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SIEMENS 840D刀具管理功能在17軸KOLB加工中心上的應

訪(fǎng)問(wèn)量:

內容提要:講述了應用西門(mén)子840D數控系統刀具管理功能實(shí)現KOLB加工中心刀具管理的方法,分別就主要機床參數、刀庫配置、NC編程和PLC編程進(jìn)行了說(shuō)明。
關(guān)鍵詞: 刀具管理  加工中心  840D
Function Application of Tool Management in SIEMENS 840D
on Seventeen-axis Machine Centre from KOLB
HU Guoqing
Abstract.The method that applying tool management function of SIEMENS 840D CNC system to realize tool management on machine centre from KOLB is expatiated, including  main machine parameters, tool magazine setup, NC programming and PLC programming.
KeywordsTool management;Machine centre;840D
1.        概述
加工中心通常帶有刀庫和附件庫,選擇一個(gè)高效可靠的刀具管理方案是加工中心設計與改造過(guò)程中必須著(zhù)重考慮的。
原德國KOLB公司的CUBIMAT T/IT/VT/HT系列五面體龍門(mén)加工中心產(chǎn)品具有基本相同的機床結構,如圖1是VT2500型帶移動(dòng)分度臺的17軸機床示意圖,它具有3個(gè)刀庫U1/U2/U3、1個(gè)附件庫U(自帶3個(gè)附件頭)、1個(gè)裝卸刀庫U4,配置2個(gè)機械手E1/E2及其水平移動(dòng)軸V、垂直移動(dòng)軸Q和旋轉軸E3。主加工區有常規的工作臺X軸、滑座水平移動(dòng)Y軸、滑枕垂直移動(dòng)Z軸、橫梁同步垂直移動(dòng)W/W1軸和主軸C,另外配有移動(dòng)式分度臺A軸。

               圖1  CUBIMAT VT2500機床軸示意圖
SIEMENS 840D數控系統可選配刀具管理功能,它具有刀具裝載、卸載、重新定位等功能,提供刀具管理數據修改功能FC塊和后臺數據塊作為PLC接口,根據刀庫結構形式來(lái)組態(tài),靈活方便、功能強大,可適用于轉塔式、鏈式、抽屜式以及一些特殊結構的刀庫。
換刀、換附件通過(guò)NC編程與PLC編程相結合來(lái)實(shí)現,NC程序控制相應的軸移動(dòng),一定的步驟完成即通知PLC修改刀具管理數據,使其與實(shí)際狀態(tài)始終保持一致。由于刀庫有關(guān)的10個(gè)數控軸通常分配在第2通道,NC編程時(shí)需注意兩個(gè)通道之間的程序協(xié)調。如果將這些軸改變?yōu)镻LC軸,則可以通過(guò)PLC程序來(lái)控制軸移動(dòng),為方便調試及點(diǎn)動(dòng)操作,可設置單鍵切換回NC軸。
 
2.        機床參數
MD18080——通用刀具管理功能定義,它有10位,分別激活相應的刀具管理功能,可根據機床需求設定。
MD20310——通道刀具管理功能定義,它有24位,分別對應不同的單項功能方式,可根據機床特點(diǎn)設定,但其低4位應與MD18080一致。
MD18082——刀具數量:150,最多600把
MD18084——刀庫數量:8,最多32個(gè)
MD18086——刀位數量:120,最多600個(gè)
MD18100——每個(gè)TOA域中刀沿數量:500,最大值=MD18082×MD18106
MD20110——復位功能模式,它有18位,決定NC復位后的各功能狀態(tài),如位6對應刀具偏置,結合MD20120和MD20130等參數決定刀具長(cháng)度補償在復位后是否保持有效;位14=1對應基本零偏在復位后保持有效。
MD20112——啟動(dòng)功能模式,它有18位,各位與MD20110完全一致。
MD22550——新刀具補償生效方式:1
MD22560——換刀M功能:6,表示換刀指令為M06
T指令對應刀具準備,M06對應換刀。T2指令對應換附件準備,M2=6對應換附件。刀具補償在M功能完成后生效。
MD28085——TOA域功能鏈接,如果需要在第2通道中能運行通道1中所有關(guān)于刀具管理的功能,則設置通道1和通道2中該參數均為1(假設只設置了1個(gè)TOA)。
另須設置選項功能參數,必要時(shí)還需設置MD18090~MD18116以及MD20122、MD20124等參數。
 
