正位由刀庫到位信號負責，刀庫到位信號出現說明刀庫確實已到正位位置，再由其觸發刀套下翻開始，萬無一失。

添加了刀庫定位信號的程序:

1.2 互鎖條件

刀庫的動作順序具有嚴格規定，在一些狀態下有些動作是不能進行的。操作刀庫的順序以及禁止的操作必須在程序中得到體現，這類在一些狀態下不能夠進行的操作就叫做互鎖條件，如果程序對于互鎖條件部分編制的不夠全面的話，就會損壞刀庫甚至對機床的操作者造成人身傷害。比如機械手不在原點的情況下進行刀套下翻或者刀套上翻操作，就有打壞刀的危險。由此可見，刀庫部分的互鎖條件是非常嚴格的。

在本次調試中，筆者加了以下的互鎖條件:

(1)刀庫正轉時，必須滿足:非急停狀態，刀庫非反轉狀態，刀套上翻到位。刀庫正轉程序:

(2)刀庫反轉時，必須滿足:非急停狀態，刀庫非正轉狀態，刀套上翻到位。刀庫反轉程序:

(3)刀套下翻時，必須滿足:非急停狀態，刀庫非正、反轉，機械手非正轉，沒有刀套上翻指令，機械手在原點，刀庫到位信號到來。刀套下翻程序:

(4)刀套上翻時，必須滿足:非急停狀態，刀庫非正、反轉，機械手非正轉，沒有刀套下翻指令，機械手在原點。刀套上翻程序:

(5)機械手正轉時，必須滿足:非急停狀態，刀庫非正、反轉，刀套下翻。機械手正轉程序:

1.3 “鎖住記憶”模式的修正

由于考慮到安全因素，在操作面板上定義了一個服務模式按鈕，在程序中規定，只有激活該服務模式按鈕后，才可以對刀庫進行操作。在用原有的PLC程序進行調試的過程中，發現了這樣一個問題:有一次按機械手正轉按鈕之前忘記了按刀套下翻按鈕，機械手沒有動作，這是由于程序中進行了互鎖操作，規定當刀套沒有下翻到位的時候，機械手是不能轉動的。故激活服務模式按鈕后，先進行刀套下翻操作，當刀套下翻后，機械手隨著發生連鎖動作，直接正轉，差一點造成危險。分析原有程序的時候，發現當手動時，程序可以記住每次誤操作，比如沒進行第一步而直接按下第二步的操作按鍵時，盡管其并不合法，但程序也會記住，當第一步執行之后，一旦第一步完成信號到來，程序會自動進行第二步操作。筆者把這種現象叫做“鎖住記憶”模式。

機械手正轉“鎖住記憶”模式的程序:

上述程序可以看出，在服務模式激活的條件下，觸發機械手點動鍵，就會發出機械手正轉指令(#atc_move)，即使此刻刀套沒有下翻(I38.5沒有到來)，該信號也會被記住，一旦刀套下翻條件滿足，機械手會自動正轉。這種現象結果不但不合理，而且很危險，在調試現場，如果操作者不注意的話后果不堪設想。

為了破解“鎖住記憶”模式，筆者把上一步的完成信號當成本次手動步驟的操作條件。換言之，如果不能有效完成上一步，那么本次操作會被當成無效操作，不會被執行，更不會被記憶，從根本上杜絕了“鎖住記憶”模式，解除了危險的隱患。

機械手正轉“鎖住記憶”模式修正后的程序:

筆者在給出機械手正轉命令時加了刀套下翻到位信號作為啟動條件，如果刀套沒有下翻到位的時候觸發機械手點動按鈕，程序對此是不予響應的，這就從根本上杜絕了危險，修正了“鎖住記憶”模式。

依此類推，在刀庫的所有點動動作中，都加入相應的上一步程序結束的信號作為啟動條件，就能徹底修正整個刀庫動作循環中的所有“鎖住記憶”模式，排除危險。

2 結語

目前，機床市場不斷發展與變化，加工中心類產品以其自身獨特的優勢占據了越來越重要的位置，而作為加工中心類產品核心部件之一的機械手和刀庫，向來都是機床調試過程中的重點與難點。隨著客戶要求的不斷深入與提高，作為一名機床調試人員不但要力圖做到滿足客戶基本要求，而且還要為客戶考慮得更加周全，不論是安全性方面，還是功能拓展性方面。以后在機床開發過程中，優化工作將會占據更加重要的地位。筆者提及的刀庫方面只是冰山一角。我們有理由相信，精益求精的態度、日臻成熟的技術以及不斷拓展出新的研究方向定會引領著機床行業越走越好。

［1］嚴愛珍，李宏勝.機床數控原理與系統［M］.北京:機械工業出版社，1999.