加工中心换刀程序分析.docx

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加工中心换刀程序分析

第十章、加工中心换刀程序分析

10.1加工中心的换刀程序分析

10.1.1机床及换刀机构

机床外观主轴和机械手

刀套落下动作换刀过程中

10.1.2换刀动作分析

这种类型的加工中心的整个换刀过程包括刀库找刀和换刀两个独立的动作。

刀库找刀也叫刀具调用，当机床的操作者通过程序命令，例如：

T12，从刀库调用12号刀时，PMC检索12号刀具所在的刀套号，再进行刀库正反转判别，控制刀库旋转；当然还有手动刀库的旋转操作，完成手动装卸刀具。

换刀动作集合了刀库、机械手、主轴三方面的动作，整个过程是一个顺序动作的过程，通过顺序动作的步骤一步步完成换刀。

以程序控制自动换刀来解释整个换刀过程

换刀步骤4

机械手拔刀落下、旋转180度交换刀具、机械手抬起装刀。

换刀步骤6

机械手旋转60度回原位

10.1.3换刀电路:

10.1.4换刀程序地址说明:

加工中心的换刀程序比较复杂庞大，所涉及的地址较多，为便于阅读梯形图程序，将所涉及的地址放在附录。

10.1.5换刀程序介绍

该机床的PLC类型为SB7，下图是该程序的清单，与换刀有关的程序内容出现在一级程序、二级程序，没有为换刀专门编写子程序。

因为，换刀过程中机械手动作较快，机械手的60度、中间点、180度的检测信号出现的时间很短，所以将这部分的程序放在一级程序，保证8ms能处理到这种信号。

在二级程序中，换刀程序包含:

刀具检索、换刀过程状态记忆、手动换刀、自动换刀。

一级程序中的换刀程序分析:

一级程序中只是将需要快速处理的换刀程序信号做了一个收集，没有顺序动作，包括以下处理内容：

（1）机械手返回点、中间点、停止点的程序分析：

1、k3.1用来设定机械手接近开关的类型,当接近开关使用常开触点时,设定k3.1为1，使用常闭触点时，设定k3.1为0。

三段程序处理机械手返回点、中间点、停止点的信号。

2、该机床的换刀机械手采用凸轮机构，动作快,机械手位置信号都是窄脉冲信号，将这些信号的处理放在一级程序，保证每8ms有一次刷新。

3、机械手有两个中间停止点，60度和180度两个位置，在60度位置时，机械手电机继续旋转但机械手不转，而执行机械手向下拔刀；在180度位置时，机械手电机继续旋转机械手不转，而执行向上装刀。

用一个接近开关配合两个检测挡块，当机械手转到这两个位置时R529.0均为1。

（2）机械手离开停止点

R529.2处理的是机械手离开停止点的状态，表示机械手已开始转动，后面程序中处理机械手60度旋转到位、180度旋转到位等都用到这个信号。

当机械手旋转60度、180度延时到达后将R529.2复位。

k7.6为1时设定机械手的停止点使用60度和180度到达信号。

当K7.6为0时，使用主轴刀具夹紧松开标志信号.

（3）在机械手旋转到60度、180度时，机械手电机继续旋转，但是根据凸轮的结构，机械手停止旋转，开始机械手拔刀、装刀动作。

以下程序处理机械手60度、180度的到达信号，程序的原理是：

在自动换刀步骤中（第二步A2-R540.1;第四步A4-R540.4;第六步A6-R541.0），机械手从离开停止点R529.2到检测到机械手停止信号R529.0，即是到达了60度、180度位置。

这些位置到达信号一个目的是用于启动下一个换刀步骤，另一个目的是控制机械手电机的旋转。

（4）主轴刀具夹紧、松开故障处理

在机械手转到60度时检测是否有主轴刀具松开X2.1的错误信号.

在机械手转到180度时检测是否有主轴刀具夹紧X2.0的错误信号

（5）主轴刀具松开处理：

主轴刀具松开包括自动刀具松开和手动刀具松开，根据自动换刀动作在机械手旋转60度到达、拔刀过程、换刀过程、机械手装刀过程自动刀具松开。

手动刀具松开是手动方式下，按送到按钮来执行。

从程序中分析，自动刀具松开是在第二步骤R540.1情况下，当机械手旋转到达60度R529.3后启动。

当机械手再旋转180度R529.4到达后，下一个动作是主轴刀具夹紧。

自动刀具松开R538.0或手动刀具松开R537.7时，输出主轴刀具松开Y6.3，加工中心的主轴刀具夹紧机构在刀具夹紧时，是通过蝶形弹簧的弹力来保持的，当松刀时，增压气缸活塞杆伸出压缩蝶形弹簧，使松刀机构松开刀具，控制气缸换向的电磁阀是单作用阀。

