機(jī)械手刀庫安全控制的研究

耿欣，顧紅光

(1.沈陽工學(xué)院，遼寧撫順 113122;2.沈陽機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司，遼寧沈陽 110142)

0 前言

某單位為一汽大眾公司提供的一臺(tái)臥式加工機(jī)床，該機(jī)床應(yīng)用了臺(tái)灣基輔盤式刀庫且?guī)C(jī)械手刀臂，共16把刀具。刀庫的程序編制非常重要，如果考慮不周很可能造成刀庫機(jī)械手撞刀事件發(fā)生，大大影響機(jī)床使用效率及加工精度。同時(shí)此刀庫的刀位計(jì)數(shù)檢測裝置為接近開關(guān)而非編碼器，所以如果發(fā)生開關(guān)誤晃或漏晃現(xiàn)象，則刀號會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，造成錯(cuò)誤選刀加工，引起刀具斷裂或工件損壞以及機(jī)床損壞事件，因此對這兩方面的安全程序編制非常重要。本文作者介紹了該種刀庫的工作流程，并對可能發(fā)生的安全隱患及避免隱患發(fā)生的程序編制都做了詳細(xì)說明。

1 刀庫控制順序

刀庫控制順序如下:

(1)選刀(刀盤旋轉(zhuǎn)，就近選刀旋轉(zhuǎn));

(2)刀盤數(shù)刀及定位(刀盤分度馬達(dá)定位停止);

(3)倒刀(氣缸伸出使刀具從刀庫中分離出來準(zhǔn)備換刀);

(4)倒刀到位信號確認(rèn)(氣缸伸出到位開關(guān)信號檢測);

(5)換刀機(jī)械手旋轉(zhuǎn)抓刀(換刀機(jī)械手從原點(diǎn)位置旋轉(zhuǎn)至水平位置抓刀);

(6)換刀機(jī)械手抓刀確認(rèn)(機(jī)械手抓刀到位信號檢測);

(7)主軸夾刀松開(油缸伸出使主軸上刀具松開);

(8)松刀確認(rèn)(松刀到位開關(guān)檢測);

(9)換刀機(jī)械手旋轉(zhuǎn)換刀到位(換刀機(jī)械手旋轉(zhuǎn)180°實(shí)現(xiàn)換刀);

(10)主軸夾刀夾緊并確認(rèn)(油缸退回使主軸上刀具夾緊);

(11)回刀及定位(氣缸縮回使機(jī)械手刀具回到刀庫中);

(12)回刀確認(rèn)(氣缸退回到位開關(guān)信號檢測);

(13)機(jī)械手刀臂回原位并確認(rèn)(機(jī)械手馬達(dá)旋轉(zhuǎn)回到原位并確認(rèn));

(14)換刀動(dòng)作完成。

此刀庫共有兩個(gè)氣動(dòng)閥控制氣缸伸出、退回使刀具從刀庫中分離，一個(gè)液壓閥控制主軸松夾刀、一個(gè)刀盤旋轉(zhuǎn)馬達(dá)來進(jìn)行選刀旋轉(zhuǎn)、一個(gè)機(jī)械手換刀馬達(dá)進(jìn)行機(jī)械手換刀。刀盤中有一個(gè)數(shù)刀計(jì)數(shù)開關(guān)、一個(gè)刀盤原點(diǎn)開關(guān)、機(jī)械手中有原位及抓刀位置兩個(gè)開關(guān)。

2 刀盤數(shù)刀計(jì)數(shù)開關(guān)控制程序

(1)刀盤計(jì)數(shù)

從1號刀套反轉(zhuǎn):

A M

0．0

A(

L DB140．DBW 48刀盤號存儲(chǔ)

L 1

＜I

)

="M1201"

反轉(zhuǎn)送16:

A"M1201"

JNB_001

L W#16#16

T MW 150中間存儲(chǔ)器

_001:NOP 0

從16號刀套正轉(zhuǎn):

