数控铣床自动换刀控制程序设计

数控铳床自动换刀控制程序设计

目录

1结论.....................................1

2数控铳床自动换刀控制系统设计基础................................4

2.1数控系统概述..................................................4

2.1.1数控系统特点............................................4

2.1.2控制系统简介............................................4

2.2数控机床电气控制系统.........................................4

2.3链式刀库概述..................................................6

2.3.1刀库定义.................................................6

2.3.2链式刀库................................................6

2.3.3链式刀库换到动作流程....................................7

2.3.4刀库控制系统工作原理...................................10

2.4本章小结.....................................................12

3数控铳床自动换刀控制系统程序设计................................“・・13

3.1总体流程设计.................................................13

3.1.1刀具预选流程设计.......................................13

3.1.2换刀流程设计...........................................14

3.2刀具预选各功能模块设计.......................................16

321刀库换刀的反馈信号......................................16

3.2.2刀库容量的控制.........................................16

3.2.3刀库计数及定位信号处理.................................17

3.2.4T码到达准备...........................................18

3.2.5刀库旋转控制............................................19

326刀库旋转方向判断........................................20

3.3刀具交换功能模块设计.........................................21

3.3.1搬运机械手插拔到和转位控制.............................21

3.3.2交换刀具机械手控制.....................................22

3.3.3主车由松刀...............................................23

3.3.4刀具交换...............................................24

3.3.5主车由紧刀...............................................24

3.3.6还刀控制...............................................24

3.4本章小结......................................................24

结论.............................................................25

参考文献................................26

1绪论

1.1研究背景及意义

随着我国工业，模具制造业、机械加工业的巨大发展，使得数控机床的哽用

越来越普遍，而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。而卧式加工中心

以结构复杂，自动化程度高，换刀复杂，控制轴数多，全闭环控制等在目前中国

市场上还有非常大的提高空间。

卧式加工中心的可靠性主要取决于机械结构和控制系统的可靠性。自动换刀

机构是影响加工中心可靠性的非常重要的功能部件。自动换刀机构由自动换刀装

置和可以储存多把刀具的刀库组成，由PMC程序进行控制，可以自动完成各种

不同的加工需求，如铁削、钻孔、膛孔、攻丝等。可节省大量空间和时间，工作

效率大幅度提高，能满足高效快捷的现代生产环境，是现代智能型加工企业必然

的选择。因而，它在数控加工中能否快速、准确地换刀也是影响加工中心发挥高

效、高可靠性的重要因素。根据相关统计资料显六，刀库部分的故障率占到了机

床整机故障率的25%。

卧式加工中心的刀库容量一般都在40把以上，刀具与主轴上的刀具交换往

往是通过中间刀位进行交换，那么交换机构的可靠性直接影响ATC的工作效率。

即影响到数控机床本身的效率、可靠性和可维护性。针对这个要求，本设计的主

要目的就是卧式加工中心链式刀库的顺序换刀迸行PMC控制系统的软硬件设计,

使换刀动作过程清晰明确；数控加工过程中换刀程序使用简单方便；系统工作稳

定性好，可靠性高；维护过程简单、直观、方便。

另外，此课题的研究也是基于本人对某企业的卧式加工中心的研发与技术改

造课题的研究。主要解决企业设备的更新换代和设备系统控制的同一性、可靠性

的要求。

1.2自动换刀装置的研究现状

1952年，麻省理工学院在一台立式铳床上，装上了一套试验性的数控系统，

成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控