所以没有刀具夹紧的输出信号。

（6）机械手电机旋转处理

根据自动换刀的顺序过程，组合出在哪一个步骤机械手电机需要旋转，通过“或”逻辑完成。

M95是机械手故障检查指令，R544.5用于检测机械手是否在停止位，如果不在正确的停止位置，执行M95指令时机械手继续旋转到正确位置。

k7.6为1时设定机械手的停止点使用60度和180度到达信号,当K7.6为0时，使用主轴刀具夹紧松开标志信号.

（7）刀库计数处理

刀库计数处理程序，X4.5为计数开关输入地址，由K5.7来设定选用其常开触点或常闭触点，用典型的上升沿下降沿处理程序获得计数脉冲（R530.1上升沿信号，R531.7下降沿信号），使用基本逻辑指令编辑上升沿和下降沿指令比使用上升沿和下降沿功能指令节省程序的处理时间。

R500.0为置1逻辑，用于给计数器的控制条件赋值。

刀库计数说明：

计数器的初始值为1（R500.0），根据刀库的旋转方向（R531.3）来决定是正计数还是负计数。

不对计数器进行复位（R500.0）

刀库正转（R531.0）或反转（R531.3）时，对计数开关脉冲（R530.1）进行检测计数。

D110是计数器的预设值，也就是刀库容量。

D100记录的是当前的刀套号。

（8）刀库旋转处理

以下为刀库正转控制:

R530.4为刀库手动正转启动，R536.0为刀库自动正转启动，由检索程序判别，指定刀库正转启动。

以下为刀库反转控制:

R530.5为刀库手动反转启动，R536.1为刀库自动反转启动，由检索程序判别，指定刀库反转启动。

二级程序中换刀程序的分析：

1、刀库手动旋转控制：

包括刀库准备处理、手动正转/反转

刀库准备好信号条件包括：

机床准备好F1.7、急停信号G8.4、刀库错误条件R536.5、刀库换刀位置刀套在抬起位R539.3。

刀库手动正、反转控制。

条件：

不在刀具检索过程中R534.2，在手动方式R513.1、按刀库旋转按钮R584.3/按刀库正转按钮R577.0

刀库正转启动程序，按刀库手动启动按钮,刀库正转;当刀库电机开始正转后，R530.4被复位。

执行的结果是按刀库正转按钮，刀库转位；松开按钮后，刀库再转一个刀套位。

刀库反转启动程序，按刀库手动反转按钮,刀库反转后;当刀库电机反转运行后，R530.4被复位。

执行的结果是按刀库反转按钮，刀库转位；松开按钮后，刀库再转一个刀套位。

2、换刀时刀具表的处理：

刀具表的处理流程

刀具表D112的的赋值：

刀库的容量D110+1

数据转换（BIN—BCD）：

D112—D125

D100—D120

从刀具表中读出当前刀套存放的刀具号

刀具容量赋值：

K8.5,K5.1用于设定刀库容量:

K8.5=0,K5.1=0,刀库容量为20；K8.5=0,K5.1=1,刀库容量为24；K8.5=1,K5.1=0,刀库容量为30；K8.5=1,K5.1=1,刀库容量为32；NUMEB为定义二进制常数指令，在程序中指定数据格式为两字节，将指定的数据赋值到D110，D110存储刀库容量数据。

刀具表的赋值：

D110定义刀库容量，D112定义为刀库容量+1，其作用是为刀具表容量赋值，D112为刀具表长度，这样，在刀具表D112中，D0可存储主轴刀号，D1存储一号刀套的刀具号。

以此类推，直到最后一个刀套。

数据转换：

进行BIN-BCD码的转换，主要用于COIN指令，COIN指令只能进行BCD码的一致性判别，D125的数据是刀具表的最大值，用来判别主轴刀号、待位刀号是否为空刀号。

对当前刀套号D100进行BCD码转换成D120,用于对当前刀套号内刀具号码的检索判别。

读出当前刀套内的刀具号：

XMOVE指令为二进制编址数据传送指令，在这里这条指令从刀套表里读出当前刀套安装的刀具号，D112是刀套表的容量，D000是刀套表的首地址，D100是当前刀套号码，按照此号码，在刀套表中找出对应的刀具号，写到R587.

