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，其代表是機械手刀庫。由于這兩類刀庫的換刀方式不同，調試人員在編制換刀程序時要采用不同的方法，在三菱CNC的PLC開發(fā)軟件中提供了專用的換刀指令。現(xiàn)結合機械手刀庫的換刀宏程序，詳述如下： 1 名詞術語 由于GX-DEVELOP軟件應用手冊中的名詞術語較為混亂，在本文中予以的規(guī)范如下： 1.1 刀具 指具體實施切削工件的工具，每把刀具可予以編號，選刀時直接指定刀具號。 1.2 刀套 指卡裝的刀具的裝置。刀套也有編號。 1.3 刀盤 刀庫中的旋轉體。帶動刀套運動。 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 換刀過程中的動作順序 2.1 斗笠式刀庫的換刀順序 各軸（X，Y，Z軸）運動至第1換刀點——刀庫前進卡刀——主軸松刀——Z軸上升至第2換刀點——刀庫后退——旋轉選刀——刀庫前進——Z軸下降至第1換刀點——主軸鎖刀——刀庫后退——換刀完成 2.2 立式刀庫換刀順序 Z軸運動至第1換刀點——主軸松刀，吹屑——Z軸運動至第2換刀點——關閉吹屑 拔出定位銷——刀盤旋轉選刀——打入刀盤定位銷——Z軸下降至第1換刀點——主軸鎖刀——Z軸運動至原點——換刀完成 2.3 機械手刀庫換刀順序 （M6換刀指令前，用T指令完成選刀）——刀盤旋轉選刀完成——刀套垂直放下——Z軸運動至第一換刀點——機械手旋轉卡刀——主軸松刀——機械手旋轉換刀——主軸鎖刀——機械手回原點——刀套水平收回刀庫——換刀完成 2.4 簡易轉塔換刀 X、Z軸運動到換刀點——刀塔正向旋轉選刀——暫停0.3分——刀塔反向旋轉鎖緊——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、主軸的換刀、刀號寫入，刀號讀出，就近選刀旋轉方向，旋轉步數(shù)的確定，制做一環(huán)形計數(shù)器等，現(xiàn)以斗笠式刀庫和機械手刀庫為例，詳述專用換刀指令的使用。 3.1 刀庫及換刀參數(shù)的設置 在使用專用換刀指令時，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?shù)脑O置，PLC程序如圖1。 3.2 設定刀具號（以24把刀為例） 向刀庫中的R3000-R3079順序寫入刀具號（如圖2） （刀庫就像一酒店內的環(huán)行客房，R3000-R3024就是每個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刀盤。在編制PLC程序時，核心就是“選刀”，即發(fā)一個選刀指令，驅動刀庫正向或反向旋轉，直到“換刀位置刀號”與“所選刀號”相等，才使刀盤停止旋轉，執(zhí)行后續(xù)的換刀動作。 “換刀位置”是刀庫上的一固定位置，只有在這個位置上的刀具才可能被換至主軸上。在刀盤旋轉時“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?shù)侗P旋轉時，用刀盤計數(shù)器的計數(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)值自動驅動M200=ON或OFF。當M200=ON則刀盤正轉，M200=OFF，則刀盤反轉，但使用這條指令前必須進行若干設置，示例如下： （Rn——R500——用以指定參數(shù)設置緩沖區(qū)的起始地址。 在指定的參數(shù)設置緩沖區(qū)內，不設置具體的內容，只設置存放具體數(shù)據(jù)的文件寄存器的地址號。 如在R500內指定一個文件寄存器的地址號 ――513，則文件寄存器R513用以設置刀盤旋轉的相關參數(shù)，如刀盤從“0”或“1”開始計數(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)計算出的為選刀，刀盤應轉動的步數(shù)。 旋轉指令的前期設置示例如圖4。 經(jīng)以上設置，則 R513——用于設置刀庫旋轉參數(shù) R3000——換刀位置寄存器 R636——選定刀號寄存器 R1920——應旋轉步數(shù)寄存器 則刀盤旋轉動作如圖5。 圖5中M15刀盤旋轉啟動指令由主加工程序發(fā)出。 M200用于確定刀盤正反轉。由就近選刀指令發(fā)出。 M750刀號相等用于切斷刀盤正反轉。 3.4“換刀位置”寄存器中刀具數(shù)據(jù)的獲取 刀庫的旋轉由刀庫計數(shù)器予以檢測，刀盤不斷旋轉，“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（如圖6） 3.4.2 刀盤反轉（如圖7） 當?shù)侗P正轉脈沖或反轉脈沖驅動上述指令后，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，所以進行比較之前還須進行二進制轉換（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)，這就可以進行比較，以獲取停止旋轉條件。 通過S. ROT. K1指令獲取旋轉方向，最終完成旋轉選刀。 3.5 機械手刀庫的換刀 機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。刀具號始終是環(huán)形排列。而機械手刀庫中的刀套號與刀具號是不一致的。因為機械手刀庫在換刀時是通過機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)形隨機排列。因此在PLC程序中處理稍顯復雜些，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換刀信號=ON時，將主軸刀具號與換刀位刀具號相交換。該指令執(zhí)行前要做相應的設置。 3.6 刀套標簽和實際刀具的對應關系 在NC的“刀具登錄”畫面上，每驅動“刀盤正轉”或“刀盤反轉”指令，就可觀察到MG1——-MG80（對應R3000—R3079）中的數(shù)據(jù)在改變，實際上是在做環(huán)行移動。 如果驅動主軸換刀指令，則環(huán)行刀具排列就不是順序的，而是隨機排列。在實際調試中，對于機械手刀庫，經(jīng)過多次換刀后，刀套標簽所對于的實際刀具已完全不同，用戶要求隨時了解每一刀套內的實際刀具，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)行計數(shù)器，用其代表刀套的實際運動。再將該環(huán)行計數(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的實際刀具。PLC程序處理如圖10。 綜上：在使用專用換刀指令的前提下，整個刀庫可以看成是酒店內的環(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。刀盤每旋轉一次，房間里的客人就整體順時針或逆時針移動一次。斗笠式刀庫中，客人全部是環(huán)行順序排列，而機械手刀庫中的刀套號與刀具號是不一致的，客人是環(huán)形隨機排列。 一個刀庫可以看成三套運動系統(tǒng),R3000-R3079是固定的門牌號碼，它的數(shù)值由刀盤運動指令確定。 刀套也可以看做是一環(huán)形運動系統(tǒng)，用環(huán)行計數(shù)器指示其運動位置。將其數(shù)值賦予指針R2965，在顯示屏上可觀察到MG刀套對應的實際刀具。 刀具也做環(huán)形運動，由S.ATC.K7/S.ATCK8驅動其做環(huán)形運動，其刀具號在R3000-R3079中反映。而且只要驅動S.ATC.K7/S.ATCK8指令，則在屏幕上MG1——-MG80立即對應顯示為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，對于機械手刀庫尤為適用。只是使用專用指令的前期設置比較繁難，使用時應予以注意。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集