机床。到了1954年11月，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司正式生

产出来。在此以后，从I960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续

开发、生产及使用了数控机床。

数控机床的出现是工业革命的又一个标志，它将多工序(钻、铳、铿、较、

攻丝)加工集于一身，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话

式自动编制程序的数控装置，数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控

刀具破损和自动检测工件等功能。带自动换刀装置的数控机床(加工中心)相继问

世。20世纪70年代后，数控机床进入了发展的黄金期，各种高性能、高可靠性

及高传动精度的加工中心不断现，立式、卧式加工中心相继问世。美国、德国、

日本等制造强国在数控加工中心的研发方面取得了巨大成就。

数控加工中心是一种带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围

内进行多种加工操作的数控机床。加工中心按主轴在空间的位置可分为立式加工

中心(VerticalmachiningcenterVMC)与卧式加工中心(HorizontalMachiningCenter,

HMC)O在加工中心上加工零件的特点是：被加工零件经过一次装夹后，数控系

统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具；自动改变机床主轴转速、进给

量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，依次完成工件几个面上多工序的

加工。并且有多种换Z或选刀功能，从而使生产效率大大提高。由于工序的集中

和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达

到机床开动时间的8()%左右(普通机床仅为15〜20%);同时也减少了工序之间的

工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。

卧式加工中心的发展动向是智能化、高速化、高精度和愈发完善的各种机能。

卧式加工中心是数控机床的典型代表，是集计算机，PLC,伺服驱动等典型机电

一体化机械加工设备，我国从70年代开始研发制造，己有很大发展。

在卧式加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置(AutomaticTool

Changer,ATC),而自动换刀装置的结构，自动化程度，控制方式，执行能力等，

将直接影响加工中心的档次，加工效率等，从目前情况看，卧式加工中心的主机

部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的

部分。它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制

造厂家都在下大力研制，动作迅速、准确、可靠性高的自动换刀装置，以求在激

烈的竞争中取得好效益，正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都

在保密，极少公开有关资料。

2

1.3本文主要内容

本文主要包括以下几个方面：

(1)介绍了卧式加二中心链式刀库，包括刀库的概念、基本结构以及国内外

的研究现状等：介绍了数控系统的概念和FANUCOi-MD系统的特点；介绍了

PMC的概念和特点。

(2)详细说明了卧式加工中心链式刀库换刀的动作流程和原理；说明了捱式

刀库硬件控制线路的基本结构和常用电器元件；说明了链式刀库软件控制系统献

基本结构和PMC的内部资源。

(3)设计出了卧式加工中心刀座控制的PMC程序。

最后对本设计进行了总结。

3

2数控铳床自动换刀控制系统设计基础

2.1数控系统概述

2.1.1数控系统特点

数控(NumericalControl,简称NC)系统是利用数字化信息对机械运动及加工

过程进行控制的一种方法。早期的数控系统是由硬件电路构成的称为硬件数控

(HardNC),1970年代后，硬件电路元件逐步由专用的计算机替代。

计算机数控(Computerizednumericalcontrol,简称CNC)系统是用计算机控制

加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程

序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置，用于控制

自动化加工设备的专用计算机系统。

CNC系统由输入输出装置、数控装置、伺服系统、可编程逻辑控制器(PIC),

主轴驱动装置和检测装置等组成

2.1.2控制系统简介

FANUC数控系统是数控机床上使用最广的,其全球市场占有率在50%以上。

FANUCOi-MD系统是由FANUC公司推出的高性价比的产品之一。该系统采用

FANUC30i/31i/32i平台技术，数字伺服采用HRV3及HRV4,可以具有纳米插补

功能，可以实现高精度纳米加工。同时具备AI轮廓控制/AI纳米轮廓控制功能

(AIContourcontrol/AInanaContourcontrol)用于高速、高精度、小段程序、多坐标

联动加工。可减小用于加减速引起的位置滞后和由于伺服的延时引起的而且随着

进给速度增加而增加的位置滞后，从而减小轮廓加工误差。

FANUC数控系统除了能控制控制伺服电动机和主轴电动机动作外还有一部

风就是控制辅助电气部分的PMCoFANUC数控系统在PMC配置上也有了比较大

的改进，采用新版本的FLADDER-HI梯形图处理软件，增加到了125个专用功

能指令，并且可以自己定义功能块，可以实现多通道PMC程序处理，兼容C语

言PMC程序。

2.2数控机床电气控制系统

数控机床电气控制系统主要由控制系统(CNC)、伺服单元、主轴单元、司服

电机、主轴电机、中间搬运伺服电机、液压系统、显示及输入装置(LCD/MDI)、

4

操作面板、控制按钮、检测开关及其他辅助设备等部分组成。通过标准程序的输

入，CNC可控制机床中各外部设备的运动，并发出相应的辅助功能(M,S,T)

