本文敘述了三菱CNC專用換刀指令在加工中心的斗笠式刀庫和機(jī)械手刀庫中的使用方法。 目前在加工中心和車銑中心的刀庫一般可分為兩種：一種是刀套中的刀具固定，即工作過程中每一刀套中裝的刀具是固定的。其代表是斗笠式刀庫。另一種類型的刀庫在工作過程中，每一刀套中所裝的刀具可能是變化的，其代表是機(jī)械手刀庫。由于這兩類刀庫的換刀方式不同，調(diào)試人員在編制換刀程序時(shí)要采用不同的方法，在三菱CNC的PLC開發(fā)軟件中提供了專用的換刀指令。現(xiàn)結(jié)合機(jī)械手刀庫的換刀宏程序，詳述如下： 1 名詞術(shù)語 由于GX-DEVELOP軟件應(yīng)用手冊中的名詞術(shù)語較為混亂，在本文中予以的規(guī)范如下： 1.1 刀具 指具體實(shí)施切削工件的工具，每把刀具可予以編號，選刀時(shí)直接指定刀具號。 1.2 刀套 指卡裝的刀具的裝置。刀套也有編號。 1.3 刀盤 刀庫中的旋轉(zhuǎn)體。帶動(dòng)刀套運(yùn)動(dòng)。 1.4 換刀位置 刀庫中的特定位置，只有在此位置上的刀具才能換到主軸上。 2 換刀過程中的動(dòng)作順序 2.1 斗笠式刀庫的換刀順序 各軸（X，Y，Z軸）運(yùn)動(dòng)至第1換刀點(diǎn)——刀庫前進(jìn)卡刀——主軸松刀——Z軸上升至第2換刀點(diǎn)——刀庫后退——旋轉(zhuǎn)選刀——刀庫前進(jìn)——Z軸下降至第1換刀點(diǎn)——主軸鎖刀——刀庫后退——換刀完成 2.2 立式刀庫換刀順序 Z軸運(yùn)動(dòng)至第1換刀點(diǎn)——主軸松刀，吹屑——Z軸運(yùn)動(dòng)至第2換刀點(diǎn)——關(guān)閉吹屑 拔出定位銷——刀盤旋轉(zhuǎn)選刀——打入刀盤定位銷——Z軸下降至第1換刀點(diǎn)——主軸鎖刀——Z軸運(yùn)動(dòng)至原點(diǎn)——換刀完成 2.3 機(jī)械手刀庫換刀順序 （M6換刀指令前，用T指令完成選刀）——刀盤旋轉(zhuǎn)選刀完成——刀套垂直放下——Z軸運(yùn)動(dòng)至第一換刀點(diǎn)——機(jī)械手旋轉(zhuǎn)卡刀——主軸松刀——機(jī)械手旋轉(zhuǎn)換刀——主軸鎖刀——機(jī)械手回原點(diǎn)——刀套水平收回刀庫——換刀完成 2.4 簡易轉(zhuǎn)塔換刀 X、Z軸運(yùn)動(dòng)到換刀點(diǎn)——刀塔正向旋轉(zhuǎn)選刀——暫停0.3分——刀塔反向旋轉(zhuǎn)鎖緊——換刀完成。 3 三菱GX-DEVELOP軟件專用的換刀指令 三菱GX-DEVELOP軟件中，可使用的專用換刀指令有13條。其中有刀號的搜尋、刀盤的旋轉(zhuǎn)、主軸的換刀、刀號寫入，刀號讀出，就近選刀旋轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)步數(shù)的確定，制做一環(huán)形計(jì)數(shù)器等，現(xiàn)以斗笠式刀庫和機(jī)械手刀庫為例，詳述專用換刀指令的使用。 3.1 刀庫及換刀參數(shù)的設(shè)置 在使用專用換刀指令時(shí)，文件寄存器R2950-R3639已被規(guī)定用于換刀指令特殊的用途，必須通過PLC程序加以適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，PLC程序如圖1。 3.2 設(shè)定刀具號（以24把刀為例） 向刀庫中的R3000-R3079順序?qū)懭氲毒咛枺ㄈ鐖D2） （刀庫就像一酒店內(nèi)的環(huán)行客房，R3000-R3024就是每個(gè)房屋的固定門牌號碼，刀具就是住在每門房屋的客人。 S.ATC.K11指令就是一次性順序安排所有客人住進(jìn)客房） 3.3 就近選刀指令（如圖3） 就近選刀：即按最短的行程旋轉(zhuǎn)刀盤。在編制PLC程序時(shí)，核心就是“選刀”，即發(fā)一個(gè)選刀指令，驅(qū)動(dòng)刀庫正向或反向旋轉(zhuǎn)，直到“換刀位置刀號”與“所選刀號”相等，才使刀盤停止旋轉(zhuǎn)，執(zhí)行后續(xù)的換刀動(dòng)作。 “換刀位置”是刀庫上的一固定位置，只有在這個(gè)位置上的刀具才可能被換至主軸上。在刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)“換刀位置”中的刀具號是不斷變化的。在PLC程序中用一停電保持的文件寄存器R來表示“換刀位置”（如R3000）當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)時(shí)，用刀盤計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖改變R3000的值。R3000的“數(shù)據(jù)”就是“換刀位置”的“刀號”。 “選定刀號”——是主加工程序中，用T指令選取的刀號。 就近選刀這條指令能根據(jù)“換刀位置刀號”與所選刀號的數(shù)值自動(dòng)驅(qū)動(dòng)M200=ON或OFF。當(dāng)M200=ON則刀盤正轉(zhuǎn)，M200=OFF，則刀盤反轉(zhuǎn)，但使用這條指令前必須進(jìn)行若干設(shè)置，示例如下： （Rn——R500——用以指定參數(shù)設(shè)置緩沖區(qū)的起始地址。 在指定的參數(shù)設(shè)置緩沖區(qū)內(nèi)，不設(shè)置具體的內(nèi)容，只設(shè)置存放具體數(shù)據(jù)的文件寄存器的地址號。 如在R500內(nèi)指定一個(gè)文件寄存器的地址號 ――513，則文件寄存器R513用以設(shè)置刀盤旋轉(zhuǎn)的相關(guān)參數(shù)，如刀盤從“0”或“1”開始計(jì)數(shù)，是否就近選刀等。 （Rn+1）——R501——指定“換刀位置”文件寄存器地址號，該地址號存放于R501中。 （Rn+2）——R502——指定“選定刀號”文件寄存器地址號，該地址號存于R502中。 （Rn+3）——R503——指定一個(gè)文件寄存器地址號存于R503中，該文件寄存器中的數(shù)值是NC經(jīng)計(jì)算出的為選刀，刀盤應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)。 旋轉(zhuǎn)指令的前期設(shè)置示例如圖4。 經(jīng)以上設(shè)置，則 R513——用于設(shè)置刀庫旋轉(zhuǎn)參數(shù) R3000——換刀位置寄存器 R636——選定刀號寄存器 R1920——應(yīng)旋轉(zhuǎn)步數(shù)寄存器 則刀盤旋轉(zhuǎn)動(dòng)作如圖5。 圖5中M15刀盤旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)指令由主加工程序發(fā)出。 M200用于確定刀盤正反轉(zhuǎn)。由就近選刀指令發(fā)出。 M750刀號相等用于切斷刀盤正反轉(zhuǎn)。 3.4“換刀位置”寄存器中刀具數(shù)據(jù)的獲取 刀庫的旋轉(zhuǎn)由刀庫計(jì)數(shù)器予以檢測，刀盤不斷旋轉(zhuǎn)，“換刀位置” 寄存器中刀具數(shù)據(jù)也不斷改變，檢知“換刀位置”中的數(shù)據(jù)則由以下兩條指令予以完成。 3.4.1 刀盤正轉(zhuǎn)（如圖6） 3.4.2 刀盤反轉(zhuǎn)（如圖7） 當(dāng)?shù)侗P正轉(zhuǎn)脈沖或反轉(zhuǎn)脈沖驅(qū)動(dòng)上述指令后，在換刀位置R3000中的數(shù)據(jù)不斷變化，R3000的數(shù)值就表示了出現(xiàn)在“換刀位置”中的刀號。 “選擇刀號”由R36中的數(shù)據(jù)表示，這是NC中已經(jīng)規(guī)定了的。由于R3000和R36中出現(xiàn)的是BCD碼，所以進(jìn)行比較之前還須進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換（如圖8）。 