3.        刀庫配置
刀庫U1/U2/U3以及刀具裝卸庫U4均有24個(gè)刀位,分上下兩層各12個(gè)刀位;附件庫有4個(gè)附件頭位;另外為了操作方便,設置1個(gè)虛擬手動(dòng)裝卸刀庫,含有20個(gè)刀位,該刀庫中的刀具均為手動(dòng)裝卸。在刀具管理中,刀具與附件同樣對待,只是其刀具類(lèi)型和刀沿數據不同。加上緩沖區、裝載點(diǎn),一共有8個(gè)刀庫。
對于緩沖區,應有滑枕(對應附件)、主軸(對應刀具)、機械手1、機械手2共4個(gè)刀位。機械手1用來(lái)裝卸附件和抓取新刀,機械手2用來(lái)抓取舊刀。其刀庫定義如表1:
 
表1:

  刀庫名稱(chēng) 刀庫號 刀庫類(lèi)型 刀位數 列數/層數
附件庫U U 1 抽屜式 4 1
刀庫U1 U1 2 抽屜式 24 2
刀庫U2 U2 3 抽屜式 24 2
刀庫U3 U3 4 抽屜式 24 2
裝卸庫U4 U4 5 抽屜式 24 2
虛擬手動(dòng)庫 U5 6 抽屜式 20 1
緩沖區 VT2500_BUFFER 9998   4  
裝載點(diǎn) Load_location 9999   1  

     其中緩沖區和裝載點(diǎn)的刀庫號為系統內定,只需對其各刀位特性進(jìn)行定義即可。
為了管理各種類(lèi)型的刀具,將刀位類(lèi)型分為普通、寬刀、長(cháng)刀、超大刀具和附件共5種,以適應相應的刀具存放,其中寬刀、長(cháng)刀和超大刀具類(lèi)型刀位均可存放普通刀具,前4種刀位之間存在優(yōu)先級。寬刀不能放在刀庫兩端的刀位上,長(cháng)刀只能放在上層刀位中,附件只能放在附件刀位中。
 
4.        NC編程
刀具管理有關(guān)的系統變量較多,包括刀具數據、刀沿數據、刀庫數據、刀位數據等。常用的刀具數據如$TC_TP1~11、$A_TOOLMN、$A_TOOLMLN、$P_TOOLND等,刀沿數據如$TC_DP1~25、OEM定義數據$TC_DPC1~10等,刀庫數據$TC_MAP1~10等,刀位數據$TC_MPP1~7、OEM定義數據$TC_MPPC1~10等。還有一些關(guān)于刀具監控、刀位類(lèi)型優(yōu)先級、緩沖區分配等的系統變量,所有的刀庫配置都可用系統變量定義來(lái)代替HMI界面組態(tài)的過(guò)程,系統關(guān)于刀庫配置的數據備份也是通過(guò)這些系統變量的賦值來(lái)實(shí)現的。
刀具偏置用于因附件頭運動(dòng)、工件運動(dòng)等引起的自動(dòng)刀具定向,采用SIEMENS提供的標準循環(huán)Cycle800可以實(shí)現該功能,Cycle800內部是通過(guò)各種條件的判斷后對刀架數據賦值來(lái)完成的,所以也可以直接根據刀架運動(dòng)的關(guān)系賦值相應的刀架數據來(lái)實(shí)現刀具偏置的功能。
相應的MD18088——最大可定義刀架數量,應大于0。常用的刀架數據$TC_CARR1~33等,是決定刀具定向偏置數據的系統變量。附件頭自身的各坐標方向偏置值、旋轉后相應坐標方向的補償值均通過(guò)加工中心自身測量得到,經(jīng)過(guò)相應的數學(xué)計算即可得到各種附件各種角度下的刀具定向偏置值。
 