指令，PMC根据CNC指令及检测开关、控制按钮的状态，协调整机运动，从而

保证机床能正确、可靠地实现操作者所需的各个动作。

各主要部件的功能如下：

(1)数控系统系统(CNC)

CNC是整个机床控制的核心，它主要用来对各坐标轴的位移进行控制(包括

移动速度、方向、位置等)，以及主轴运动的控制［包括速度、位置、定向等)，此

外还把PMC需要的系统信息进行综合运算(M,S,T)等。

(2)可编程机床控制器(PMC)

PMC主要处理数控机床中的开关量信号以及刀库位置运算等，如冷却的开/

关，主轴的正转/反转、刀库的旋转、换刀机械手的交换、防护门的开关、以及

外部报警等内容的输出及保护等。同时还负责机床和CNC之间的通讯，以保证

机床动作的正常，可靠执行。

(3)伺服放大器(SV)

伺服的作用是根据CNC插补运算输出的控制给定值，控制各坐标轴伺报电

机及主轴伺服电机完成速度、位置等运动，保证机床有良好的动，静态特性，从

而实现正确定位，力口/减速及稳速控制。

(4)显示及手动数据输入装置(LCD/MDI)

LCD/MDI是数控系统的人机界面，是操作者与数控系统之间人机交互的媒

介,用于信息显示及手动数据录入,如刀库当前状态的显示,程序的显示及输入，

机床参数的设定及显示，刀具数据的设定及显示，PMC程序的显示与编辑,报

警内容显示等。

(5)输入/输出装置(I/O)

