马钢是我国重要的火车车轮、轮箍生产基地。为满足火车重载、高速的要求，该公司2006年从德国引进了一条车轮加工生产线。该生产线由12台数控加工中心及辅助设备组成。每台加工中心（以下简称机床）可以对车轮各个部位进行车、镗等加工。机床为双刀架立式结构，右侧有水平X轴、垂直Z轴，左侧有水平U轴、垂直W轴，左右两侧各有一个刀库。数控系统这是一篇关于设备操作方面的文章，文中介绍了加工中心双刀库利用PLC程序实现自动换刀的控制方法，并对刀库管理进行了简单阐述。本栏目今后将增加有关设备实操与维修等方面的文章，欢迎广大读者与作者给予关注。

 

　　为840DE powerline.左右两个刀架及刀库分别由数控系统的两个通道来控制。采用德国MIKSCH公司生产的圆盘式刀库，每个刀库可以装12把刀具，通过机械手实现自动换刀。从而实现在一台机床上完成多种工序的目的。

 

　　一、刀库自动换刀原理概述该机床采用德国MIKSCH公司生产的CTM50/52型刀库，容量为12把刀。刀库包括刀套旋转机构及换刀机械手，如所示。刀库外形为圆盘形，内部装有一个分度盘。刀库的回转运动由带抱闸的三相异步电机作动力源。三相电源通过交流接触器提供给电动机，此时抱闸打开，刀库运转，切断三相电源则抱闸闭锁，刀库立刻停止运转。通过分度盘的运动及相关检测元件组的逻辑组合，可使每个刀套准确停在换刀位置。刀套停在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直状态，以方便机械手换刀。刀套分度台可以顺时针或逆时针方向旋转，从而可以在*短的时间内搜索到所要更换的刀具。

 

　　刀库换刀机械手的运动同样是由带抱闸的三相异步电机作动力源，通过齿轮传动机构，把电机产生的匀速旋转运动转化为机械手的规律性前进、停止以及旋转运动。齿轮传动装置配有微动开关组。这个开关组包括3组微动凸轮和3个接近开关，每组微动凸轮上装有3个微动凸轮。该微动开关组用于控制机械手夹住刀具、机械手把刀具从主轴和刀套内取出、机械手处于原始位置等。

 

　　该刀库的旋转刀套及机械手的减速传动机构内都内置了一个扭矩限制器，以防止内部机械结构损坏。

 

　　二、刀库自动换刀具体实施刀库机械手是实现自动换刀的主要机构。它的任务是当一个工序完成后，将不用的刀具从主轴中卸下来送回刀库中，同时还将下道工序的刀具装入主轴中，然后机械手回到原始位置等待下一个工作循环。为机械手运动次序图。该刀库机械手的规律性运动是由通过三相异步电机和齿轮传动机构等来实现的，但是这些动作还需要通过电气系统来实现。刀库中刀套按照T代码的指令运转到换刀位置，然后进行刀具交换。在机床工作过程中刀具按着指令使机械手取刀或装刀。因此，要求电气系统须按照换刀过程的运动次序准确可靠地完成每一个动作。

 

　　以下为电气动作顺序：（1）启动选刀，刀库正转或反转就近找刀；（2）刀套计数及分度盘定位信号使刀套电机停止，一个刀套准确停在换刀位置；（3）控制刀套翻转（垂直）的电磷阀得电；（4）刀套垂直到位，发出到位信号，主轴定向给出位置到达确认信号；（5）机械手从原始位置启动，旋转90°到达机械手夹刀位置；（6）机械手扣刀到位发出停止信号，把刀具从主轴和刀套中取出，机械手电机停止；（7）扣刀确认及刀具松开给出到位信号；（8）刀具夹放松完毕，启动机械手旋转180°，到达刀具更换位置；（9）机械手电机停止信号使机械手电机停止；（lO）装刀确认及刀具夹紧给出到位信号；（11）机械手电机启动，使机械手回到原始位置；（12）机械手电机停止信号，使机械手电机停止；（13）机械手原始位置开关发信号；（14）控制刀套翻转（水平）的电磁气阀得电；（15）刀套翻转处于水平位置的接近开关发信号（刀库换刀动作完成）。

 

　　刀库及机械手的动作可以由NC来控制，也可以由PLC来控制，由于该刀库选用的普通的三相异步电动机，故采用PLC来控制刀库及机械手的动作。由于该机床数控系统为840DE powerline，它内部集成了S7?315?2DP的PLC系统，为PLC编程控制刀库和机械手的动作提供了方便。PLC程序设计采用了模块化、参数化和标准化的编程方法，按控制功能将程序块分成不同的功能块，利用程序块形式的参数编程特点，将控制功能程序标准化。程序结构如所示。

 

　　PLC程序能较好地满足刀套和机械手的在换刀时的运行次序，通过完善就近找刀缩短换刀时间。由于左右两个刀库分别有通道1通和道2控制，在程序设计时，右侧刀库的动作由功能块FB96及背景数据块DB103来控制。同样，左侧刀库的动作由功能块FB96及背景数据块DB112来控制。程序编制时，要考虑诸多保护因素，如刀套电机及机械手电机（）的保护、刀套翻转的电磷阀的保护等。另外，为方便操作真者手动更换刀具，每个刀库都配备了一个OP7操作面板，大大方便了操作者手动换刀及刀库的调试及维修。

 

　　从PLC程序结构图中可以看出，PLC程序由用户程序和西门子标准块组成，西门子这些标准块是刀具管理的接口。在刀具管理方面西门子还有其他的标准块可供选用，这些标准块的作用是为了完善刀库管理的人机界面，是为了更好地使用刀库自动换刀。

 

　　三、刀具管理该机床的数控系统配有MMC103/PCU50人机界面，具有比较完善的刀具管理功能，操作者能从人机界面上清楚地看到整个刀库中刀具的情况，并可调整刀库中的信息，如手动换刀等。标准的西门子刀具管理功能很多，如刀具列表、装载／卸载功能、随机换刀／固定换刀等。以下就该机床对刀库管理的使用情况做简单介绍。

 

　　可以看出，刀库的刀套及机械手的动作即刀库的控制与刀具管理是密不可分的。

 

　　该机床的刀库管理软件对右侧刀库定义为1号刀库，左侧刀库定义为2号刀库。刀表中刀位与实际刀套一一对应。主轴、机械手手爪1和手爪2位置的缓冲区（Buffer）定义为9998号刀库。

 

　　在换刀的每个阶段，只要发生了刀具交换，刀具数据就在刀表的1号刀库刀套及9998号刀库的刀套（主轴、机械手手爪1和手爪2位置）间相互交换。并且要求每次刀具数据传送后，必须由PLC接口予以确认，并启动MMC进行显示刀表数据的交换。刀具数据传送的PLC接口确认由西门子标准功能FC8一TM?TRNS来完成。刀库侧及主轴侧新旧刀的相关数据存放在数据块DB90中，DB90为FB90的背景数据块。换刀时，FB90/DB90调用FC8，使主轴侧换新刀、刀库侧还旧刀及人机界面上刀库列表信息得到及时更新，使换刀动作及刀具列表显示信息准确无误。以下为刀具信息交换的部分PLC程序：四、结束语该机床有效地实现了刀库与主轴换刀的自动化，且使换刀过程变得非常灵活和可靠，故障率极低。两个刀库的应用大大提高了生产率。刀库管理的界面化，使自动换刀和管理更加安全。