1、斗笠式刀库的换刀过程控制原理与设计童文利大连机床集团有限公司 加工中心研究所 ,辽宁 大连 116022摘要 :通过西门子 802D 系统的 NC 程序可方便地控制刀库动作、轴移动、主轴松夹等动作 ,从而实现斗笠式刀库的换刀过程的完整控制。关键词 :轴的控制 ; PLC ; NC程序 ; 换刀过程中图分类号 : TP273 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 2265(2003) 07 - 0054 - 021 斗笠式刀库的换刀动作简介刀库的换刀动作如下 :1) 轴移动至换刀坐标处 , 见图 1a2) 主轴准停3) 刀库前进 (抓旧刀 ) , 见图 1b4) 主轴松刀5) Z轴向上移动
2、 (让出刀库旋转尺寸 ) , 见图 1c6) 刀库旋转 (选刀 ) , 见图 1d7) Z轴向下移动 (移动至换刀位置 ) , 见图 1e8) 主轴紧刀 (抓新刀 )9) 刀库后退 (换刀结束 ) , 见图 1f从换刀动作 1) 、 4) 、 6)可以看出 ,斗笠式刀库的换刀需轴参与刀库控制 ,而 PLC 是无法直接参与数控轴的控制。如果动作2) 、 3) 、 4) 、 6) 、 8) 、 9) 都采用 M 指令调用 ,那么编制零件程序时就需要 6 条 M 指令和 3 条 G指令 ,使用很不方便。采用 NC 程序编制换刀动作为一固定循环 ,就可以方便的使用一条指令调图 1 斗笠式刀库换刀过程动
3、作图用换刀程序。2 采用 NC 程序编制换刀动作的原理西门子 802D 的 NC 程序可以把轴控制与 PLC 控制有机的结合 ,它可以按一定的逻辑控制 PLC 和轴 ,从而实现包含轴移动的换刀控制。以 TH5640A 为例 (参见图 2 刀库动作时序及图 1) :设定参数MD10715 MN - M - NO - FCT - CYCL E0 = 6 ;M06调用换刀固定循环MD10716 MN - M - NO - FCT - CYCL E- NAME0 =“ TOOL”换刀循环文件名MD22550 MC - TOOL - CHAN GE- MODE = 1 ;利用 M 代码激活刀具参数MD2
4、2560 MC- TOOL - CHAN GE- M - CODE = 96 ;激活刀具参数的 M 代码当程序中出现 M06 时 ,系统自动调用换刀 NC 程序 ( TOOL) 。换刀 NC 程序 :% - N - TOOL - SPF ; 固定循环名; PA TH = / - N - CST - - DIR ; 固定循环路径PROCTOOL SAV E DISPLOF ; 固定循环定义IF P IF P - ISTEST GO TOF -END ;程序测试状态换刀不执行G500 ;取消零点偏移D0 ;取消刀具补偿G75 Z0 ;换刀点SPOS = MN - USER - DA TA - FL
5、OA T 0 ;主轴准停位置 :MD145140 M80 ; 刀库前进M81 ;主轴松刀G153 G91 G00 Z115 ;Z轴向上移动M82 ;选刀G153 G91 G00 Z - 115 ;Z轴向下移动M83 ; 主轴紧刀M84 ;刀库向后M96 ;激活刀具参数STOPRE ;程序段搜索停止MSG(“换刀结束” ) ;信息显示-END : ;跳转标志M17 ;子程序返回该子程序还可加入判断刀具号是否小于 0、大于最大刀号 ,编程刀具是否等于主轴刀号及判断结果、信息的显示等控制条件。当执行换刀程序时 ,只需键入“ T 3 3 M06” ,循环启动即可。 NC 预读 T 指令 ,送入 PLC
6、 ,再读入 M06 指令 ,便调用TOOL 子程序。首先判断程序是否处于测试状态 ,如是 ,则跳转至 - END 标志 ,子程序结束并返回主程序 ,如不是则继续往下执行。取消零点偏置和刀具补偿 ,以保证 G75 Z0 到达的坐标位置为换刀的位置。 SPOS 为主轴准停指令 , MN - USER - DA2TA - FLOA T0 即 MD145140 主轴准停角度 (可由 HMI 人45 组合机床与自动化加工技术 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图 2 刀具动作时序图机对话界面设定
7、) 。准停结束后 ,NC 读入下一条指令 M80 并向PLC发出信号 ,PLC 即刻调用刀库前进子程序并读入禁止 ,执行完刀库前进动作到位后恢复读入使能 (读入使能的逻辑控制在子程序内部 ,在这里不再详细介绍 ) ,读入下一程序段。 M81、M82、 M83、 M84 原理同 M80。主轴松刀后 , Z 轴向上移动。刀库在 Z 轴移动到位后 ,旋转当前刀位为编程刀位 T 3 3 ( PLC边旋转刀位边比较当前刀位和 T 指令 ,比较一致后停止旋转 ) 。Z轴向下紧刀 ,刀库后退。至此换刀子程序结束。PLC 程序 :依据刀具动作时序图编制 ,如图 2 所示。3 结束语使用 NC 程序可以使刀库、