输入装置与外部发信装置(如按钮开关、接近开关、霍尔元件等)相连，用来

接收外部信号(DC24V或0V)并传送到PMC中去，完成逻辑运算。

输出装置与外部被控装置(如辅助继电器、换向阀、液压阀、气动阀等)相连，

用来控制PMC输出到外部的控制信号。

(6)操作面板

5

操作面板数控机床控制各个功能的输入设备，集控制方式、进给轴、主轴、

冷却、照明、润滑、刀库等部分的控制输入。是PMC各个功能的输入端。

2.3链式刀库概述

2.3.1刀库定义

刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置，包括

自动换刀机构和可以储放多把刀具的刀库。刀库的主要功能就是在机床加工中提

供所需要的刀具。

刀库的运行由数控系统和PMC程序控制，当数控系统收到换刀指令时，控

制液压和驱动装置使刀库开始旋转运行进行选刀，同时数刀信号进行刀具位置检

测并揩信号输入到PMC进行运算，精确控制换刀机械手完成主轴与刀库或中间

位置进行换刀。

刀库系统的重要组成部件之一是刀具搬运机械手和刀具交换机械手。换刀机

构主要的作用是搬运刀具和执行刀具交换的动作,刀库与换刀机构必须同时存在。

2.3.2链式刀库

链式刀库一般应用在中大型数控加工中心上，刀库可储放较多数量之刀具，

一般都在20把以上有些可储放120把以上。（本文研究的链式刀库容量是180把），

它是藉由进条将要换的刀具传到指定位置，由机械手揩刀具装到土轴上。本设计

是以卧式加工中心的链式刀库的控制为例进行的开发和研究。

换刀时，链式刀库由液压马达驱动转动到正确的位置，由搬运机械手把刀具

搬运到中间交换位置，在由刀具交换机械手抓取并转到等待交换区等待，当有交

换命令执行时，机械手进行刀具的交换，并把换回的刀具放入中间位置，再由搬

运机械手把刀具放回对应的刀座内。具结构如图2.1所示。

6

链轮机械手臂

图2.1链式刀库结构图

233链式刀库换到动作流程

(1)选刀

如图所示，此刀库为双链刀库，没一个刀链有90个刀位，共180个刀位，

由于刀库容量大，刀库从1号刀位旋转到180号刀位需要很长时间，这样换刀效

率及其低下，所以在Z库中设置中间刀位，利用搬运机械手进行刀具的搬运，增

加预选功能，就是数控机床加工中下一把用的刀具预先选通，这样搬运机械手就

把刀库中对应的刀具搬运到中间刀位，由交换机械手事先抓取并等待交换，当交

换回的刀具再由机械手送回刀库。这样就能解决大容量刀具换刀时间长的问题了。

刀库选刀时，系统执行T指令(如T5),此时搬运机械手待命，刀库由液玉马

达驱动旋转进行选刀，液压系统在流量和压力上可以通过阀来控制，在通过定位

销对刀位定位,这样可以让刀位准确的停止到换到位置,刀库结构如图2.2所示。

7

4152JX?4)(26

图2.2刀库结构图

当刀链旋转刀位时，搬运机械手由伺服电机驱动在导轨上行走至抓到点，液

压缸伸出驱动刀臂前伸抓刀，此时驱动电机驱动至第二参考点（拔刀点），拔出刀

具，此时刀具从刀库中抓出。其中这些动作中的位置检测由接近开关输出（包括

刀臂伸出刀位、刀臂缩回刀位、刀臂180度旋转刀位等）。

搬运机械手抓取刀具后，由液压缸驱动旋转180度面向机床测，当检测旋转

刀位后，驱动伺服向前运动到中间刀位上，把刀具插入中间刀位，手臂后退松开

刀具，当手臂回退刀位后，等待主轴机械手抓取刀具。

主轴刀具交换机械手检测到中间位置有等待交换刀具时，机械手转向中间位

置并横向移动抓取刀具,到位后机械手沿轴线伸出拔刀，把刀具从中间刀位拔出,

