高速卧式加工中心刀库操作控制研究

宫生龙 付柄智

摘 要：刀库是数控机床操作控制过程中相对复杂的部分，电气设计其操作控制方式是否合理，决定了操作控制是否便捷、稳定和安全，并且通过对数控系统相关参数以及程序编写，实现高效率、低故障率、低成本的加工需求。

关键词：电气设计；刀库；系统参数

中图分类号：TG659 文献标志码：A

0 引言

刀库是数控机床的核心部件，电气设计其操作控制方式的合理性，影响着对其操作控制的便捷性、稳定性和安全性。该文以沈阳机床的高精度高速卧式铣镗加工中心HMC63h为例阐述了刀库操作控制过程。刀库可容纳60把刀具，换刀方式为固定点换刀，具有预选刀功能。

1 具体设计控制方法

1.1 刀库操作面板

刀库操作面板包括的按钮有：修调模式、其他、小车、机械手、主轴松/夹刀、刀具松/夹、换刀门开/关、前进/后退、刀链正转、旋转、刀链反转、外抽/进给。

操作的顺序和按钮选择及动作含义如下：a. 其他 + 换刀门开/关（换刀门开）。b. 小车 + 刀具松/夹（传送小车刀具松开）。c. 小车 + 外抽/进给（传送小车取刀）。d. 小车 + 刀具松/夹（传送小车刀具夹紧）。e. 小车 + 前进/后退（传送小车前进主轴侧）。f. 小车 + 旋转（传送小车摇摆90°，同时机械手手爪松开（等待位））。g. 机械手 + 旋转（机械手扣刀0°→90°（或180°→270°），均正转）。h. 机械手 + 刀具松/夹（机械手手爪夹紧）。i. 小车 + 刀具松/夹（主轴刀具松开，同时传送小车刀具松开）。j. 机械手 + 前进/后退（机械手前进拔刀）。k. 机械手 + 旋转（机械手交换刀具90°→270°（或270°→90°），均正转）。l. 机械手 + 前进/后退（机械手后退插刀）。m. 小车 + 刀具松/夹（主轴刀具夹紧，同时传送小车刀具夹紧）。n. 机械手 + 刀具松/夹（机械手手爪松开）。o. 机械手 + 旋转（机械手回竖直状态270°→180°（或90°→0°），均反转）。p. 小车 + 旋转（传送小车摇摆回0°，同时机械手手爪夹紧）。q. 小车 + 前进/后退（传送小车回退至刀库侧（当前换刀点刀套必须空闲））。r. 小车 + 刀具松/夹（传送小车刀具松开）。s. 小车 + 外抽/进给（传送小车退刀）。t. 小车 + 刀具松/夹（传送小车刀具夹紧）。u. 其他 + 换刀门开/关（换刀门关）。v. 其他 + 主轴松/夹刀（主轴刀具松开，同时传送小车刀具松开（同第i步））。w. 其他 + 主轴松/夹刀（主轴刀具夹紧，同时传送小车刀具夹紧（同第m步））。x. 其他 + 刀链正转（刀库刀链正向旋转）。y. 其他 + 刀链反转（刀库刀链反向旋转）。

本机床刀库安装60把。使用“T”指令任意调用刀库中的刀具，在自动方式下用“M06”指令实现刀具交换。

1.2 刀具自动调用及交换

在MDI或AUTO方式下，程序中写入：

Txxx

M06

其中，xxx为所调刀具号，Txxx为选刀，M06刀具交换指令。

1.3 手动换刀

在点动模式下，务必将主轴和坐标轴手动走到换刀点，否则易发生刀具与主轴碰撞事故。X轴换刀坐标在参数14514第[0]位中，Y轴换刀坐标在参数14514第[1]位中，Z轴换刀坐标在参数14514第[2]位中，主轴换刀坐标在参数14514第[3]位中。需要特别注意的是对机床用户、刀链及机械手的手动操作只能在 "JOG"方式下进行。机械手或刀链的手动操作属于危险操作，操作错误可能造成机床损坏或人身事故。务必请确认机床动作没有危险结果后再操作。

