自动换刀程序典例

机械手换刀需要在刀具预选完成后执行，它一般通过CNC加工程序中的M06代码控制。机械手换刀的动作主要包括刀库换刀位刀套的90°翻转、主轴上刀具的松开/夹紧及机械手伸缩、回转等。当机械手采用机械凸轮驱动时，其伸缩和回转动作可由机械凸轮联动机构实现，PLC程序只需要根据要求控制机械手驱动电动机的起停。

SIEMENS子程序库和模板程序未提供机械手换刀子程序，以下SBR25是用于自动换刀控制的子程序例。自动换刀时的电磁元件动作要求可参见9.3.1节。

1.局部变量定义

子程序SBR25的局部变量定义及调用时的赋值要求如表9.3-7所示，程序中的主轴刀具夹紧/松开延时LW0，可通过CNC用户数据MD14510[22]设定。

表9.3-7 SBR25局部变量定义表

2.PLC程序

机械手换刀控制的PLC子程序一般由换刀起动与卸刀、机械手装刀、换刀完成与输出处理等部分组成，程序实例说明如下。

1）换刀起动与卸刀。换刀起动与卸刀程序如图9.3-11所示，程序Network1用于换刀起动、Network2用于卸刀控制。

在Network1中，当CNC执行换刀指令M06，输出M06信号V25001000.6及MF信号V25000000.0时，如T代码指令刀号和当前主轴刀号不一致，则刀具预选子程序的状态信号M30.0=0，程序中的换刀开始信号M21.0将置1。同时，CNC的通道进给使能禁止信号V32000006.0和读入使能禁止信号V32000006.1置1，CNC进入辅助功能执行等待状态。

换刀开始信号M21.0为1后，如主轴定向准停等自动换刀开始条件已具备（L0.0=1），刀库的刀具预选已完成（L0.1=1），则换刀起动信号M21.1输出1，以起动后述的机械手换刀动作；否则，将等待自动换刀条件L0.0或刀具预选完成信号L0.1。

图9.3-11 换刀起动与卸刀程序

Network2用于卸刀控制，程序在换刀起动信号M21.1=1，机械手上位检测信号L2.2=1，机械手动作记忆信号M21.6=0时执行。

如果机械手未进行换刀动作，当自动换刀信号M21.1为1时，Network2可产生刀库换刀位刀套90°翻转信号M21.2，使刀套成为垂直状态。90°翻转到位后，刀套垂直检测开关输入信号L2.3=1，该信号经T10延时0.5s后，将产生机械手70°回转信号M21.3，起动机械手驱动电动机，使机械手回转70°，完成抓刀（扣刀）动作。(www.xing528.com)

机械手70°回转到位后，检测开关输入L2.7=1，此时，将立即复位回转信号M21.3，停止机械手驱动电动机，并输出主轴刀具松开信号M21.4，接通主轴松开和吹气电磁阀，松开主轴上的刀具。

主轴上的刀具松开后，检测开关输入L3.1=1，该信号经T11延时后，将产生刀具交换信号M21.5，再次起动机械手驱动电动机，控制机械手连续进行刀臂伸出、机械手180°回转、刀臂缩回动作，完成刀具交换。2）装刀控制。机械手装刀控制程序如图9.3-12所示。

图9.3-12 机械手装刀控制程序

当机械手刀具交换信号M21.5为1、机械手驱动电动机再次起动后，机械手将在凸轮的驱动下，首先进行刀臂伸出动作；伸出到位后，刀臂下位检测开关L2.5=1。信号L2.5可将机械手动作记忆信号M21.6置1，以便禁止Network2，防止机械手在刀具交换完成后再次出现换刀动作。

机械手换刀时，其刀臂伸出、机械手180°回转、刀臂缩回为机械凸轮驱动的连续动作，动作完成后，刀臂将回到上位、70°位置，检测信号L2.2、L2.7恢复为1，此时，可立即复位刀具交换信号M21.5，再次停止机械手驱动电动机，并复位主轴刀具松开信号M21.4，断开主轴松开和吹气电磁阀，重新夹紧主轴上的刀具。

主轴上的刀具夹紧后，检测开关输入L3.0=1，该信号经T12延时后，将产生机械手返回信号M21.7，第3次起动机械手驱动电动机，控制机械手返回到180°位置。由于机械手结构完全对称，机械手180°与0°的状态完全相同；返回到位后，机械手0°检测开关输入L2.6为1。信号L2.6一旦为1，将立即复位机械手返回信号M21.7，第3次停止机械手驱动电动机，并复位刀库换刀位刀套90°翻转信号M21.2，使刀套重新成为水平状态。

3）换刀完成与输出处理。换刀完成与输出处理程序的设计如图9.3-13所示。程序中的Network4用于换刀完成和刀具安装表更新处理，Network5用于PLC的输出处理。

在Network4上，当机械手换刀动作完成，上位、0°检测开关输入L2.2、L2.6为1时，如刀库换刀位刀套成为水平状态（L2.4=1），将复位换刀开始信号M21.0，撤销换刀起动信号M21.1，并复位机械手动作记忆信号M21.6及CNC的通道进给使能禁止信号V3200 0006.0和读入使能禁止信号V32000006.1，使CNC继续执行加工程序。与此同时，PLC将调用按9.3.5节修改后的刀具安装表更新子程序SBR51（MGZ_RNEW），将原主轴上的刀具号VB14000000写入到现在换刀位刀座存储器上；而将加工程序中T代码指令的刀具号，重新写入到主轴刀号存储变量VB14000000上。

Network5可将程序中的机械手换刀动作信号转换为子程序的输出变量，以控制PLC的输出。程序中的刀库换刀位刀套90°翻转输出L3.4，只能在自动换刀起动信号M21.1为1时，通过信号M21.2输出；如L3.4为0，刀套0°输出信号L3.5将保持为1，从而使得正常情况下刀套始终能够位于水平状态。机床的主轴吹气和刀具松开电磁阀通常都为单电控阀，只要输出L3.2、L3.3为0，即可自动关闭主轴吹气，使刀具成为夹紧状态。机械手驱动电动机输出信号L3.6，需要考虑机械手70°回转（M21.3）、刀具交换（M21.5）和机械手返回（M21.7）3种情况。

以上是机械手换刀加工中心的常用控制程序，在部分凸轮机械手换刀装置上，机械手的检测开关安装可能有所不同，读者可参照上述程序进行适当修改后使用。此外，部分机床还可能采用液压机械手控制，此时，以上自动换刀控制子程序SBR25也需要进行相应修改，限于篇幅，本书不再对此进行说明。

图9.3-13 换刀完成与输出处理程序