1      免责声明

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2      概述

西门子828D系统的刀具管理功能是其一大亮点，在带有刀库的加工中心上运用该功能可以完成刀具的手动和自动更换，相比单纯由PLC 控制的换刀，刀具检索、数据刷新、手动换刀识别等很多任务通过HMI和NC完成，极大地减少了PLC 程序的开发量，程序脉络更加清晰，可读性和安全性更强。

 

3      要求

3.1      硬件要求


硬件

工艺

PPU24x/NCU710

PPU26x/NCU720

PPU28x/NCU730

PPU28x.Advance

车床

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●

●

铣床

●

●

●

●

磨床

●

●

-

●



3.2      软件版本要求

•         V4.7+SP02

3.3      其他要求

刀库品牌为台湾吉辅，如下图1所示：

                                              image.png

4      注意事项

4.1      注意事项一

刀库旋转由普通电动机完成，刀库运刀机构由液压机构驱动摇臂座执行刀库侧、待机位以及主轴侧三个位置的切换，刀库换刀机构同样由液压机构驱动机械手完成刀库侧与主轴侧的抓刀与放刀、拔刀与插刀、刀具180°交换的动作，同时还有主轴液压松紧刀等动作。

刀库回零、刀位计数以及运刀、换刀各步骤的到位信号均通过接近开关输入PLC完成，机床轴X，Y，Z到达换刀位置和主轴SP换刀角度的定向，通过NC换刀子程序L6设计完成。

4.2      注意事项二

添加需要注意的事项


5      调试或使用步骤

5.1      刀库基本设置

 1. 刀库初始化

刀库初始化主要是对刀具管理进行基本的刀库数量、刀位数量、缓冲区数量、找刀策略等进行基本设置。在新版本的V4.7系统上可以在Operater界面上通过【主菜单】->【NC】->【刀具管理】使用刀库模板进行刀库初始化，这里我们仍然采用TOOLBOX 光盘的里提供的初始化程序Mag_conf.mpf 进行刀库初始化，与普通圆盘机械手刀库的主要区别是找刀策略参数一行“N70 PLACE_SEARCH = 257 ”，表示此待机位换刀机构应设置为固定点换刀。


2. NC 参数设置

实现刀具管理功能需要进行一系列NC 参数的设置，以定义换刀子程序、换刀M功能码、刀沿激活、手动刀具等动作和应答逻辑等。例如MD10715、10716、22550，22560、22562、20270、20310、55210、52270等。


3．换刀相关子程序设计

相关的换刀子程序、程序段搜索处理等刀库文件可以从TOOLBOX 光盘的examples\04.07\Tool_management中查找到，并修改好复制到系统数据的制造商循环文件中，包括如下文件

L6.SPF：      换刀子程序，实现刀库的主要动作

TCA.SPF：     刀具激活

CYCPE_MA.SPF：程序段搜索处理程序

在换刀子程序L6中，首先判断预选刀号是否在主轴上、是否处于程序测试、模拟方式、卡爪上是否有刀，以决定是否继续执行换刀，通过3个浮点数用户数据接口使Y轴、Z轴、SP主轴分别运动到换刀位和定向停角度，执行M206 换刀。

 

5.2      PLC软件设计

5.2.1          建立传输/响应步骤表

建立传输/响应步骤表的目的是向刀具管理报告任务完成的应答和刀库当前的换刀动作的状态等。此待机位链式刀库的换刀步骤比较多，需要建立传输/响应步骤表，在完成换刀动作的同时响应对应的步骤，以通知刀具管理当前的刀具和刀库状态。刀具管理指令的传输/响应流程见图2。

image.png

（图2）

根据西门子828D 刀具管理的设置规则，把真实刀库表示为“1”，真实刀库中的某个刀位用刀位号表示，但是刀库中的刀位往往较多，很难逐个列出。所以用“0，1”代表新刀源地址，实际地址在DB4300.DBW6 和DB4300.DBW8 中；用“0，2”代表旧刀目标地址，实际地址在DB4300.DBW18 和DB4300.DBW20 中；用“1,n”代表刀库中第n号到位，n初始值为0，PLC中映射到DB9901.DBW2。

缓冲区刀库表示为“9998”，那么“9998，1”代表主轴；“9998，2”代表卡爪1；“9998，3”代表卡爪2，并且将从刀库抓取新刀的卡爪始终定义为“卡爪1”，将抓取主轴上旧刀后准备还回刀库的卡爪始终定义为“卡爪2”；装刀点表示为“9999”，本项目只有一个装刀点，所以用“9999，1”表示。

从828D 的PLC 子程序库中粘贴三个数据块:DB9900 ( 常量传递表) 、DB9901 ( 变量传递表) 、DB9902( 响应表) 。预先在数据块DB9900 中定义新刀和旧刀的动作步骤，在数据块DB9902 中定义换刀过程中、换刀终止和换刀完成的响应步骤，在数据块DB9901 中定义当前刀位号与主轴刀号的传递，以及异步还刀时卡爪2刀号与刀库当前刀号的传递（卡爪2上的刀要还到刀库中哪个刀位上）。由程序随时刷新DB9901 的当前刀位号，三个数据块的部分预定义示例见图3。



