加工中心机床圆盘式刀库

加工中心机床圆盘式刀库 发那科系统PMC的编程技术

安庆长谷川数控机床有限公司 雷晓鹏 北京发那科机电有限公司 胡 年

自动换刀机构（ATC）是数控机床易发生故障的地方。本文介绍PMC的编程思路和方法，供大家讨论。此程序自2004年始已在数百台加工中心运用。

一、 基本规则

1、刀具在D0000到D0032登录。D0000登录主轴刀具号，D0001到D0032登录刀套内刀具号，在此假定刀库容量为32把刀。

2、执行T码时,刀库中T码刀具旋转到换刀口位置，在刀库旋转过程中，程序自动加工运行不中断，称之为预选刀。

3、M6执行换刀过程，执行前，Z轴必须回第一参考点，即 G91 G28 Z0或 M19 G91 G28 Z0。

4、允许的大径刀（如面铣刀）直径不容许超过普通刀具（以下简称：小径刀）最大直径的二倍，否则大径刀之间随机交换会撞刀。刀具重量不能超过刀库容许重量。

大径刀刀具号设定规则：大径刀的相临两侧刀套内必须为空，空刀套的刀具号自动设定为99（也可设定其他数字，PMC识别为空刀）。D100内设定大径刀个数，小径刀刀具号必须大于大径刀个数乘2加1。初始设定主轴刀具号D0000必须是小径刀刀具号。

5、大径刀具交换规则：小径刀可放进大径刀刀套内，大径刀不可放进小径刀刀套内。

主轴小径刀与刀库小径刀交换，一次性换刀； 主轴大径刀与刀库大径刀交换，一次性换刀； 主轴小径刀与刀库大径刀交换，一次性换刀，小径刀放进大径刀刀杯套内； 主轴大径刀与刀库小径刀交换， 第一次将原大径刀刀套内的小径刀换到主轴上，第二次再进行小径刀之间的交换。 以上交换规则PMC自动识别换刀。

6、在刀库运行中发生停电等故障，具备中断点记忆和用按键操作恢复功能。有完善的电机保护和报警操作提示。

7、以上自动刀具交换（ATC）动作本文介绍的都用PMC完成，读者也可用宏程序和PMC结合编程实现。

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二、 PMC程序框图

三、详细介绍刀库盘旋转部分PMC程序和说明

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1、准备工作

自动换刀部分反馈信号： R30.0=1 主轴抓刀反馈；

R30.1=1 主轴松刀反馈，延迟0.2秒是消除信号反馈传感器安装误差，其它信号反馈延迟道理相同；

R30.2=1 刀杯上（水平位置）信号反馈；

R30.3=1 刀杯下（刀具垂直向下位置）信号反馈。 R30.4=1 抓刀机械手在原点位置； R30.5=1 抓刀机械手在抓刀位置；

K2.6=0 德士换刀结构1型、K2.6=1 德士换刀结构2型；

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K0.5和K2.5设定常用刀库容量,刀杯计数器用C0。

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X9.7是刀杯计数传感器，R32.1为整形计数脉冲。R0.4开机延迟0.5秒后等于1,如没有,在X9.7=1的故障情况下开机,有一个R32.1脉冲， C0(CTR)会自动加1或减1计数,而产生刀杯位置错误。K11.4和K11.5为刀库正反转保持信号。

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在D100中设定要使用的大径刀具个数,D104=D100*2+1是最后一个空刀杯,大于D104的刀具号为小径刀具号,小于等于D104的刀具号为大径刀具号。

如不用大径刀,设定D0100=0。

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以下是根据D100所设定的大径刀数量,自动将99送到大径刀杯相邻的空刀杯中去。刀具号99表示空刀杯，空刀杯号1、3、5 …… 。

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…… …… ……

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2、T码到达准备

A0.7和A1.2为换刀机械手和计数器报警;R55.4为T码等于0或99报警;R32.5是刀具表中没有此T码报警;R32.6是T码刀具在主轴上.延迟0.2秒给PMC判断时间, 条件满足后T码完毕。

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在不是主轴大径刀同T码小径刀交换（K10.6≠1）的情况下,T码放到D82(BCD)。并做一些判断，T码等于0或99时报警。

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R54.2=1，主轴小径刀同刀库大径刀交换的判断,此时将主轴小径刀号存到D106中，为以后主轴大径刀同T码小径刀交换做准备。

K10.6=1是主轴大径刀同刀库小径刀交换，T码放到D108，把原来放到大径刀杯的小径刀D106送到D82，进行第一次交换，换刀后，主轴刀具是小径刀（D0=D106）。

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第一次交换完毕后（R55.6=1），再开始主轴小径刀同T码D108小径刀进行第二次交换，此时把D108放到D82中，进行二次换刀。二次换刀结束后D0=D108，T 码在主轴上。

3、刀库盘旋转

刀杯号寻找：经过以上T码到达后的准备工作，在各种情况下寻找的刀具号都放在D82中，刀具D82的刀杯号在D86中。当D86的刀杯号等于换刀口位置计数器C0时（R32.7=1），刀库盘旋转位置到达。

