周肇元+班帥+化春雷+譚智

摘 要 在SIEMENS 840D/840Dsl的刀具管理基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，實現(xiàn)大型刀具的手動更換及自動刀具補償功能，介紹了設(shè)計原理及調(diào)試方法。

關(guān)鍵詞 SIEMENS 840D；SIEMENS 840Dsl；刀具管理；手動換刀

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0078-01

SIEMENS 840D/840Dsl系統(tǒng)針對具備刀庫的復合型機床提供一整套強大的刀庫管理功能。該功能可實現(xiàn)刀具數(shù)據(jù)的實時更新，多刀庫的動態(tài)管理，刀具隨機尋找空位及自動進行大小刀躲避。但是在重大型機床上，對一些特殊的，只能進行手動更換的刀具，SIEMENS卻沒有給出相應(yīng)的解決方案。本文以我公司生產(chǎn)的GTM系列龍門移動式車銑加工中心為例，通過對SINUMERIK 840Dsl刀庫管理功能進行二次開發(fā)，實現(xiàn)大型刀具的手動更換及自動刀具補償。

1 設(shè)計思路

SIEMENS 840Dsl系統(tǒng)自帶的刀具管理功能大致分為兩大類，一種是主軸直接抓刀，另一種情況是通過機械手抓刀。GTM系列機床使用的是第二種換刀方式。在這種情況下，系統(tǒng)中最少需要配置3個刀庫：鏈式刀庫（刀庫號為1），緩沖區(qū)刀庫（刀庫號為9998），裝載點刀庫（刀庫號為9999），如果是多刀庫，相應(yīng)需要增加鏈式刀庫的數(shù)量，圖1中所示為雙刀庫的情況。

圖1 雙刀庫換刀示意

緩沖區(qū)刀庫9998已經(jīng)被SIEMENS預(yù)先定義為主軸位與機械手位，不允許用戶自行更改。其中（9998，1）為主軸位，（9998，2）為機械手1位，（9998，2）為機械手2位。對于手動刀具來說，自然不能將其加載至鏈式刀庫上。通過多次試驗，我們發(fā)現(xiàn)，當?shù)毒咛幱诘豆駜?nèi)不在刀庫表內(nèi)時，系統(tǒng)會自動將該刀具臨時存放在（9999，1）中。因此，當我們在進行手動換刀的操作時，其實就是將（9999，1）內(nèi)的刀具加載進（9998，1）的過程。分析到這里，具體的設(shè)計方法也就應(yīng)運而生了。

要實現(xiàn)刀具從（9999，1）直接裝載至（9998，1）而不經(jīng)過鏈式刀庫和機械手，我們要對原來的負責刀具管理功能的PLC及NC程序進行修改。其中PLC程序中需要修改FC90與FB90兩個功能塊，這兩個功能塊是由SIEMENS標準的刀具管理模塊，F(xiàn)B90的修改方法如下。

1）原程序中預(yù)留了很多個跳轉(zhuǎn)識別符，在其中選擇一個網(wǎng)絡(luò)比如“SS28”，這里主要是為了與FC90進行關(guān)聯(lián)。

2）判斷舊刀刀庫號是否等于9999，即當前主軸刀具是否為手動刀具。

3）不論上步的判斷結(jié)果如何，再次判斷新刀刀庫號是否等于9999，即當前指令刀具是否為手動刀具。

4）兩次判斷結(jié)果有5種情況：

①舊刀刀庫號為9999，新刀刀庫號為9999。即主軸當前刀具為手動刀具，指令刀具也為手動刀具。這種情況下，可直接進行手動刀具交換。

②舊刀刀庫號為9999，新刀刀庫號為1。即主軸當前刀具為手動刀具，指令刀具為自動刀具。這種情況下，需要先進行手動卸刀，然后在進行自動裝刀。

③舊刀刀庫號為1，新刀刀庫號為9999。即主軸當前刀具為自動刀具，指令刀具為手動刀具。這種情況下，需要先進行自動卸刀，將當前刀具送回刀庫內(nèi)，然后在進行手動裝刀。