O(

L DB140．DBW 48

L 16

＞I

)O

A"Chan1"．MDyn［15］M15刀盤初始化

A"14512_0"．MD_14512_0_4危險(xiǎn)模式

A"SQ467"刀盤原點(diǎn)信號

="M1200"

正轉(zhuǎn)送1:

A(

O"M1200"

O

A"Chan1"．MDyn［15］

A"14512_0"．MD_14512_0_4

A"SQ467"

)

JNB_002

L W#16#1

T MW 150

_002:NOP 0

刀盤計(jì)數(shù):

A"I474"刀盤數(shù)刀開關(guān)

FP M 101．3

A"KA14L"刀盤分度馬達(dá)正轉(zhuǎn)

CU C 11

A"I474"

FP M 101．4

A"KA15L"刀盤分度馬達(dá)反轉(zhuǎn)

CD C 11

A(

A(

O"M1200"

O"M1201"

)

FP M 101．5

O M 0．6

)

L MW 150

SC 11

NOP 0

L C 11

T DB140．DBW 48

NOP 0

NOP 0

(2)計(jì)數(shù)開關(guān)處理

刀盤計(jì)數(shù)開始:

A"I474"

FN M 104．1

SM 105．0

刀盤第二個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)

A"I474"

FP M 104．2

O"SB37"復(fù)位按鈕

R M 105．0

兩個(gè)脈沖間隔時(shí)間

A M 105．0

FN M 106．0

JNB_003

L T 51

T MW 400

_003:NOP 0

時(shí)間間隔比較

A M 105．0

FN M 106．1

JNB_004

L MW 400

L"14512_0"．MD_14510_15間隔最小時(shí)間設(shè)置

＜I

S"ALMSG_DB"．A700009

L MW 400

L"14512_0"．MD_14510_16間隔最大時(shí)間設(shè)置

＞I

S"ALMSG_DB"．A700010

_004:NOP 0

A"I53"

R"ALMSG_DB"．A700009刀盤開關(guān)抖動(dòng)報(bào)警

R"ALMSG_DB"．A700010刀盤開關(guān)漏數(shù)報(bào)警

刀盤計(jì)數(shù)開關(guān)為接近開關(guān)計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)侗P開始旋轉(zhuǎn)則有一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖下降沿被觸發(fā)，當(dāng)?shù)较乱坏短孜恢脮r(shí)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖上升沿被觸發(fā)，這個(gè)間隔的時(shí)間應(yīng)該是個(gè)定值，如果超出這個(gè)范圍可能發(fā)生錯(cuò)誤。多次試驗(yàn)得出結(jié)論，當(dāng)?shù)侗P從一個(gè)計(jì)數(shù)開關(guān)下降沿到下一個(gè)計(jì)數(shù)開關(guān)上升沿的時(shí)間間隔為70～80 ms之間，所以當(dāng)小于70 ms或大于80 ms時(shí)計(jì)數(shù)開關(guān)信號時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)就會(huì)提示報(bào)警。這樣刀盤開關(guān)損壞或發(fā)不出信號及檢測時(shí)發(fā)生抖動(dòng)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)基本解決。因?yàn)?40Dsl的程序在系統(tǒng)中不能更改，所以在這里把這個(gè)范圍參數(shù)編輯在界面中，如果長久使用后，刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)間出現(xiàn)減慢現(xiàn)象，操作者可以直接通過操作界面的兩個(gè)參數(shù)重新設(shè)置這兩個(gè)檢測時(shí)間。

3 刀庫防撞功能編輯

(1)自動(dòng)換刀時(shí)換刀點(diǎn)錯(cuò)誤報(bào)警。

讀取系統(tǒng)坐標(biāo)值

A(

O"M230"

ON"M230"

)

AN"M230"

="M230"實(shí)時(shí)脈沖

CALL"GET"，DB130

Req:="M230"