R32.5是T码在刀具表中未找到报警。R32.6是刀具以在主轴上。

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R33.0是刀库旋转的条件，当寻找的刀具在主轴上（R32.6=1）或到达换刀位置（R32.7=1），刀库旋转停止（R33.0=0）。

刀库旋转分两种情况：

a）K10.6=0 和R55.6=0；不是主轴大径刀换小径刀。

b）K10.6=1 和R55.3=1；主轴大径刀换小径刀，第一次旋转到大径刀杯内的小径刀的位置换刀。

R55.6=1 和R55.2=1；第一次换刀后结束主轴已是小径刀，再旋转到

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T码小径刀具的位置。

刀库就近旋转方向判断

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自动模式下，R32.7=1时，寻找的刀具到位，旋转停止。

手动模式下，按一次键（X29.0或X29.1），刀库旋转一个刀杯位置停止。 K11.4和K11.5是在旋转未到位的情况下信号保持。如果旋转未到位时发生停电等故障再重开机后，此信号保持并给予报警，同时指示灯（Y25.0或Y25.1）闪烁。按相应键（X29.0或X29.1）使刀库旋转到位（X9.7=1），故障恢复。

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刀杯上动作：

手动模式下，按一次键（X29.0或X29.1），刀杯上后刀库再旋转。 自动模式下，有刀库旋转信号R33.0=1时刀杯上。

刀杯下动作：自动模式下，M6换刀指令到达和换刀过程中（R29.5=1）刀杯下并保持。

机床停电不用时，刀杯有可能停在中间位置，此时给一个开机脉冲（R0.1）使刀杯向上（R29.6）。如果已在上下位置，也顺便给一个脉冲（R29.6或R27.7）保持原来状态。

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四、简要介绍M6指令到达机械手换刀部分和故障恢复的PMC程序

1、换刀前准备

Z轴已回换刀点，如未完成，产生操作异警Z AXIS NO HOME,程序中断。需更正程序，在M6前加 G91 G28 Z0 。

刀具在换刀位置，如未完成M06等待刀库盘旋转到位。

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在执行M06 换刀步骤过程中，Z轴自动锁定。M06执行结束，Z轴锁定自动取消。

M06到达R15.3=1，用R34.1=1去执行刀杯向下和主轴定位。

当R34.2=1时，自动换刀前准备完毕。

2、换刀步骤

采用步进式编程，分为六步：

1) 刀臂旋转,抓将要交换的两把刀具;K10.0=1 2) 主轴松刀和吹气; K10.1=1，K10.0=0

3) 刀臂旋转180度,两把刀具交换; K10.2=1，K10.1=0 4) 主轴停止抓刀和吹气; K10.3=1，K10.2=0 5) 数据交换; K10.4=1，K10.3=0 6) 刀臂旋转,回初始位置. K10.5=1，K10.4=0；当K10.5=0时，换刀结束。

下面介绍第一、第二步，其余读者可自行分析编程

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机械手驱动

松刀驱动

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R29.5=1是换刀过程中，用此信号进行Z轴自动锁定。

R41.3=1，M6换刀结束信号。

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3、换刀过程中,如果出现紧急停止,总电源故障等问题，换刀过程中断的处理。

重新开机和释放紧急停止按钮。开机后会显示信息： RESTORE MAG，STEP BY STEP，BE CAREFUL！

同时Z轴已自动锁定，在各种模式下都不可移动。主轴未定位，主轴刀具处于夹紧状态，机械刀臂处于中断停止位置。

R36.0是恢复换刀中断的条件：打开PMC软开关（RST MAG ON）、选择手动位置、 打开操作面板程序编辑钥匙开关。

如果刀臂不在卡住刀具位置，按下主轴定位按钮，执行主轴定位。

点动刀库盘正转键（X29.0），产生脉冲R36.2从中断的K码保持的位置起，一个脉冲执行一步，从中断处一步一步地向下执行换刀动作，直至完成。具体原理可参考本节：2、换刀步骤，第一、第二步程序自行分析。

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五、刀库部分的电机保护PMC程序和说明

A1.7是刀库盘旋转马达的过电流继电器（X1.1）保护动作。

A3.5刀库盘旋转时，相邻刀杯在2.5秒内未到位（没有记数脉冲）出现此异警。

出现此异警时同时切断旋转马达输出点（Y0.4=0 & Y0.5=0）,既马达停止供电。

A1.5是刀臂旋转马达的过电流继电器（X1.2）保护动作。 A3.6是换刀过程中当换刀臂旋转时，任何一步刀臂动作在2秒内未到位时出现此异警。

出现此异警时切断刀臂旋转马达输出点（Y0.6 =0）,既马达停止供电。

通过以上保护，几年来数百台机床运行以来，刀库部分电机无一烧毁。其余部分保护，只要可找到反馈信号，都可以参照编写。

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