5.        PLC編程
SIEMENS公司在Sinumerik 840D的toolbox中帶有刀具管理實(shí)例,雖然實(shí)例中是鏈式刀庫,但其控制思路很明確,相應的FB90、FB91、FB92、FB93、FC90等均可以根據需要修改后用在相應的加工中心。
在PLC編程之前編制刀庫數據管理任務(wù)表是關(guān)鍵,它將每個(gè)需要修改刀具管理數據的任務(wù)列成表格(目前它最多允許建立32個(gè)任務(wù)),然后將每個(gè)任務(wù)分解成單個(gè)運動(dòng)步驟,各個(gè)運動(dòng)步驟可通過(guò)NC程序或PLC程序完成。
根據CUBIMAT系列五面體加工中心的特點(diǎn)結合靈活方便的用戶(hù)使用需求,其刀具數據管理任務(wù)主要有如下幾個(gè)特點(diǎn):
1).換刀過(guò)程分為換刀準備、取新刀、卸舊刀、裝新刀、舊刀入庫共5個(gè)任務(wù),其中卸舊刀與裝新刀占用加工時(shí)間,另3個(gè)任務(wù)均在不影響加工的情況下完成;
2).換附件過(guò)程分為換附件準備、卸舊附件、舊附件入庫、取新附件、裝新附件共5個(gè)任務(wù),均占用加工時(shí)間;
3).有的刀具原不在刀庫中,若非要將刀具放入刀庫,然后自動(dòng)取刀、裝刀,則會(huì )浪費較多時(shí)間,為了方便用戶(hù)使用,設置了虛擬手動(dòng)刀庫U5,操作人員就可自由選擇自動(dòng)換刀或手動(dòng)換刀;
4).新刀入庫、舊刀卸載均通過(guò)U4庫,刀具在U4庫與U1/U2/U3之間的位置交換通過(guò)刀具管理的“重新定位”功能實(shí)現,它將激活相應的刀庫軸和機械手的運動(dòng)來(lái)完成刀具位置交換的目的。
5).如果刀具管理數據因錯誤(如換刀中斷,數據未及時(shí)修正等)使其與實(shí)際刀具狀態(tài)不一致,可通過(guò)“重新定位”軟鍵功能來(lái)修改刀具管理數據,此時(shí)它并無(wú)實(shí)際的刀具移動(dòng),只是位置數據的修改。
根據以上特點(diǎn),編制其任務(wù)如表2所示:
表2:  

任務(wù)號 功        能 DB90.
1 Load完成 DBX0.0
2 Unload完成 DBX0.1
3 主軸1換刀準備完成 DBX0.2
4 復位主軸1換刀準備 DBX0.3
5 主軸2(滑枕)換附件準備完成 DBX0.4
6 復位主軸2(滑枕)換附件準備 DBX0.5
7 換刀步驟1:新刀—>E1 DBX0.6
8 換刀步驟2:主軸1舊刀—>E2 DBX0.7
9 換刀步驟3:E1—>主軸1  DBX1.0
10 換刀步驟4:E2—>刀庫 DBX1.1
11 復位換刀(主軸1) DBX1.2
12 換附件步驟1:主軸2舊附件—>E1 DBX1.3
13 換附件步驟2:E1—>U庫 DBX1.4
14 換附件步驟3:U庫新附件—>E1 DBX1.5
15 換附件步驟4:E1—>主軸2新附件 DBX1.6
16 復位換附件(主軸2) DBX1.7
17 Relocate完成 DBX2.0
18 復位Relocate DBX2.1
19 異步傳輸Relocate:E1—>U庫 DBX2.2
20 異步傳輸Relocate:E2—>U1/U2/U3/U4庫 DBX2.3
21 異步傳輸Relocate:E1—>主軸1 DBX2.4
22 異步傳輸Relocate:E1—>主軸2 DBX2.5
23 異步傳輸Relocate:E2—>主軸1 DBX2.6
24 異步傳輸Relocate:主軸1—> E1 DBX2.7
25 異步傳輸Relocate:主軸1—> E2 DBX3.0
26 異步傳輸Relocate:主軸2—> E1 DBX3.1
27 改變 DBX3.2
28 Position在裝載點(diǎn) DBX3.3
29 復位Position至裝載點(diǎn) DBX3.4
30 手動(dòng)裝刀 DBX3.5
31 手動(dòng)卸刀 DBX3.6