8、轴的控制有机地结合起来 ,使机床的换刀过程控制更为方便、简捷。参考文献 1 西门子 (中国 ) 有限公司 1SINUMERIK 802D 技术手册 ,20012 西门子 (中国 ) 有限公司 1SINUMERIK 802D 调试手册 ,2001收稿日期 :2002 - 12 - 05作者简介 :童文利 (1971 - ) 男 ,大连人 ,大连机床集团有限公司加工中心研究所助理工程师。 (编辑 江复 )(上接第 53 页 )(5)通信电缆与高压电缆间距至少应保证 40cm/ kV ;必须与高压电缆交叉时 ,必须垂直交叉。(6)通信电缆应避免与交流电源线平行敷设 ,以减少交流电源对通信的干扰。同理
9、 ,通信电缆应尽量避开大电机、电焊机、大电感器等设备。(7)通信电缆敷设要避开高温及易受化学腐蚀的地区。(8)电缆敷设时要按 0. 05 %/ 留有余地 ,以满足热胀冷缩的要求。(9)所有电缆接头 ,分支器等均应连接紧密 ,用螺钉紧固。(10)剥削电缆外皮时 ,切忌损坏屏蔽层 ,切断金属箔与绝缘体时 ,一定要用专用工具剥线 ,切忌刻伤损坏中心导线。3 系统接地问题的讨论(1)主机及各分支站以上的部分 ,其按地应用 10mm2 的编织铜线汇接在一起经单独引下线接至独立的接地网 ,一定要与低压接地网分开 ,以避免干扰。系统接地电阻应小于 4 。 PLC主机及各屏、柜与基础底座间要垫 3mm 厚橡胶
10、使之绝缘 ,螺栓也要经过绝缘处理。(2) I/ O 站设备本体的接地应用单独的引下线引至共用接地网。(3)通信电缆屏蔽层应在 PLC 主机侧 I/ O 处理模块处一起汇集接到系统的专用接地网 ,在 I/ O 站一侧则不应接地。电缆接头的接地也应通过电缆屏蔽层接至专用接地网。要特别提醒的是决不允许电缆屏蔽层有二点接地形成闭合回路 ,否则易引起干扰。(4)电源应采用隔离方式 ,即电源中性线浮地 ,这样尚不平衡电流出现时将经电源中性线直接进入系统中性点 ,而不会经保护接地形成回路 ,造成对 PLC 运行的干扰。(5) I/ O 模块的接地接至电源中性线上4 调试中应注意的问题(1)系统联机前要进行组
11、态 ,即确定系统管理的 I/ O 点数 ,输入寄存器、保持寄存器数、通信端口数及其参数、 I/ O 站的匹配及其调度方法、用户占用的逻辑区大小 ,等等。组态一经确认 ,系统便按照一定的约束规则运行。重新组态时 ,按原组态的约定生成的程序将不能在新的组态下运行 ,否则会引起系统紊乱 ,这是要特别引起重视的。因此 ,第一次组态时须十分慎重 ,I/ O 站、 I/ O 点数 ,寄存器数、通信端口数、用户存储空间等均要留有余地 ,以考虑近期的发展。但是 , I/ O 站、 I/ O 点数、寄存器数、端口数等的设置 ,都要占用一定的内存 ,同时延长扫描时间 ,降低运行速度 ;故此 ,余量又不能留得太多。
12、特别要引起注意的是运行中的系统不能重新组态。(2)对于大中型 PLC 机来说 ,由于 CPU 对程序的扫描是分段进行的 ,每段程序分段扫描完毕 ,即更新一次 I/ O 点的状态 ,因而大大提高了系统的实时性。但是 ,若程序分段不当 ,也可能引起实时性降低或运行速度减慢的问题。分段不同将显著影响程序运行的时间 ,个别程序段特长的情况尤其如此。一般地说 ,理想的程序分段是各段程序有大致相当的长度。5 结束语大、中型 PLC 控制系统的安装调试 ,是一个步调有序的系统工程 ,步步到位才能使调试成功 ,本文是作者经现场检验的经验总结 ,文中所述的经系统优化的 PLC 安装调试流程程序 ,应用于湖南、江
13、西、广东等几个机械、汽车、柴油机、拖拉机、钢铁生产企业的生产线 PLC 控制系统的技术改造中 ,既缩短了工期 ,又使调试试车一次成功 ,经济效益十分可观 ,取得了令人满意的结果。参考文献 1 皮壮行 ,宫振鸣 ,李雪华 . 可编程序控制器的系统设计与应用实例 . 北京机械工业出版社 ,20002 袁任光 . 可编程序控制器 ( PC) 应用技术与实例 . 广州 :华南理工大学出版社 ,20013 胡俊达 ,刘祖润 . 毕业设计指导 (电气类专业适用 ) . 北京 :机械工业出版社 ,1996收稿日期 :2003 - 02 - 20作者简介 :胡俊达 (1982 - ) ,男 ,湖南长沙人 ,湖南工程学院电气与信息工程系副教授。 (编辑 李秀敏 )552003年第 7期 1995-2007 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