1.4 找刀

刀库具有预选刀功能，也就是说在加工期间，只要满足刀链旋转条件，就可以提前把下一个加工刀具转至换刀点等待。

例：T10

G53G90G00 X100

上述程序的动作是：在X轴进给期间，同时把T10转至换刀点。当在程序中所编入的Txxxxx代码已经在主轴上时，则程序跳过M06换刀指令，执行下一条程序。

1.5 刀具交换位置

只有当X轴、Y轴、Z轴、主轴返回交换位置后，刀库的手动修调和刀具的自动交换才可进行。

MD14514（0） 设置X轴位置

MD14514（1） 设置Y轴位置

MD14514（2） 设置Z轴位置

MD14514（3） 设置SP轴位置

1.6 换刀

换刀子程序为TOOL，此子程序由机床制造者提供，用户不可更改。换刀条件：机床各轴返回换刀点，主轴定向完成。在工件程序中，编入M06即可执行换刀操作。找刀或换刀异常中断的处理 ：当在找刀或换刀过程中，按复位键或急停或由于机械、液压等故障出现时，找刀及换刀的自动执行被中断。此时应检查主轴、机械手及刀具数据表中的刀号，并把它恢复成实际位置一致即可，再用刀库手动操作盒，把机械手恢复到待机位置，之后按复位键清除报警，报警清除后程序可继续。

1.7 刀具表

按【参数】键，即可显示出刀具表。

在表中：第一行是主轴上的刀号，第二行第三行是机械手上的刀号，第四行及以下的是刀库里的刀号。再按【刀库】键，在显示界面中点【移位】键，就能把刀具表里的刀具移位。刀具表里的刀号移到实际位置后还需要检查换刀小车里的刀号和实际位置一样不一样。点【诊断】键再按【NC/PLC变量】键进入界面，其中DB112.DBW96里面的数据是换刀小车里的刀号，点更改就可以把里面的刀号修改成需要的刀号。

2 刀库相关常见报警及故障处理

具体报警号及内容如下：

（1）700014刀库电机空开跳开；产生状态及原因：刀库电机空开未接通。措施：闭合刀库电机空开。

（2）700015刀库机械手电机空开跳开。产生状态及原因：刀库机械手电机空开未接通。措施：闭合刀库机械手电机空开。

（3）700250机床没在换刀点。产生状态及原因：机床没在换刀。措施：将机床走至换刀点。

（4）700252刀库缺少主轴停止。产生状态及原因：主轴未停止。措施：使主轴停止在换刀角度。

（5）700254刀库缺少计数到位。产生状态及原因：刀库缺少计数到位。措施：进行刀库回零操作。

（6）700255刀庫缺少门开到位。产生状态及原因：刀库缺少门开到位。措施：检查机械手门开关位置。检查机械手门开关线路。检查气源和换刀门阀组。

（7）700300刀库找刀时缺少计数到位。产生状态及原因：刀库找刀时缺少计数到位。措施：检查刀库停止位置。检查刀库计数开关线路。

（8）700303ATC原点到位信号丢失。产生状态及原因：机械手原点信号未到达。措施：检查机械手原点信号线路。检查机械手位置。

（9）700306刀库刀套收回信号丢失。产生状态及原因：刀库刀套收回信号丢失。措施：检查刀套收回开关线路。检查气源及刀套反转阀组。

（10）700307刀库ATC停止开关丢失。产生状态及原因：机械手停止。

（11）700332刀库缺少机械手原点到位。产生状态及原因：刀库缺少机械手原点到位；措施：检查机械手原点信号线路。检查机械手位置。

（12）700334刀库缺少刀套伸出到位。产生状态及原因：刀库缺少刀套伸出到位。措施：检查刀套伸出开关线路。检查气源及刀套伸出/收回阀组。

3 结语

刀库是数控机床的核心部件，其操作控制过程需要电气设计人员根据实际生产加工需求进行灵活调整，保证换刀过程的效率、稳定和安全等性能。希望该文能够为相关工作人员提供借鉴和参考。

参考文献

[1]王薇.深入浅出西门子运动控制器[M].北京：机械工业出版社，2003：253-262.