一種斗笠式刀庫換刀宏程序的設(shè)計(jì)

張 俊

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089)

一種斗笠式刀庫換刀宏程序的設(shè)計(jì)

張 俊

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089)

對(duì)經(jīng)濟(jì)型及小型立式加工中心中常用的斗笠式刀庫換刀動(dòng)作流程進(jìn)行了分析與優(yōu)化，提出了一種可靠、高效的換刀宏程序。詳細(xì)介紹了該斗笠式刀庫換刀宏程序的設(shè)計(jì)思路，對(duì)還刀、取刀和換刀的概念及動(dòng)作過程進(jìn)行了定義，對(duì)宏程序中關(guān)鍵的PMC接口信號(hào)做了解釋說明。

斗笠式刀庫；宏程序；換刀；流程

斗笠式刀庫是一種不帶機(jī)械手的圓盤刀庫。這種刀庫刀具容量一般<24把，通過刀庫移動(dòng)及主軸、Z軸的配合實(shí)現(xiàn)換刀動(dòng)作，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便控制和成本較低的優(yōu)點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)型加工中心和小型立式加工中心中應(yīng)用廣泛。斗笠式刀庫的換刀要通過換刀子程序(宏程序)配合機(jī)床PMC程序加以實(shí)現(xiàn)。

1 斗笠式刀庫換刀過程分析

1.1 斗笠式刀庫換刀的流程

在加工中心上自動(dòng)換刀時(shí)，要通過換刀指令“M06 T××”來進(jìn)行。數(shù)控系統(tǒng)讀入程序中的換刀指令后，首先判斷要換的這把刀具是否已經(jīng)在主軸上了，若是，則不用執(zhí)行換刀命令，若不是，則可進(jìn)行下一步判斷，換刀指令是否為T0(即取消刀具功能，將主軸上現(xiàn)有刀具還入刀庫)，若換刀指令不為T0，則進(jìn)一步判斷主軸上是否有刀具，若主軸上本身無刀具，則只需將選好的刀具扣上主軸，若主軸上原本有刀具，則需要先將主軸上的刀具還入刀庫，然后再將所選刀具扣上主軸。斗笠式刀庫換刀流程圖如圖1所示。

圖1 斗笠式刀庫換刀流程圖

1.2 斗笠式刀庫換刀的過程

斗笠式刀庫的換刀動(dòng)作可分為3個(gè)：取刀、 還刀和換刀。 由于采用固定刀位(即刀套號(hào)就是刀具號(hào))管理方式，刀具的交換實(shí)際上是取刀和還刀這兩個(gè)動(dòng)作[1]。所謂取刀，是指從刀庫中將指令要求的刀具放置主軸上；所謂還刀，則是指將主軸上的現(xiàn)有刀具歸還入刀庫中。將其過程分解和優(yōu)化如圖2所示，共包括如下9個(gè)過程：1)主軸準(zhǔn)停，Z軸運(yùn)動(dòng)到換刀位置，如圖2a所示；2)刀庫旋轉(zhuǎn)到抓刀位置，如圖2a所示；3)刀庫右移前進(jìn)抓舊刀，如圖2b所示；4)主軸松刀；5)Z軸向上移動(dòng)以讓出刀庫旋轉(zhuǎn)位置，如圖2c所示；6)刀庫旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)刀位置，如圖2d所示；7)Z軸向下移動(dòng)至換刀位置，如圖2e所示；8)主軸夾緊所換新刀；9)刀庫左移后退，換刀結(jié)束，如圖2f所示。

上述9個(gè)過程中，1)～5)為還刀所需過程；4)～9)為取刀所需過程。若換刀指令為“M06 T××”，當(dāng)“××”為0時(shí)，則只需將主軸上原有刀具還回刀庫，即只進(jìn)行還刀動(dòng)作過程；當(dāng)“××”不為0且主軸上原本沒有刀具時(shí)，則只用將目標(biāo)刀取至主軸上，即只進(jìn)行取刀過程；當(dāng)“××”不為0且主軸上原本有另一把刀具時(shí)，則需完成還刀和取刀全部過程，即所謂換刀。