經(jīng)過圖8處理，獲得了： “換刀位置”的刀號數(shù)據(jù)和“選擇刀號” 的刀號數(shù)據(jù)，這就可以進(jìn)行比較，以獲取停止旋轉(zhuǎn)條件。 通過S. ROT. K1指令獲取旋轉(zhuǎn)方向，最終完成旋轉(zhuǎn)選刀。 3.5 機(jī)械手刀庫的換刀 機(jī)械手刀庫與斗笠式刀庫的最大區(qū)別在于，斗笠式刀庫的刀套號始終于刀具號相對應(yīng)。刀具號始終是環(huán)形排列。而機(jī)械手刀庫中的刀套號與刀具號是不一致的。因?yàn)闄C(jī)械手刀庫在換刀時(shí)是通過機(jī)械手將主軸刀具與換刀位置刀具相交換，其刀具號就不是環(huán)形順序排列，而是環(huán)形隨機(jī)排列。因此在PLC程序中處理稍顯復(fù)雜些，換刀指令有一條專用于主軸換刀（如圖9）。 該指令的含義就是當(dāng)換刀信號=ON時(shí)，將主軸刀具號與換刀位刀具號相交換。該指令執(zhí)行前要做相應(yīng)的設(shè)置。 3.6 刀套標(biāo)簽和實(shí)際刀具的對應(yīng)關(guān)系 在NC的“刀具登錄”畫面上，每驅(qū)動(dòng)“刀盤正轉(zhuǎn)”或“刀盤反轉(zhuǎn)”指令，就可觀察到MG1——-MG80（對應(yīng)R3000—R3079）中的數(shù)據(jù)在改變，實(shí)際上是在做環(huán)行移動(dòng)。 如果驅(qū)動(dòng)主軸換刀指令，則環(huán)行刀具排列就不是順序的，而是隨機(jī)排列。在實(shí)際調(diào)試中，對于機(jī)械手刀庫，經(jīng)過多次換刀后，刀套標(biāo)簽所對于的實(shí)際刀具已完全不同，用戶要求隨時(shí)了解每一刀套內(nèi)的實(shí)際刀具，這可以通過程序處理后在“刀具登錄”畫面上觀察到。 在PLC程序中 ，做一環(huán)行計(jì)數(shù)器，用其代表刀套的實(shí)際運(yùn)動(dòng)。再將該環(huán)行計(jì)數(shù)器的值送入專用指令所規(guī)定的指針寄存器R2965，這樣 在“刀具登錄”畫面上就可觀察到每一刀套內(nèi)的實(shí)際刀具。PLC程序處理如圖10。 綜上：在使用專用換刀指令的前提下，整個(gè)刀庫可以看成是酒店內(nèi)的環(huán)形客房。R3000-R3079是客房的固定門牌號碼。刀具是住在每間客房的客人。刀盤每旋轉(zhuǎn)一次，房間里的客人就整體順時(shí)針或逆時(shí)針移動(dòng)一次。斗笠式刀庫中，客人全部是環(huán)行順序排列，而機(jī)械手刀庫中的刀套號與刀具號是不一致的，客人是環(huán)形隨機(jī)排列。 一個(gè)刀庫可以看成三套運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),R3000-R3079是固定的門牌號碼，它的數(shù)值由刀盤運(yùn)動(dòng)指令確定。 刀套也可以看做是一環(huán)形運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，用環(huán)行計(jì)數(shù)器指示其運(yùn)動(dòng)位置。將其數(shù)值賦予指針R2965，在顯示屏上可觀察到MG刀套對應(yīng)的實(shí)際刀具。 刀具也做環(huán)形運(yùn)動(dòng)，由S.ATC.K7/S.ATCK8驅(qū)動(dòng)其做環(huán)形運(yùn)動(dòng)，其刀具號在R3000-R3079中反映。而且只要驅(qū)動(dòng)S.ATC.K7/S.ATCK8指令，則在屏幕上MG1——-MG80立即對應(yīng)顯示為R3000-R3079的值。 雖然使用其他的指令也可以編制換刀程序，但使用專用換刀指令更快捷一些。而且可以在屏幕上觀察到刀具的變化，對于機(jī)械手刀庫尤為適用。只是使用專用指令的前期設(shè)置比較繁難，使用時(shí)應(yīng)予以注意。 第二屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集