基于802D SL数控系统斗笠式刀库自动换刀程序设计

冉雪莲

(西京学院数控中心，陕西西安710123)

自动换刀是加工中心的重要辅助功能，作用是将主轴中用过的刀具还回刀库，又将需要的刀具从刀库取到主轴中。要求准确、无误、快速。

斗笠式刀库具有结构简单、成本低、易于控制和维护方便等优点，因此在中小型加工中心上得到了广泛的应用。但是，在我们使用中发现，往往会出现乱刀现象，从而又会引起撞刀。这对数控机床安全和精度构成极大的危胁。

此程序基于西门子802D SL数控系统和BT40－16T的斗笠式刀库，设计时充分考虑了各种因素。还刀时，一定将主轴中刀具还回原来的位置;取刀时，按程序指定刀号取刀。断电后，刀库当前刀位保存在保持存储器中，不丢失。重新上电不需再回零。采用参数编程使程序易调整易维护。

1 控制要求

斗笠式刀库自动换刀有3个基本动作，它们是:

(1)还刀:主轴上有刀具，将主轴上刀具直接还到刀库当前位置上。

(2)取刀:主轴上无刀具，将目标刀具从刀库取到主轴上。

(3)换刀:主轴上有刀具，先将主轴上刀具还回刀库原来位置上，再将目标刀具取到主轴上。

斗笠式刀库采用固定刀位管理，刀具号与刀库刀位号相同，为了使用方便，我们对程序设计提出3点要求:

(1)刀库只需回零一次(确定1号刀具位置)永远记忆，以后不需回零。

(2)刀库就近找刀，缩短换刀时间。

(3)加工期间，允许手动转动刀库，始终不会乱刀。

2 系统变量与用户定义

802D SL数控系统为用户程序设计提供了丰富的资源，灵活地使用这些资源会使程序设计简单合理。

可用于刀库程序设计的资源有:

(1)PLC机床参数 $MN_USER_DATA_INT［n］，整数(32 个);$MN_USER_DATA_FLOAT［n］，实数(8个)。

(2)公共存储器 VB49000000～VB49000511，512字节。

(3)用户数据 _ZSFR［n］全局用户数据40个，实数;_TM［n］全局用户数据40个，整数。

通常采用PLC程序和换刀循环程序相结合完成各种换刀动作。由PLC完成的动作有:刀库的伸出和缩回，主轴的松刀和紧刀，刀库的正转和反转。由换刀循环程序完成的工作有:Z轴的定位，主轴的定向停及对各种刀库动作控制等。

换刀循环程序和PLC程序是由不同的CPU执行的。802D SL为它们之间的联系提供了512个字节的公共存储器，它们的地址为 VB49000000～VB49000511，PLC程序可直接使用该地址编程。在换刀循环程序中定义了许多系统变量与之对应，而且必须用系统变量编程。

(4)系统变量 $A_DBB［n］，字节型;$A_DBW［n］，字型;$A_DBR［n］，实数型。其中 n表示地址偏移量如:$A_DBB［0］与 VB49000000对应，8位;$A_DBW［4］与VB49000004对应，16位。它们的作用可由用户定义。刀库换刀共6个动作，定义如下:

换刀循环程序和PLC程序执行换刀动作是采取应答工作方式。换刀循环向PLC发出刀库动作命令，PLC执行，执行完毕后，把完成信息反馈到换刀循环，换刀循环才继续执行下面的程序。

我们定义系统变量$A_DBB［1］为命令完成应答字。PLC完成任务后，将 VB49000000的值传送到VB49000001说明任务已完成。固定循环一旦发现$A_DBB［1］=$A_DBB［0］，说明 PLC 命令已完成。

3 刀库就近找刀原理

刀库为了就近找刀，必须正确选择旋转方向，保证刀库每次旋转的刀位数不超过总刀位数的一半。一般根据目标刀位D目标和当前刀位D当前之差D差来判断。

满足正向旋转的条件是:

D差＞0且D差≤Dmax/2或者D差＜0且D差＜－Dmax/2

满足反向旋转的条件是:

D差＞0且D差＞Dmax/2或者D差＜0且D差≥－Dmax/2

为了编制换刀循环程序，我们采用系统为用户提供的用户数据来表示上述值:

(2)_TM［0］=2主轴上有刀，已还过刀，找目标刀位

(3)_TM［0］=1主轴上无刀(T0)，取刀，找目标刀位

式中:$P_TOOLP系统变量表示编程刀号;$P_TOOLNO系统变量表示主轴上当前刀号;$A_DBW［6］系统变量表示刀库实际刀位。

判断刀库正转公式:

判断刀库反转公式:

4 应答命令CMD_ACK(n)子程序的设计

斗笠式刀库自动换刀有6个动作，为了实现这6个动作，制定了5条应答命令，它们是:

它们采用应答工作方式，由换刀循环发出命令，PLC执行，完成后，再执行下一步程序。这5条命令在一次换刀过程中要多次用到，执行过程基本一致，可编成一个子程序，即CMD_ACK(n)。其中，n为命令字。

为了编制应答命令子程序，我们再引入两个PLC参数和3个用户数据。

应答命令子程序:

与应答命令CMD_ACK(n)子程序对应的PLC程序如图1所示。

5 换刀循环程序设计

为了编制换刀循环程序，再引入两个PLC参数和辅助指令M19。

换刀循环程序如下:

6 结语

此程序已在我院自主组装的850B加工中心上完成调试，已投入使用并达到预期效果。不仅满足使用要求且简单易读，程序维护方便。另外，读者可根据自己机床的具体使用要求，在以上程序基础上酌情添加测试方式的换刀控制程序，或加入一些安全判断。

［1］王钢.数控机床调试、使用与维修［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［2］SINUMERIK 802D Solution Line简明调试手册［Z］.2008.

［3］SINUMERIK 802D Solution Line PLC 子程序库说明［Z］.2009.