到位后旋转45度，转到待交换区域。此时选刀完成。如图2.3所示。

8

rettldt

图2.3交换手臂动作示意图

（2）主轴定位

当有刀具交换指令（M06）被执行后，首先主轴返回第二参考点（刀具交换点一

主轴与刀具交换机械手平行且在一条直线上），并完成主轴定向（准停）。

（3）刀具交换

当主轴返回第二参考点（刀具交换点）主轴完成定向后，防护门打开（到位后）,

刀具交换机械手有液压缸推动在旋转45度，与主轴平行，如图2.4所示。检测

开关检测到位后，在庄液压缸推动平移，使交换机械手抓取主轴的刀具，检测开

关检测到位后，由旋转液压缸推动刀具交换机械手拔刀，交换。完成后手臂平行

回退，然后反向旋转45度到达等待位置，防护门关闭，主轴上的刀具交换完成。

9

图2.4刀具交换机械手90度转位

(4)还刀

主轴刀具交换完成后，刀具交换机械手上抓取的是从主轴上交换回来的刀具,

此时必须把刀具还回刀在，同时还要抓取新的刀具在等待区等待。刀具交换机械

手反转45度，对准中间刀位，手臂缩回，把刀具放入中间位置，刀具交换机械

手平行移回等待新的刀具。

搬运机械手以抓刀相反的动作将中间位置的刀具运回刀库指定位置，完成后

将根据数控加工程序中的T指令将下一把刀具搬运至中间位置，由刀具交换机械

手抓取至等待区。以上动作每交换一把刀具都将重复一遍，刀库动作是不影响机

床正常的加工。

2.3.4刀库控制系统工作原理

通过对刀库换刀动作流程的分析可以看出,在数控加工过程中执行的过程中,

有两个指令在起作用一个是T指令，就是刀具选择指令，T指令是告诉系统程序

加工中需要的是哪把刀具，由刀库和搬运机械手共同完成，再由刀具交换机械手

抓取到等待位。另一个指令是M06刀具交换指令，完成等待区的刀具与主轴进

行交换，交换完成后完成还刀的动作，还刀动作刚好和抓刀的动作相反。整个控

制都是由液压系统完成，参与的器件由液压缸，液压马达等。位置检测由接近开

关完成,侮个动作完成都有位置检测，位置检测关系到下一步动作能否执行的条

10

件。其中搬运机械手是通过伺服系统驱动的，整个刀库的动作由机、电、液通过

系统程序和PMC程序共同完成，实现了电气和机械、液压联合控制。

通过与原理的分析，我们知道在数控加工过程中换刀是通过指令TXX和

M06来实现的，其中的XX为目标刀具号。其工作原理为：

⑴当数控加工程序执行指令TXX时，数控系统的通过T代码选通信号TF

有效，将XX的目标刀具号值送给PMC的刀具比较程序与刀库当前位置刀具号

进行比较，计算出目标刀具的步数，然后控制刀库液压马达旋转（旋转方向将根

据PMC运算确定最短路径，输出正转或反转信号）。此时数刀信号进行计数，当

计数结果与计算步数相等一致时，停止旋转并定位，此时刀库中的刀位就是将要

更换的新刀具，这样目标刀具停在了换刀的位置二，然后搬运机械手将刀具搬运

到换刀位置，再由刀具交换机械手抓取到等待区，这样完成了T码选刀与备刀的

动作。

⑵当执行到M06指令时，系统调用换刀宏程序09001（调用程序号9001的子

程序的M代码为M06参数（（No.6071）=6））进行主轴当前刀具和T码预选刀具的自

动交换。换刀子程序09001如下：

%

09001

IFW1OOOEQ1］（判断目标刀具是否在土轴上）

GOTO120

#199二#4003（把模态指令90或91赋予变量#199中）

M62（防护门打开）

Ml9（主轴定向准停）

GOG90G53X0（机械坐标系选择）

G91G30ZOY0住轴返回第二参考点）

M06（刀具交换）

G4X1.