④舊刀刀庫號為0，新刀刀庫號為9999。即主軸空刀，指令刀具為手動刀具。這種情況下，需要進行手動裝刀。

⑤舊刀刀庫號為9999，新刀刀庫號為0。即主軸當前刀具為手動刀具，系統(tǒng)執(zhí)行的是T0。這種情況下，需要進行手動卸刀。

5）根據(jù)判斷的結(jié)果，相應(yīng)對的使用FC8功能塊對刀具表進行刷新，由于篇幅所限，這里就不列出全部的程序內(nèi)容，有需要的讀者可自行聯(lián)系作者。

FC90的修改方法相對簡單，只要判斷一下新刀舊刀的刀庫號中是否存在9999，如果是，激活相應(yīng)的位使FB90中的程序跳轉(zhuǎn)至“SS28”即可。由于篇幅所限，這里就不列出全部的程序內(nèi)容，有需要的讀者可自行聯(lián)系作者。

NC程序同樣需要修改，原自動換刀程序執(zhí)行是由3個部分組成的：

①T_PREPARE.SPF 備刀程序，通過執(zhí)行T碼調(diào)用。

②TOOL.SPF 換刀主程序，用來判斷換刀方式。

③TOOLAUTO.SPF 自動換刀程序，執(zhí)行自動換刀，包括機床軸與刀庫的定位、機械手與主軸抓刀等動作的控制。

我們需要修改的是換刀主程序TOOL.SPF，原程序中只有對自動換刀方式種類的判別，即判斷出裝刀、卸刀及刀具交換三種情況，現(xiàn)在需要將手動換刀的判斷整合進去。程序中需要增加的指令相對復雜，由于篇幅所限，這里就不列出全部的程序內(nèi)容，有需要的讀者可自行聯(lián)系作者。在這里將比較重要的指令列舉如下：

IF （（_TV==0） AND （$AC_TC_MTO==9999）） GOTOF Auswechseln；手動卸刀

IF （（$AC_TC_MFN==9999） AND （$AC_TC_MTO==9999）） GOTOF Tauschen ；手動換刀

IF $A_TOOLMN[_TV]==0 GOTOF Einwechseln；手動裝刀

2 功能調(diào)試

程序修改完成后，確保其無誤，并分別下載至PLC/NC內(nèi)。然后在系統(tǒng)刀具表內(nèi)建立手動刀具，建立方法與自動刀具相同。建立好刀具后，注意不要將其加載至鏈式刀庫內(nèi)。

先執(zhí)行備刀指令T=“xxx”，再執(zhí)行換刀主程序“TOOL”。此時如果主軸當前到或者指令刀中有手動刀具，NC程序經(jīng)過判斷后會執(zhí)行M0中斷程序，等待用戶進行手動換刀，當用戶更換完刀具后，再次按下循環(huán)啟動按鍵，刀庫表隨機會進行自動更新，使用刀具從（9999，1）裝載至（9998，1）。

3 結(jié)束語

本文對SIEMENS 840D/840Dsl數(shù)控系統(tǒng)的刀庫管理功能進行了二次開發(fā)，實現(xiàn)了手動刀具的自動管理，效果良好。

基金項目

國家重大科技專項。

課題名稱：高速/復合數(shù)控機床及關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新能力平臺。

課題編號：2011ZX04016-021。

參考文獻

[1]SINUMERIK 840D sl Special Functions 2013.6.

[2]SINUMERIK 840D sl / 828D Basic Functions 2013.6.

[3]SINUMERIK 840D sl / 828D Extended Functions 2013.6.

作者簡介

周肇元（1982-），男，工程師，現(xiàn)任職于沈陽機床（集團）有限責任公司，主要從事數(shù)控機床電氣設(shè)計工作。endprint