判断主轴刀号、指令刀号、刀库刀套号的关系，再换刀时，使用到这些判断条件。

1、判断主轴是否是空刀

2、判断主轴刀号是否等于指令刀号

3、刀套内是否有刀

3、刀具检索处理：

当执行T指令时，PMC首先在刀具表内检索出T指令的刀具存放在哪一个刀套内，刀具检索的处理的流程是：

刀具检索的使能处理

T代码的转换

刀库刀具检索：

从刀库中找出指令刀具的刀套号

刀库旋转控制：

将指令刀具的刀套旋转到换刀位

刀具检索完成：

为换刀做准备

刀具检索使能处理：

检索使能条件包括:

刀套在抬起位R539.4,刀库停止状态R532.1,刀库没有报警R536.5,换刀没有报警R544.2。

数控发出T指令F7.3后,启动R534.0并保持住，当检索的刀具在刀库换刀位刀套位置R535.4或指令刀具在主轴上时，检索使能复位。

T代码的转换，该条指令完成刀具指令代码的BIN到BCD转换，为后面进行指令刀具与检索到的刀具进行一致性判别指令做准备。

DSCHB为二进制检索指令，在程序中检索指令刀具所在的刀套号，D112指定刀据表的大小，D00定义刀具表的首地址，F26指令的刀具号，R690存储检索出指令刀具所在的刀套号码。

DCNV数据转换：

进行数据BIN-BCD的转换，转换的数据用于判断指令刀具所在的刀套号与待位的刀套号是否一致。

二进制方向判断:

D110刀库容量，D100当前刀库计数值，R690为刀具刀套号地址，R689为刀具刀套号的前一个刀号地址，R534.7为刀具检索启动信号。

数据转换：

用于判断指令刀具所在的刀套号的前一个刀号与计数刀套号是否一致。

判断刀库实际计数刀套号与指令刀具刀套号的前一个刀号是否一致，如果一致刀库开始减速。

刀库旋转减速保持，由刀库旋转到位（指令与实际刀具一致）断开。

4、刀具交换数据处理：

机械手进行180度旋转步骤时，主轴刀具与刀套的刀具进行了交换，此时需要修改刀具表。

使用XMOVB二进制变址数据传送,完成在R537.0\R549.0时刻读出当前刀套的刀具号。

D112刀库容量，D000数据表初始地址存放主轴刀具，D100刀库当前刀套号。

R693存放当前刀套内的刀具号。

刀具数据交换过程：

D100-->R693

D000-->D100

R693-->D000

XMOVB二进制变址数据传送,完成在R537.3\R549.0时刻将主轴刀号写入到当前刀套内刀具号码，完成刀具数据交换。

D112刀库容量，D000数据表初始地址，D100刀库当前刀套号。

D00存放主轴的刀具号。

逻辑与数据传送：

将临时保留的当前刀套号刀具传送到主轴刀号。

4、换刀过程，换刀过程是一个顺序动作的过程，换刀程序是按照顺序程序编成的格式进行编写。

先将整个换刀过程进行分析，分成七个过程，这七个过程依次进行，相互衔接。

当前过程进行时，为下一个过程准备；当前过程的任务完成，作为下一个过程的触发条件，触发下一个过程，同时断开上一个过程。

整个换刀的流程如下：

换刀准备,M06启动

换刀第一过程，刀套下A1

换刀第二过程，机械手60度A2

换刀第三过程，主轴刀具松开A3

换刀第四过程，机械手180度，主轴吹气A4

换刀第五过程，主轴刀具夹紧A5

换刀第六过程，机械手60度回A6

换刀第七过程，刀套抬起A7

各步骤执行的触发条件及动作分析一览表

步骤号

触发调件

动作

步骤1

刀套下R540.0（A1）

换刀的准备内容、ATC在待位状态R539.7

刀套落下Y5.0

主轴刀具夹紧R542.2

步骤2

机械手旋转60度R540.1（A2）

R545.3刀套落下到位

刀套落下Y5.0

机械手电机旋转

主轴刀具夹紧R542.2

步骤3

主轴刀具松开R540.3（A3）

R533.3机械手中间点保持

刀套落下Y5.0

主轴刀具松开R542.3

步骤4

机械手旋转180度R540.4（A4）

F45.7主轴定向

R539.6主轴刀具松开R539.1机床在刀具交换点

刀套落下Y5.0

机械手电机旋转

主轴刀具松开R542.3

主轴吹气清洁

步骤5

主轴刀具夹紧R540.7（A5）

R533.3机械手在中间点

刀套落下Y5.0

主轴刀具夹紧R542.2

步骤6

机械手60度返回R541.0（A6）

R539.5主轴刀具夹紧

刀套落下Y5.0

机械手电机旋转

主轴刀具夹紧R542.2

步骤7

刀套抬起R541.1（A7）

R533.7机械手到达返回点

刀套抬起Y5.1

主轴刀具夹紧R542.2

注：

刀套抬起落下使用双作用电磁阀控制，主轴刀具夹紧使用单作用电磁阀控制

程序分析：

换刀准备：

换刀启动，PMC程序对M代码进行译码，当执行M06代码启动换刀，R500.7是对M06译码后的信号，执行M06指令时，R500.7为1。

下面程序是一个上升沿处理程序。

换刀准备信号，这些信号包括：

没有换刀报警R544.2,没有刀库错误R536.5,没有主轴报警F45.0,数控系统准备好R516.0,刀库不在运行中R538.1,刀库旋转到位R543.6,指令刀号与主轴刀号不一致R535.5。

换刀准备条件之一，机床回到刀具换刀点。

K16.1是设定使用第一或第二参考点作为换刀点，k1.1可设定是否使用X\Y的参考点。

换刀开始，以顺序编程的方式，编写各个换刀步骤。

第一个步骤刀套下R540.0（A1），R539.7为换刀的启动条件，包括换刀的准备内容、ATC在待位状态，当R539.7条件满足，为1时，R540.0为1，并自锁，当第一个步骤完成后，进入第二个过程R540.1（A2），R540.0被复位。

R545.3刀套落下到位为第二个步骤的触发条件。

第二个步骤机械手旋转60度R540.1（A2），R540.0为第一个步骤，作为第二个步骤的准备条件，R545.3为触发条件。

第三个步骤主轴刀具松开R540.3（A3），R540.1为第二步骤，作为第三步骤的准备条件，R533.3机械手中间点保持，为该步骤的触发条件。

第四个步骤机械手旋转180度R540.4（A4），R540.3为第三个步骤，是第四个步骤地准备条件，F45.7主轴定向、R539.6主轴刀具松开、R539.1机床在刀具交换点作为这个过程的触发条件。

该步骤中有两个动作：

R543.7机械手180旋转、主轴吹气清洁。

第五个步骤主轴刀具夹紧R540.7（A5），R540.6为第四个步骤的一个动作，是第五个步骤的准备条件，R533.3机械手在中间点作为这个过程的触发条件。

第六个步骤机械手60度返回R541.0（A6），R540.7为第五个步骤，是第六个步骤的准备条件，R539.5主轴刀具夹紧作为这个过程的触发条件。

第七个步骤刀套抬起R541.1（A7），R541.0为第六个步骤，是第七个步骤的准备条件，R533.7机械手到达返回点作为这个过程的触发条件。

换刀完成R542.0作为第七个步骤地复位条件。

换刀执行的处理，按照各步骤执行的触发条件及动作分析一览表，结合控制元件的特点，编写个动作的控制。

主轴刀具夹紧：

第五个步骤R540.7执行主轴刀具夹紧动作，作为启动条件；第三个步骤R540.3执行刀具松开动作，停止主轴刀具夹紧。

主轴刀具松开：

第三个步骤R540.3执行主轴刀具松开动作，作为启动条件；第五个步骤R540.7执行刀具夹紧动作，停止主轴刀具松开。

主轴清洁吹气：

刀库刀套落下：

第一个步骤R540.0执行刀套落下动作，作为启动条件；第七个步骤R541.1执行刀套抬起动作，停止刀套落下动作。

刀套抬起：

第七个步骤R541.1执行刀套落下动作，作为启动条件；第一个步骤R541.1执行刀套落下动作，停止刀套抬起动作。

附录：

加工中心地址

*1X0000.0]MNKEYMAINTENANCEKEY维修键

*2X0000.1:

OILALSPINDLEOILALARM主轴油报警

*3X0000.2:

AIRALAIRPRESSUREALARM压缩空气压力报警

*4X0000.3:

DRITLDOORINTERLOCKS.W门互锁

*5X0000.4:

LUBALLUBEALARM润滑报警

*6X0000.5:

JGPSWJIGPRESSURES.W夹具压力开关

*7X0000.6:

CLNLCOOLANTTANKLOW冷却液液面低

*8X0000.7:

MOTOLMOTOROVERLOAD电机过载

*9X0001.0:

CLNFCOOLANTTANKFULL冷却液液面高

*10X0001.1:

FILLFILTERTANKLOW过滤箱液面低

*11X0001.2:

FILFFILTERTANKFULL过滤箱液面高

*12X0001.3:

FILCVFILTERTANKCOVER/FILTERSW.

