高速臥式加工中心刀庫操作控制研究

宮生龍 付柄智

摘 要：刀庫是數控機床操作控制過程中相對復雜的部分，電氣設計其操作控制方式是否合理，決定了操作控制是否便捷、穩定和安全，并且通過對數控系統相關參數以及程序編寫，實現高效率、低故障率、低成本的加工需求。

關鍵詞：電氣設計；刀庫；系統參數

中圖分類號：TG659 文獻標志碼：A

0 引言

刀庫是數控機床的核心部件，電氣設計其操作控制方式的合理性，影響著對其操作控制的便捷性、穩定性和安全性。該文以沈陽機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，換刀方式為固定點換刀，具有預選刀功能。

1 具體設計控制方法

1.1 刀庫操作面板

刀庫操作面板包括的按鈕有：修調模式、其他、小車、機械手、主軸松/夾刀、刀具松/夾、換刀門開/關、前進/后退、刀鏈正轉、旋轉、刀鏈反轉、外抽/進給。

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（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/后退（傳送小車前進主軸側）。f. 小車 + 旋轉（傳送小車搖擺90°，同時機械手手爪松開（等待位））。g. 機械手 + 旋轉（機械手扣刀0°→90°（或180°→270°），均正轉）。h. 機械手 + 刀具松/夾（機械手手爪夾緊）。i. 小車 + 刀具松/夾（主軸刀具松開，同時傳送小車刀具松開）。j. 機械手 + 前進/后退（機械手前進拔刀）。k. 機械手 + 旋轉（機械手交換刀具90°→270°（或270°→90°），均正轉）。l. 機械手 + 前進/后退（機械手后退插刀）。m. 小車 + 刀具松/夾（主軸刀具夾緊，同時傳送小車刀具夾緊）。n. 機械手 + 刀具松/夾（機械手手爪松開）。o. 機械手 + 旋轉（機械手回豎直狀態270°→180°（或90°→0°），均反轉）。p. 小車 + 旋轉（傳送小車搖擺回0°，同時機械手手爪夾緊）。q. 小車 + 前進/后退（傳送小車回退至刀庫側（當前換刀點刀套必須空閑））。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（換刀門關）。v. 其他 + 主軸松/夾刀（主軸刀具松開，同時傳送小車刀具松開（同第i步））。w. 其他 + 主軸松/夾刀（主軸刀具夾緊，同時傳送小車刀具夾緊（同第m步））。x. 其他 + 刀鏈正轉（刀庫刀鏈正向旋轉）。y. 其他 + 刀鏈反轉（刀庫刀鏈反向旋轉）。

本機床刀庫安裝60把。使用“T”指令任意調用刀庫中的刀具，在自動方式下用“M06”指令實現刀具交換。

1.2 刀具自動調用及交換

在MDI或AUTO方式下，程序中寫入：

Txxx

M06

其中，xxx為所調刀具號，Txxx為選刀，M06刀具交換指令。

1.3 手動換刀

在點動模式下，務必將主軸和坐標軸手動走到換刀點，否則易發生刀具與主軸碰撞事故。X軸換刀坐標在參數14514第[0]位中，Y軸換刀坐標在參數14514第[1]位中，Z軸換刀坐標在參數14514第[2]位中，主軸換刀坐標在參數14514第[3]位中。需要特別注意的是對機床用戶、刀鏈及機械手的手動操作只能在 "JOG"方式下進行。機械手或刀鏈的手動操作屬于危險操作，操作錯誤可能造成機床損壞或人身事故。務必請確認機床動作沒有危險結果后再操作。

1.4 找刀

刀庫具有預選刀功能，也就是說在加工期間，只要滿足刀鏈旋轉條件，就可以提前把下一個加工刀具轉至換刀點等待。

例：T10

G53G90G00 X100

上述程序的動作是：在X軸進給期間，同時把T10轉至換刀點。當在程序中所編入的Txxxxx代碼已經在主軸上時，則程序跳過M06換刀指令，執行下一條程序。

1.5 刀具交換位置

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

MD14514（0） 設置X軸位置

MD14514（1） 設置Y軸位置

MD14514（2） 設置Z軸位置

MD14514（3） 設置SP軸位置

1.6 換刀

換刀子程序為TOOL，此子程序由機床制造者提供，用戶不可更改。換刀條件：機床各軸返回換刀點，主軸定向完成。在工件程序中，編入M06即可執行換刀操作。找刀或換刀異常中斷的處理 ：當在找刀或換刀過程中，按復位鍵或急停或由于機械、液壓等故障出現時，找刀及換刀的自動執行被中斷。此時應檢查主軸、機械手及刀具數據表中的刀號，并把它恢復成實際位置一致即可，再用刀庫手動操作盒，把機械手恢復到待機位置，之后按復位鍵清除報警，報警清除后程序可繼續。

1.7 刀具表

按【參數】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【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際位置后還需要檢查換刀小車里的刀號和實際位置一樣不一樣。點【診斷】鍵再按【NC/PLC變量】鍵進入界面，其中DB112.DBW96里面的數據是換刀小車里的刀號，點更改就可以把里面的刀號修改成需要的刀號。

2 刀庫相關常見報警及故障處理

具體報警號及內容如下：

（1）700014刀庫電機空開跳開；產生狀態及原因：刀庫電機空開未接通。措施：閉合刀庫電機空開。

（2）700015刀庫機械手電機空開跳開。產生狀態及原因：刀庫機械手電機空開未接通。措施：閉合刀庫機械手電機空開。

（3）700250機床沒在換刀點。產生狀態及原因：機床沒在換刀。措施：將機床走至換刀點。

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

（5）700254刀庫缺少計數到位。產生狀態及原因：刀庫缺少計數到位。措施：進行刀庫回零操作。

（6）700255刀庫缺少門開到位。產生狀態及原因：刀庫缺少門開到位。措施：檢查機械手門開關位置。檢查機械手門開關線路。檢查氣源和換刀門閥組。

（7）700300刀庫找刀時缺少計數到位。產生狀態及原因：刀庫找刀時缺少計數到位。措施：檢查刀庫停止位置。檢查刀庫計數開關線路。

（8）700303ATC原點到位信號丟失。產生狀態及原因：機械手原點信號未到達。措施：檢查機械手原點信號線路。檢查機械手位置。

（9）700306刀庫刀套收回信號丟失。產生狀態及原因：刀庫刀套收回信號丟失。措施：檢查刀套收回開關線路。檢查氣源及刀套反轉閥組。

（10）700307刀庫ATC停止開關丟失。產生狀態及原因：機械手停止。

（11）700332刀庫缺少機械手原點到位。產生狀態及原因：刀庫缺少機械手原點到位；措施：檢查機械手原點信號線路。檢查機械手位置。

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

3 結語

刀庫是數控機床的核心部件，其操作控制過程需要電氣設計人員根據實際生產加工需求進行靈活調整，保證換刀過程的效率、穩定和安全等性能。希望該文能夠為相關工作人員提供借鑒和參考。

參考文獻

[1]王薇.深入淺出西門子運動控制器[M].北京：機械工業出版社，2003：253-262.