 
其刀具管理功能提供了4個(gè)后臺數據塊作為PLC接口,DB71存放用于裝載、卸載、重新定位以及定位刀位至換刀點(diǎn)的數據,其長(cháng)度為4+n×30Byte,n=裝載點(diǎn)數量(本例為1);DB72存放用于換刀準備、換刀至主軸的數據,其長(cháng)度為4+n×48Byte,n=主軸數量(本例為2);DB73存放用于轉塔刀庫換刀的數據,其長(cháng)度為4+n×44Byte,n=轉塔號;DB74為刀具管理內部使用的數據塊。
修改刀具管理數據塊主要是通過(guò)調用FC8,上述表2中的任務(wù)1、2、17、18、28、29均對DB71操作,任務(wù)3~16和30、31均對DB72操作。由于任務(wù)較多,每一個(gè)任務(wù)的運行條件又存在多種情況,因此應先分別對其條件進(jìn)行處理,最后一次性調用FC8,避免因條件交叉引起的修改數據失敗。
下面是一段新刀裝入主軸1動(dòng)作完成時(shí)刀具管理數據修改的程序:
SS9: L     2                      
     T     #TaskIdent                //TaskIdent=2(DB72)
     L     1
     T     #TaskIdentNo             //TaskIdentNo=1
     L     1
     T     #Status                  //Status=1(換刀任務(wù)完成)
     L     DB72.DBW20            //新刀具刀庫號
     T     #NewToolMag
     T     #NewToolMag_Wechsel_S1
     L     DB72.DBW22            //新刀具刀位號
     T     #NewToolLoc
     T     #NewToolLoc_Wechsel_S1
     L     DB72.DBW30            //舊刀具刀位號
     L     0
     <>I
     JC    OLD4
     T     #OldToolMag            //若無(wú)舊刀,則賦值0到相應的變量
     T     #OldToolMag_Wechsel_S1
     T     #OldToolLoc
     T     #OldToolLoc_Wechsel_S1
     JU    FC8S
OLD4:L     DB72.DBW28           //舊刀具刀庫號
       L     6                      //庫(刀庫號為6)
       <>I
       JC    OLD5
       L     6                      //若有舊刀且舊刀屬于虛擬手動(dòng)刀
     T     #OldToolMag            //庫(刀庫號6)
     T     #OldToolMag_Wechsel_S1
     L     DB72.DBW30           //舊刀具刀位號
     T     #OldToolLoc
     T     #OldToolLoc_Wechsel_S1
     JU    FC8S
  OLD5:L     9998                   //若有舊刀且不屬于手動(dòng)庫,則舊刀
     T     #OldToolMag            //當前位置在機械手2中
     T     #OldToolMag_Wechsel_S1
     L     4                      
     T     #OldToolLoc
     T     #OldToolLoc_Wechsel_S1
     JU    FC8S
……
FC8S:SET
       S     #Status
FC8: CALL  “TM_TRANS”          //FC8
      Start         :=#Start
      TaskIdent     :=#TadkIdent
      TadkIdentNo  :=#TaskIdentNo
      NewToolMag  :=#NewToolMag
      NewToolLoc  :=#NewToolLoc
      OldToolMag  :=#OldToolMag
      OldToolLoc   :=#OldToolLoc
       Status          :=#Status
       Ready          :=#Ready
       Error           :=#Error
 
6.        結語(yǔ)
經(jīng)過(guò)多臺CUBIMAT加工中心的改造,積累了較豐富的經(jīng)驗,經(jīng)刀具管理功能應用改造升級后的加工中心重新煥發(fā)了活力并提高了效率,為用戶(hù)生產(chǎn)提供了保障,也為國產(chǎn)高端數控產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)提供了參考。
機械手的抓緊控制需用到固定點(diǎn)停止功能,刀庫/附件庫/機械手可定義成索引軸,編寫(xiě)換刀換附件、附件轉位、刀架運動(dòng)刀具補償等程序時(shí)需用到多種NC與PLC數據交換的方法,為方便調試和使用,需定義一些全局變量,鑒于篇幅,這些就不一一闡述。

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