*14X0001.5:

DRIT1DOORINTERLOCK1门互锁1

*15X0001.6:

HGLSHIGHGEARL.S主轴高挡限位开关

*16X0001.7:

LGLSLOWGEARL.S主轴低挡限位开关

*17X0002.0:

TCLPTOOLCLAMPL.S刀具夹紧限位开关

*18X0002.1:

TUCLPTOOLUNCLAMPL.S刀具松开限位开关

*19X0002.2]MTUCLMANUALTOOLUNCLAMPP.B手动刀具松开按钮

*20X0002.3]FTSWFOOTSWITCH脚踏开关

*32X0004.0XAEXAXISOTCHECKx轴超程检查

*33X0004.1YAEYAXISOTCHECKy轴超程检查

*34X0004.2ZAEZAXISOTCHECKz轴超程检查

*35X0004.3LUBE.PLUBEPRESSUREAL.润滑压力报警

*36X0004.4:

ARM0ARMRETURNPOINT机械手初始位置

*37X0004.5:

CTRAMAGCOUNTERA刀库计数A

*64X0008.0:

ATCPRATCPRESSURES.WATC压力开关

*65X0008.1:

CTRBCOUNTERB刀库计数B

*66X0008.2:

ARM60ARMMIDDLEPOINT机械手中间点

*67X0008.3:

ARMSPARMSTOPPOINT机械手停止点

*68X0008.4*EMGEMERGENCYSTOP急停

*69X0008.5$APOAUTOPOWEROFFS.W自动电源断开开关

*78X0009.6:

POTDNPOTDOWNL.S刀套落下限位开关

*79X0009.7:

POTUPPOTUPL.S刀套抬起限位开关

*92X0011.4CY-STPCYCLESTOP循环停止

*93X0011.5PR-KEYMEMORYKEY存储器钥匙

*99X0015.0DOOR-ODOOROPEN防护门打开

*101X0015.2DOOR-CDOORCLOSE防护门关闭

*135Y0003.6>MGCWMAGCW刀库正转

*136Y0003.7>MGCCWMAGCCW刀库反转

*145Y0005.0>POTDNPOTDOWN刀套落下

*146Y0005.1>POTUPPOTUP刀套抬起

*147Y0005.2>SPOILSPINDLEOILCOOLER主轴油冷却

*149Y0005.4>ARMARMMOTOR机械手电机

*153Y0006.0>ZBRKZAXISBRAKEZ轴抱闸

*154Y0006.1>HGHIGHGEAR主轴高档

*155Y0006.2>LGLOWGEAR主轴低档

*156Y0006.3>TUCLPSPINDLETOOLUNCLAMP主轴刀具松开

*157Y0006.4>SPBLWSPINDLEAIRBLAST主轴吹气

*160Y0006.7>DRITLDOORINTERLOCKCOIL门互锁线圈

*177F0000.4SPLFEEDHOLDLAMPSIGNAL进给保持灯信号

*178F0000.5STLCYCLESTARTLAMPSIGNAL循环启动灯信号

*179F0000.6SASERVOREADYSIGNAL伺服准备信号

*180F0000.7OPAUTOMATICOPERATION自动操作

*181F0001.0ALALARMSIGNAL报警信号

*182F0001.1RSTRESETSIGNAL复位信号

*183F0001.3DENDISTRIBUTIONENDSIGNAL分配结束信号

*184F0001.4ENBSPINDLEENABLESIGNAL主轴启动信号

*185F0001.5TAPTAPPINGSIGNAL攻丝信号

*186F0001.7MANCREADYSIGNALNC准备好信号

*187F0007.0MFMFUNCTIONCODEREADSIGNALM功能代码选通信号

*188F0007.2SFSFUNCTIONCODEREADSIGNALS功能代码选通信号

*189F0007.3TFTFUNCTIONCODEREADSIGNALT功能代码选通信号

*190F0009.4M30PROGRAMENDANDRESET程序结束并复位

*191F0009.5M2APROGRAMENDSIGNAL程序结束信号

*192F0034.0GR10GEARSELECTSIGNAL换档选择信号

*193F0034.1GR20GEARSELECTSIGNAL换档选择信号

*194F0045.0SALM1SPINDLEALARMSIGNAL主轴报警信号

*195F0045.1SSLASPINDLEZEROSPEED主轴零速

*196F0045.3SARASPINDLEARRIVEDETECTION主轴速度到达检测

*197F0045.7ORARASPINDLEORIENTATEFINISH主轴定向完成

*199F0064.0TLCHTOOLLIFECHANGESIGNAL刀具寿命