DB9900常量传递表

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DB9901变量传递表


image.png


DB9902响应表（部分）

image.png

                          （图3）

5.2.2           编写PLC程序

为了便于维护及更换刀库刀具，要求刀库中刀具为固定点换刀，即区别于普通圆盘式刀库的随机换刀，而且为了提高换刀效率和加工效率，要求换刀后机械手运动到待机位（如下图4中状态1）NC程序即开始加工，同时执行T备刀指令，准备下一把待加工的刀具。备刀完成后，机械手仍然停在到图4状态1待机位等待下次执行M06换刀命令。

  

 

image.png

（图4）

这里存在几种情况，对应会需要不同的换刀动作路径，以达到最佳效率

1) M206换刀，有新旧刀交换，对应换刀命令为DB4300.DBX1.1

这种情况，对应图4的第1-9步，最终需要同步应答换刀完成DB4200.DBX0.2，系统才可以继续执行NC程序。如下图5所示

image.png

（图5）

1) 异步还刀+T指令预选刀

执行图4中第9-17-1步。当系统应答完换刀完成即开始执行后续加工程序，此时PLC中的换刀动作继续从第9步往后执行，根据西门子系统规则，必须有换刀指令才能进行同步响应，否则会有系统报警，异步响应则可以随时响应，不需要命令。所以此时从卡爪2还刀到刀库结束后，需要应答图3中DB9902的第8步应答，对应NC/PLC接口地址为DB4200.DBX1.0，同时需要将目标刀位赋值给DB9901.DBW14完成刷新。如下图6所示

image.png

image.png

（图6）

T指令预选刀，对应指令为DB4300.DBX1.2，当M06换刀完成后执行了T指令时，PLC中即刷新了前面M06换刀时的DB4300.DBW20，所以应该在上面异步还刀过程中监控预选刀指令DB4300.DBX1.2，当出现该指令时即设置记忆旧刀号的标志位M120.0，并且应将DB4300D.DBW20赋值给用户自定义变量DB9025.DBW64保存起来，以便给异步还刀判断旧刀的目标刀位号使用。同时需要建立还刀过程中标志位DB9025.DBX53.0，因为T指令备刀动作必须在异步还刀动作结束后再执行。T指令备刀结束需要应答所有步骤完成，即DB4200.DBX0.0。部分PLC程序如下图7所示。

image.png

image.png

（图7）


2) T0

如果是程序加工的最后，需要将主轴上最后一把刀放入刀库，那么就需要在M06之后执行T0，此时注意要在PLC换刀动作中设计单独的判断逻辑，即通过DB4300.DBX1.3命令，在应答完还刀结束后，从图4中第12步直接跳回到第1步即可。T0结束的应答也属于备刀结束应答，同样应答所有步骤完成，即DB4200.DBX0.0。

3) 初次备刀与重复备刀

初次备刀即程序开始时调用第一把刀，此时属于只抓新刀、无旧刀的特殊情况，对应NC/PLC接口命令为DB4300.DBX1.4；重复备刀，是考虑到操作者编程重复编写备刀指令T，或者备完刀加工一段时间后，之前备的刀不想用了，重新输入T指令备刀，那么这个时候就要判断卡爪1上是否有刀，如果有刀要先还刀，再重新备刀。如下程序MPF1所示

T1           ;初次备刀

M06         ;换刀（包括异步还刀）

T2           ;提前备下一把刀

G01X500Y500F500  ;加工程序

T3           ;重新备刀

M06         ;换刀

……

 

要判断卡爪1上是否有刀，就需要建立卡爪1刀具号保存变量DB9025.DBW46，并且在应答备刀完成前，将DB9901.DBW2的当前刀具赋值给DB9025.DBW46。如下图8所示

image.png

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（图8）

以上关于卡爪1、2需要注意的是，即使卡爪2还刀后去抓刀，我们对于所有备刀时抓刀的卡爪仍然命令其为卡爪1，当应答完备刀指令DB4200.DBX0.0后，在刀具管理画面我们可以看到新刀应答到了卡爪1上，这样可以简化PLC中逻辑动作以及应答对卡爪1、2的区分，降低编程复杂程度。

卧式加工中心配合转台功能，在对箱体等类型零件进行铣削或孔加工时，所需的刀具数量往往较多，巨大的刀库往往需要单独放置在机床一侧，空间位置限制了像传统圆盘机械手刀库那样简便的换刀动作，往往需要在刀库与主轴之间增加待机位以及运刀环节。通过828D 刀具管理在该卧加刀库改造上的应用，既发挥了刀具管理的安全性和可靠性，又成功解决了加工异步还刀及待机位提前备刀问题，极大提高了此类卧加的加工效率，不失为此类加工中心设计及改造的一个高效且实用的途径。

 

6      应用举例

本章节可添加适当的应用举例

 

7      参考文献

1. 西门子( 中国) 有限公司，SINUMERIK 828D 简明调试手册, 2019．

2. 西门子（中国）有限公司，SINUMERIK 828D, SINAMICS S120机床数据 参数手册，2015．

3. 制造技术与机床，西门子828D刀具管理在加工中心改造上的应用, 余纬，张长永，等，2017.2.

8      作者/联系人

ZhuYuanji

2020.5.12

9      版本信息

版本

日期

修改内容

V1.0

2020.5.12