G#199

N120M61（防护门关闭）

M99

%

II

程序中，GOO快速进给，G90绝对坐标编程，G53选择机械坐标系。调用程

序09001后，先是判断目标刀具是否在主轴上，如果在主轴上执行GOTO120直

接跳出换刀程序，如果判断刀具不在主轴上，将执行后续换刀动作。把模态指令

9()或91赋值到用户变量#199中，M62防护门打开，M19主轴定向，X,Y,Z

轴返回机械坐标系下的参考点位置。执行M06进行刀具交换(交换动作的信号都

在PMC中完成)。

(3)M16指令结束，表示自动换刀完成。最后执行指令M99从换刀子程，手返

回数控加工主程序，即换刀动作完成，进入下一条数控加工指令的执行。

2.4本章小结

本章重点讲述了卧式加工中心电气控制系统的硬件组成，介绍了卧式加工中

心链式刀库控制系统常用的电气元件;讲述了FANUC数控系统PMC的结构原理

及PMC的地址分配原则。刀库换刀的动作流程和换刀工作原理。为后续的硬件

电路设计和PMC程序的编制与研究打下良好的基础。

12

3数控铳床自动换刀控制系统程序设计

3.1总体流程设廿

根据卧加链式刀库的工作原理和电路图的结沟，本设计ATC控制程序大体

分为刀具运算部分（刀具预选备刀）和刀具交换（换刀）程序。

刀具备刀时，输入并执行T代码，经过PMC处理后，在刀具表中找到所选

刀具的刀位号并计算所需要的步数，确定刀链的正反转（就近选刀原则），以最短

路径把刀具转到位置。

当执行M06代码时，机床调用换刀子程序（）9001,实现刀具的交换，并乂相

反的路径进行换刀操作。

3.1.1刀具预选流程设计

因本设计为双链180把刀具的刀库，先以单个链条90把刀库为例，采田顺

序选刀的方式。首先编制刀具号对应表，FANUC寄存器D1010-D1101为90把

刀具的刀具表，其中D1010位主轴刀具号，其余的从D1011开始于1-90把刀具

---对应。

数据输入完成后，按照顺序选刀的算法，首先是T指令选通并把刀具赋置到

目标刀具寄存器中，以此判断刀具的位置和步数c刀具预选的流程图如图3.1所

Zjxo

13

图3.1选刀流程图

3.1.2换刀流程设计

由于卧加链式刀库换刀过程是顺序动作，本设计中的刀具交换采用的是步进

式编程，换刀动作顺序控制图如图3.2所示。

14

图3.2还刀动作顺序图

在刀具交换过程中，如果刀库和机械手动作不正确，可能造成设备损坏，M

至危及人身安全。因此PMC程序设计中对执行机构的各个动作进行必要的互锁

保护。总的设计要求如下：

(1)刀链正反转必须互锁；

(2)搬运机械手停止位置在抓刀位置时，刀链不能转动；

(3)ATC防护门不关闭时，机床各个迸给轴互锁(各轴不动作)；

(4)刀库门不打开，刀具交换机械手不能转向机床侧进行换刀；

(5)搬运机械手在抓刀位，伺服驱动装置不能运行；

(6)无主轴准停信号刀具交换机械手不能换刀；

(7)无主轴松刀信号，换刀机械手不能拔刀；

15

(8)无主轴紧刀信号，换刀机械手不能回退；

3.2刀具预选各功能模块设计

3.2.1刀库换刀的反馈信号

依据电气线路的设计可知,刀库位置检测输入信号分别在2组的I/O单元中,

而主轴的松紧刀的检测信号输入到了0组I/O单元的X8.6和X8.7上。其余刀库

信号都在2组的I/O单元中，本设计采用了子程序的方式进行的，这样程序具有

可读性，所有信号都经过R继电器进行变换。图3.3所示仅仅显示部分刀库控制

输入信号。

N01400XOO32.OR031s.4

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illV

AtW.W

N01401X0010.CR0J1S.7

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图3.3部分刀库位置检测输入信号

3.2.2刀库容量的控制

本设计主要是针对卧加链式刀库，刀库的容量180把的机床,不具有通用性,

所以在刀库容量上采用固定式设计，没有进行外部赋值选择刀库容量的设计。图

3.4为刀库容量设计PMC程序，可以看出把常数0,90,91,181分别以二进制

的形式赋予地址D1020,D20,D8,DI024a样就把刀库的容量限定在18()把刀

具。

16

NG0939*D*QVWAQ1A•A1KAVCT，

||

X629IISVB400001

LOG1KUMCB

0000000091

D00C8

INBX41

N0094。金96011ACT

||_______________C*fD4AAAA1

LII

LOG1

0000000090

D002C

N00S41R9091.1ACT

JL

A6B”IISUB4O0001

LOG1NUMEB

oooooocooo

D1020

-0

N00942DQAQ11ICT

||

D6644IISUB400001

LOG1NUMBB

0000000181

D1024

-181

图3.4刀库容量

3.2.3刀库计数及定位信号处理

根据地址赋值可知，刀库计数检测元件安装在液压马达上，通过线路连接在

PMC输入端的X33.1和X33.2上。在刀库正转标志信号80122.0有效时计数器工

作在加计数状态，反转标志信号80123.0有效时计数器工作在减计数状态。可用

PMC的二进制计数器实现增减计数,计数器预置地址为D20,计数地址为DIOlOo

当计数刀具与目标刀具相一致时驱动一致性比较输出标志位80125.1=1,切断刀

链液压马达的3仅动信号c实现刀库计数和定位°参考程序如图3.5和图3.6所示。

17

图中二进制计数器的计数条件信号来自于X33.1和X33.2共同作用。加减计数条

件由8123.0和8122.0两个旋转标志位决定，89091.1为PMC特殊功能寄存器常

为lo故CN0常为1,因此计数器从1开始计数。

N000C4R9091.1CKO

Fie—II—SUBSSD0020

LOCICTRC

R0121.SR0122.0UPDOWN

TPD1010

ROTDIR

A0123.0

—11

TSTCCW

R9091.1RST

LOCI

X0033.1X0033.2ACT

图3.5刀具计数程序

Y22.2为刀链转动岖动信号，8750.0为目标刀具与当前刀具数值是否一致标

志位，如果不一致输出为1,一致为0,是COIN指令的启动条件，当刀链转动

信号为1,R750信号为1,此时COIN指令工作，并进行8108和81()()内(两地址

内存的是目标刀具和当前位置信息)的数值进行一致性叱较，如果一致说明刀具

己经转到预定位置，使8125.0为1,将切断刀库停止信号。

324T码到达准备

当数控机床工作在自动、MD工、DNC等模式时，执行TXX指令时，T代

码选通信号F7.3=l,A0.3为刀库调试时选通的报警信息，当刀库不处于调试阶

18

段时,此信号为Oo当前面条件满足时,T代码选通标志位8120.2为1。3反动8120.0

标志位为1,并自锁。当选通完成信号8133.1或8123.6信号来时，切断选通信

号。参考程序如图3.7所示。

图3.7T代码选通

当T代码选通信号有效时。将F26（此地址为FANUC系统T代码寄存器）内

容（目标刀具号）传送至D1500中。此时T代码选通完成。参考程序如图3.8所示。

R0120.0R0802.6ACT

T1—14---------SUB81111

TSTORE

MOVE

1111

F0026

D1500

=P26

图3.8T代码传送

3.2.5刀库旋转控制

当T码被选通后，刀库旋向信号开启刀库旋转控制信号并保持，为T码判

断后的选刀做好准备。为保证安全，当有复位信号或有急停时不允许刀库旋转;