圖2 斗笠式刀庫換刀動(dòng)作過程圖

2 斗笠式刀庫換刀宏程序的設(shè)計(jì)

2.1 換刀宏程序的設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的換刀宏程序是基于FANUC0i系統(tǒng)的立式加工中心，有關(guān)宏程序中變量和語句的使用此處不再贅述，下述僅給出所設(shè)計(jì)的宏程序及注釋。

O9001

N10 IF[#1000EQ1]GO TO 290 (T代碼等于主軸刀號(hào))

N20 #199=#4003 (G90/G91 MODLE)

N30 #198=#4006 (G20/G21 MODLE)

N40 #197=#4005 (G98/G99 MODLE)

N20～N40三行是為保留進(jìn)入宏程序之前的模態(tài)信息。

N50 G91M19 (主軸準(zhǔn)停)

N60 IF[#1001EQ1]GO TO 220 (如果主軸上無刀則直接抓刀)

N70 G91 G30 P3Z0 (Z軸移動(dòng)到第三參考點(diǎn))

N80 M81 (刀庫準(zhǔn)備好使能)

N90 M83 (刀庫向右靠近主軸)

N100 G04 X0.5 (暫停0.5 s)

N110 M11 (主軸松刀)

N120 G04 X0.5 (暫停0.5 s)

N130 G91 G30 P2 Z0 (移動(dòng)到第二參考點(diǎn))

N140 IF[#1002EQ1]GO TO 180(如果是執(zhí)行T0指令，則無須抓刀)

N150 M82 (刀盤旋轉(zhuǎn))

N160 G91 G30 P3 Z0 (Z軸移動(dòng)到第三參考點(diǎn))

N170 G04 X0.5 (暫停0.5 s)

N180 M10 (主軸夾緊刀具)

N190 M85 (存儲(chǔ)刀號(hào))

N200 M84 (刀盤向左遠(yuǎn)離主軸)

N210 GO TO 280

N220 G91 G30 P2 Z0 (Z軸移動(dòng)到第二參考點(diǎn))

N230 M11 (主軸松刀)

N240 M82 (刀盤旋轉(zhuǎn))

N250 G04 X0.5 (暫停0.5 s)

N260 M83 (刀庫向右靠近主軸)

N270 GO TO 160

N280 G#199 G#198 G#197 (恢復(fù)模態(tài))

N290 M99 (結(jié)束換刀程序)

2.2 宏程序的解釋說明

2.2.1 M代碼的定義

M19：主軸準(zhǔn)停。

M10：主軸緊刀。

M11：主軸松刀。

M81：刀庫使能信號(hào)。

M82：刀盤旋轉(zhuǎn)。

M83：刀盤靠近主軸至抓刀位置。

M84：刀盤向左運(yùn)動(dòng)。

M85：存儲(chǔ)更新刀號(hào)。

2.2.2 接口信號(hào)的定義

#1000、#1001、#1002是系統(tǒng)變量，同時(shí)也是宏程序的接口輸入信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)PMC中的G54.0、G54.1、G54.2，通過“讀取”這幾個(gè)系統(tǒng)變量，就可以知道對(duì)應(yīng)接口輸入信號(hào)的狀態(tài)。當(dāng)相應(yīng)的輸入點(diǎn)(即G54.0～G54.2)接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的變量值為1，否則變量值為0[2]。