NumVar:=3

Addr1:="ch1_ax"．C1_SEMA_measPos21_6

實(shí)時(shí)檢測x軸坐標(biāo)位置

Unit1:=

Column1:=

Line1:=

Addr2:="ch1_ax"．C1_SEMA_measPos12_5

實(shí)時(shí)檢測y軸坐標(biāo)位置

Unit2:=

Column2:=

Line2:=

Addr3:="ch1_ax"．C1_SEMA_measPos23_6

實(shí)時(shí)檢測z軸坐標(biāo)位置

Unit3:=

Column3:=

Line3:=

Addr4:=

Unit4:=

Column4:=

Line4:=

Addr5:=

Unit5:=

Column5:=

Line5:=

Addr6:=

Unit6:=

Column6:=

Line6:=

Addr7:=

Unit7:=

Column7:=

Line7:=

Addr8:=

Unit8:=

Column8:=

Line8:=

Error:=

NDR:=

State:=

RD1:=MD500 x軸坐標(biāo)位置存儲(chǔ)器

RD2:=MD504 y軸坐標(biāo)位置存儲(chǔ)器

RD3:=MD508 z軸坐標(biāo)位置存儲(chǔ)器

RD4:=

RD5:=

RD6:=

RD7:=

RD8:=

x軸坐標(biāo)與換刀點(diǎn)坐標(biāo)比較

L MD 500

L"14512_0"．MD_14514_160 x軸換刀點(diǎn)位置

－R

T MD 600

L MD 600

ABS

T MD 600

L MD 600

L 1．000000e+000

＞R

=M 650．0

y、z軸換刀點(diǎn)位置比較同上。

A(

A(

O M 650．0 x軸換刀點(diǎn)位置超差

O M 650．1 y軸換刀點(diǎn)位置超差

O M 650．2 z軸換刀點(diǎn)位置超差

)

A(

O"Chan1"．MDyn［12］換刀啟動(dòng)M12

O"Chan1"．MDyn［13］換刀啟動(dòng)M13

)

O"ALMSG_DB"．A700002換刀點(diǎn)錯(cuò)誤報(bào)警

)

AN"SB37"復(fù)位按鈕

="ALMSG_DB"．A700002

(2)手動(dòng)換刀主軸未在安全位置報(bào)警

L MD 500

L"14512_0"．MD_14514_176 x軸手動(dòng)換刀

安全位置

＜=R

="M555"

A"SB554"刀庫機(jī)械手點(diǎn)動(dòng)按鈕

A"M555"

A"DB99"．DB_VAR123刀庫調(diào)試狀態(tài)生效

="ALMSG_DB"．A700404 x軸位置危險(xiǎn)，機(jī)械手禁止啟動(dòng)報(bào)警

刀庫防撞主要是防止刀庫機(jī)械手與主軸相撞，分兩種情況，一是自動(dòng)換刀時(shí)換刀點(diǎn)位置誤差過大，另一種是在手動(dòng)調(diào)整時(shí)主軸在機(jī)械手旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)發(fā)生碰撞。手動(dòng)調(diào)整時(shí)只要控制x軸的位置不在機(jī)械手運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)即可，y、z軸位置對機(jī)械手運(yùn)動(dòng)沒有影響。以上程序?qū)@兩種情況都進(jìn)行了處理，避免了刀庫機(jī)械手由于系統(tǒng)故障或人為操作不當(dāng)而引發(fā)碰撞事件的發(fā)生。

4 結(jié)束語

通過以上程序?qū)Φ侗P計(jì)數(shù)信號的安全處理及機(jī)械手換刀安全措施的保護(hù)，此刀庫已經(jīng)成功正常在用戶運(yùn)轉(zhuǎn)一年多時(shí)間，從未發(fā)生撞刀等意外事件。對機(jī)床的生產(chǎn)效率及使用壽命及精度有了很大的保障。

［1］SINUMERIK 840D solution line簡明調(diào)試手冊．2012．

［2］西門子(中國)有限公司STEP 7 V5.2編程手冊．2003．