19

此控制中包含了手动方式下刀库转位的控制，以备刀库调试时或乱刀是的手动控

制与调整。当T代码旋转到位置位或T码刀己在主轴上，断开刀库旋转信号。

参考程序如图3.9所示。

XOO90O

I7113

L

MAGCWRELAY

N0C981

N7132TOOLPOTCWLAMP

N009B2F0003.5R0123.0RC122.5R015J,1X0C08.4

A713S—IF

TSTCCWBREA16WACW.T

R0020.1R0121.7RO316.S

T一

AOTOMAGCCWTDOR.W

R0353.2R0020.1RO12s.i

MCCW.YAUTO

R0123.SF0001.1RO3B3.2

D—Q-MAGCCIi

ARMORRST.FMCCW.Y

图3.9刀库正反选装控制

3.2.6刀库旋转方向判断

当T代码选通时将根据当前刀号和目标刀号来确定刀库旋转方向以及所需

旋转的步数的计算。依据判断的输出结果来脏动刀库旋转进行洗刀。刀库旋转方

向判断的参考程序如图3.10所示。

刀库旋转方向的判断和步数计算是通过二进制旋转控制指令ROTBCSUB26)

实现的。RNO=1表示叵转体位置号是从1开始;DIR=1表示判别回转方向;POS=0

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表示计算目标位置的步数；INC=1表示计算到达目标位置的步数。当T代码选通

信号有效时，SUB26指令有效，将D1010储存的当前刀具号和D1500目标刀具

号进行比较并计算结果，根据计算结果确定刀库的旋转方向，并把计算步数送入

D0016中,正转信号由8121.5=1输出,8121.5=0为反转信号。

—0—ROTDIRECTION

ROTDXM

图3.10刀库旋转方向判断

3.3刀具交换功能模块设计

331搬运机械手插拔到和转位控制

搬运机械手通过伺服电机的位置控制能准确的停止在抓刀位和拔刀位置，在

通过手臂的平移和回转动作完成在刀库中拔刀、插刀动作。并T代码选通的刀具

搬运到中间位置（公共刀座）为刀具交换机械手抓刀做）隹备，此功能的PMC程序

都是互锁的逻辑控制，选取其中一部分程序作为代表迸行分析，如图3.11所示。

8766.3为左移液压阀输出电磁线圈控制的标志位，从图中我们主要对其进行

了互锁控制，8766.2为右移液压阀输出电磁线圈控制的标志位，两个用常闭点进

行互锁，以免发生同时得电的情况发生，防止碰潼。除了左右移动进行互锁外,

还伺服电机的位置标志位进行互锁，也就是说伺服电机如果没能运行到制定位置

不能移动。刀链目标刀具没有运行刀位置也不能移动。

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图3.11搬运机械手左移

3.3.2交换刀具机械手控制

刀具交换的第一步是搬运机械手己经把目标刀具搬运到中间位置，换刀机械

手在吧刀具搬运到等待区，等待交换指令。参考程序如图3.12所示。

Y20.6刀具交换机械手从机床拔刀位置转到中间等待位置；Y20.7刀具交换

机械手从中间等待位置转到机床拔刀位置；Y21.1刀具交换机械手从公共刀座的

拔刀位置转到转到中间等待位置；Y21.0刀具交换机械手从中间等待位置转到公

共刀座拔刀位置。分别有标志位8353.4\R353.7\R353.5\R353.6控制。

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R0766.6Y0020.S

—o—

R0766.7Y0020.4

~~O--•

R0353.SY0021.1

—o—•

ARMA.Y

R03S3.6Y0021.0