#1000 (G54.0)：判斷指令T代碼和主軸上的刀具號(hào)是否一致，若一致，則#1000=1。

#1001 (G54.1)：判斷指令主軸上刀號(hào)是否為0，若為0，則#1001=1。

#1002(G54.2)：判斷主軸上是否有刀具，若沒有刀，則#1002=1。

2.2.3 宏程序的運(yùn)行情況

根據(jù)實(shí)際換刀過程中可能出現(xiàn)的情況，若換刀指令要求的刀具號(hào)和主軸上原有的刀具號(hào)一致，說明不需要執(zhí)行換刀過程，則數(shù)控系統(tǒng)PMC信號(hào)G54.0為1，#1000即為1，宏程序第一行條件滿足，直接跳轉(zhuǎn)至最后一行，換刀宏程序結(jié)束[3]。若換刀指令要求的刀具號(hào)和主軸上原有的刀具號(hào)不一致，宏程序分成3種不同情況運(yùn)行。

1)主軸上無刀(#1001=1)，程序中有換刀指令T××，則宏程序運(yùn)行過程為：主軸準(zhǔn)停→Z軸運(yùn)動(dòng)至第二參考點(diǎn)(準(zhǔn)備抓刀)→主軸松刀→刀盤旋轉(zhuǎn)→暫停0.5 s→刀盤向右→Z軸運(yùn)動(dòng)至第三參考點(diǎn)(抓刀)→主軸夾緊刀具→儲(chǔ)存刀號(hào)→刀盤向左，換刀結(jié)束。

2)主軸上有刀(#1001=0)，程序中有換刀指令T0，則宏程序運(yùn)行過程為：主軸準(zhǔn)?！鶽軸運(yùn)動(dòng)至第三參考點(diǎn)(準(zhǔn)備抓取主軸上原有刀具)→刀庫準(zhǔn)備好→刀庫向右→暫停0.5 s→主軸松刀→刀盤向左，換刀結(jié)束。

3)主軸上有刀(#1001=0)，程序中有換刀指令T××，則宏程序運(yùn)行過程為：主軸準(zhǔn)?！鶽軸運(yùn)動(dòng)至第三參考點(diǎn)(準(zhǔn)備抓取主軸上原有刀具)→刀庫準(zhǔn)備好→刀庫向右→暫停0.5 s→主軸松刀→Z軸運(yùn)動(dòng)至第二參考點(diǎn)→刀盤旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)刀位→暫停0.5 s→Z軸運(yùn)動(dòng)至第三參考點(diǎn)(抓刀)→主軸夾緊刀具→儲(chǔ)存刀號(hào)→刀盤向左，換刀結(jié)束。

3 結(jié)語

刀庫的換刀過程最終需要數(shù)控系統(tǒng)PMC程序的配合以及必要的參數(shù)設(shè)定才能完成，但換刀過程主要是通過宏程序進(jìn)行控制，許多文獻(xiàn)和教材對(duì)這部分內(nèi)容闡述不夠詳細(xì)，這里給出的斗笠式刀庫換刀宏程序設(shè)計(jì)思路和宏程序詳解，希望對(duì)從事數(shù)控機(jī)床維修的學(xué)習(xí)者有所幫助。

[1] 呂洋. 淺談斗笠式刀庫的控制流程[J]. 科技創(chuàng)業(yè)家，2013(18):235-236.

[2] 劉江，盧鵬程，許朝山. FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC編程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3] 何彩穎，楊金鵬. 數(shù)控車床六方刀架換刀PMC編程設(shè)計(jì)[J].新技術(shù)新工藝，2013(7)：49-52.

責(zé)任編輯彭光宇

DesignofaMagazine-styleHatsATCMacroProgram

ZHANG Jun

(Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi’an 710089，China)

The analysis and optimization is done to the economic model and small vertical machining centers hats style magazine ATC operating flow. Present a reliable and efficient tool change macro. Detailedly introduce the design ideas of the bamboo hat type changing tool of macro program, the concept and action process on the returning knife, getting knife and changing knife is defined, and the PMC interface signal of the key macro program is explained.

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TP 23

:A

張俊(1978-),男，副教授，碩士，主要從事數(shù)控加工、數(shù)控機(jī)床維修等方面的研究。

2015-02-02