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     摘要: 文中介紹了運(yùn)用 SINUMEＲIK 840D sl 實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)刀庫(kù)任意換刀點(diǎn)控制的一種方法。按隨動(dòng)刀庫(kù)定位坐標(biāo)的計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)的初次定位，然后運(yùn)用距離檢測(cè)接近開關(guān)檢測(cè)刀套位置，采用 PLC 控制數(shù)控軸的增量定位功能進(jìn)行定位微調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)刀庫(kù)的精確定位控制。

     動(dòng)梁式龍門機(jī)床，它的刀庫(kù)安裝在龍門立柱上，換刀手臂在動(dòng)梁上，其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。由于立柱與動(dòng)梁在垂直方向上存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q刀點(diǎn)會(huì)隨著動(dòng)梁的移動(dòng)而不斷改變，即在動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)的 AB 區(qū)間的任意位置均可換刀。這種刀庫(kù)被稱為隨動(dòng)刀庫(kù)，換刀方式也被稱之為任意換刀點(diǎn)或隨機(jī)換刀點(diǎn)的刀庫(kù)控制。有以下特點(diǎn): ( 1) 刀庫(kù)任意換刀點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式; ( 2) 實(shí)際換刀點(diǎn)與計(jì)算坐標(biāo)間的位置誤差的消除。

     建立一個(gè)基準(zhǔn)換刀點(diǎn)，如圖 2 中的 A 點(diǎn)，令 1 號(hào)刀套正好在A 點(diǎn)上，且刀套的中心對(duì)準(zhǔn)刀庫(kù)機(jī)械手爪的中心，此時(shí)，刀庫(kù) C軸坐標(biāo)設(shè)置成 0 度，動(dòng)梁 W 軸也設(shè)定成機(jī)床的坐標(biāo)原點(diǎn)，W 軸為負(fù)坐標(biāo)。可推導(dǎo)出，當(dāng) W 軸停在 AB 換刀區(qū)任一某處，運(yùn)行換刀指令進(jìn)行找刀或還刀控制時(shí)，刀庫(kù) C 軸最終定位的理論絕對(duì)坐標(biāo)的計(jì)算公式為:

     

 

 

     可見，刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)將新刀刀套運(yùn)動(dòng)到換刀點(diǎn)與機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)到換刀點(diǎn)的控制是通過 NC 程序同時(shí)實(shí)現(xiàn); 另外 PLC 控制刀臂進(jìn)行刀對(duì)刀的交換過程中，NC 程序同時(shí)將還刀刀套運(yùn)動(dòng)到了換刀點(diǎn)，為等待舊刀還回刀套。這種刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)的編程比較簡(jiǎn)單，但刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)控制占用 NC 資源，適用于大重型機(jī)床的固定刀套方式的換刀控制。

     方法 2: 借助 PLC 程序模塊 FC18 ( SpinCtrl) 實(shí)現(xiàn) C 軸定位。FC18 功能模塊是由 PLC 控制主軸或其他進(jìn)給軸，實(shí)現(xiàn)數(shù)控軸的定位位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向的控制，它有定位主軸、分度軸、定位軸等 11 種功能，有 6 種工作模式，如: 定位到絕對(duì)位置、增量定位、最短路徑定位等。編程時(shí)需根據(jù)具體的軸設(shè)定及控制要求選擇相應(yīng)的模式及功能，并通過觸發(fā)信號(hào)的上升沿啟動(dòng)或停止軸的運(yùn)動(dòng)。

     此方法，PLC 控制的刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)與 NC 程序同時(shí)進(jìn)行，換刀效率高，缺點(diǎn)是 PLC 的編程工作量大。首先 W 軸的位置實(shí)際值是 PLC 程序通過調(diào)用 FB2 功能塊從 NC 變量 measPos2［．］中讀取; 然后根據(jù)式( 1) ，運(yùn)用 PLC 的算術(shù)計(jì)算語句，將刀庫(kù)需定位的絕對(duì)坐標(biāo)值計(jì)算出來，賦值給存儲(chǔ)器，其中新刀及舊刀的刀套號(hào)分別是西門子 840D sl 刀庫(kù)管理提供的刀具管理數(shù)據(jù)接口DB72．DBWn+22 和 DB72．DBWn+26; 最后通過 PLC 調(diào)用 FC18模塊來控制 C 軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)的初步定位，此時(shí) FC18 的工作方式是定位軸絕對(duì)坐標(biāo)最短路徑定位，編程如圖 3 所示。

 

     刀庫(kù)是采用進(jìn)給伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪帶動(dòng)鏈條進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，控制方式是電機(jī)內(nèi)置編碼器的半閉環(huán)控制，僅依靠換刀點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式來定位刀庫(kù)，不能滿足換刀要求，需要通過安裝在動(dòng)梁上的刀庫(kù)手臂導(dǎo)軌架上的兩個(gè)距離檢測(cè)接近開關(guān)( 如圖 4) 對(duì)已經(jīng)初步定位的刀套進(jìn)行偏離檢測(cè)。

 

     圖 5 中，F(xiàn)C18 功能模塊采用控制啟動(dòng)與停止的定位軸增量定位控制方式: PLC 直接對(duì)輸入數(shù)據(jù) PIW 進(jìn)行大小比較，比較值大于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng) FC18 運(yùn)動(dòng) C 軸; 運(yùn)動(dòng)方向則是通過帶符號(hào)的增量距離實(shí)現(xiàn)，設(shè)定的增量距離值要大于刀套最大的偏離距離; 當(dāng)比較值小于設(shè)定值時(shí)，即使設(shè)定的增量距離沒有運(yùn)動(dòng)完成，也要停止 C 軸的運(yùn)動(dòng)。

     手動(dòng)操作刀庫(kù)對(duì)于大重型龍門機(jī)床是必要的，其中手動(dòng)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)將刀套運(yùn)動(dòng)到換刀點(diǎn)的操作方法有兩種: 一種是將指定刀套直接運(yùn)動(dòng)到換刀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)的方法如自動(dòng)換刀的 PLC 刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制; 另一種是將刀套一個(gè)一個(gè)的單步順序運(yùn)動(dòng)到換刀點(diǎn)，這也被稱為刀庫(kù)點(diǎn)動(dòng)操作。在交換刀具前都需要進(jìn)行刀庫(kù)定位微調(diào)。刀庫(kù)點(diǎn)動(dòng)操作的控制需要運(yùn)用下面 3 個(gè)公式( 式( 2) ～ 式

       

 

   

     綜上所述，找到了刀庫(kù)軸圓周運(yùn)動(dòng)角度、動(dòng)梁軸直線坐標(biāo)、任意換刀點(diǎn)三者之間的計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)在理論上初步定位，也找到了運(yùn)用距離檢測(cè)接近開關(guān)進(jìn)行刀庫(kù)定位檢測(cè)與微調(diào)的控制方法，最終靈活運(yùn)用 FC18 功能模塊實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)刀庫(kù)的任意換刀點(diǎn)控制。