西门子840D刀库管理功能在FMH800加工中心中的应用

摘 要：比较了两种刀库管理功能，介绍了西门子840D刀库管理功能的优势，阐述了使用西门子840D刀库管理实现自动换刀功能的主要过程。调试完成之后，恢复了自动换刀功能，刀库管理界面友好，刀库系统运行正常，提高了换刀效率，缩短了整体加工时间，为正常生产提供了有效的保障。

关键词：840D；刀库管理；自动换刀

引言

友嘉卧式加工中心FMH800是江西洪都航空工业集团有限责任公司的重要设备，采用SINUMERIK 840D pl控制系统。机床仅配置了链式刀库和机械手换刀装置，刀库容量60把，但机床并未配置自动换刀的NC/PLC控制程序，从该机床开始使用以来，一直使用手动换刀。在零部件的加工过程中需要多次手动更换刀具，从而导致换刀效率低下。为了提高换刀效率，缩短整体加工时间，我公司决定恢复其自动换刀功能。

1 自动换刀方案选择

1.1 传统刀库管理功能

传统刀库管理功能（即用户编写的刀库管理功能）可分为三部分：人机界面，备刀（刀库的运动），换刀（机械手的运动）。

由于西门子840D系统具有良好的开放性，允许机床厂家将自己的专有技术加入到系统当中，并提供适合特殊应用的显示界面、更方便的操作方式、更简单的加工参数调整等功能，使其与标准系统无缝连接。

1.2 西门子840D的刀库管理功能

西门子840D提供了标准的刀库管理功能，相比于传统的刀库管理功能，除了具备传统的刀库管理功能外，还具有以下优点：

（1）刀库管理适用范围广；（2）换刀灵活；（3）换刀过程透明；（4）实现刀具寿命监控；（5）刀库配置容量大；（6）大小刀管理。

综合比较两个方案，文章决定使用西门子840D的标准刀库管理功能来实现本机床的自动换刀功能。

2 刀库机械手结构与数控系统配置

2.1 刀库机械手结构

该机床刀库采用带机械手的链式单刀库，可装60把刀具。液压马达和双速换向阀控制刀库的高低速旋转，机械手由液压驱动。在刀库侧面配备有单独的换刀机械手手动控制平台。

2.2 刀库特点

2.2.1 随机换刀。由于换刀动作为互换型，没有预抓刀动作，为了提高换刀速度，采用随机换刀方式。

2.2.2 双速旋转。即高速找刀，低速定位。因为该刀库容量较大，所以在找刀过程中要求刀库以高速接近目标刀位，在达到目标刀位的前一刀位开始切换到低速以确保定位准确。

2.3 数控系统配置

该机床采用SINUMERIK 840D pl系统，NCU 573.5，PCU50.3，人机界面为HMI Advanced 7.6，驱动器采用SIMODRIVE 611D，进给轴电机为1FT6伺服电机，主轴电机为1PH7伺服电机。

3 基于西门子刀库管理的自动换刀功能

要实现西门子840D的刀库管理功能，需要根据实际要求配置刀库管理相关的刀具数据，并在PCU50上配置刀库，最后编写PLC程序和NC的换刀子程序，实现NC-HMI-PLC相互关联通讯，完成刀库管理功能。

3.1 设置刀具管理相关数据

刀库管理相关刀具数据设置如下：

MD 18080： MM_TOOL_MANAGEMENT_MASK=1H选择激活刀库管理的功能。

MD 18082： MM_NUM_TOOL=90刀具数量（注意不是刀库刀位数量）。

MD 18084： MM_NUM_TOOL_MAGAZINE=3 定义刀库数量，包括刀库，缓冲区，装载点，所以是3个。

MD 18086： MM_NUM_MAGAZINE_LOCATION=65 总的刀位数量，不仅包括实际刀库刀位数，还包括缓冲区的刀位数。

MD 20310： TOOL_MANAGEMENT_MASK=1H 激活通道的刀库管理功能。

MD 22550： TOOL_CHANGE_MOD=1换刀方式。

MD 22560： TOOL_CHANGE_M_MODE=206 激活刀具数据的M代码。

3.2 PCU50.3 HMI界面刀库配置

通过以上参数的设定，系统只为刀库管理预留了相应的空间，但对于刀库的特征需要通过对刀库管理系统变量来定义，对于HMI Advanced界面来说，可以在启动菜单中通过图形交互形式生成一个刀库的配置文件。

3.2.1 创建刀库（刀库类型和刀位数量）。

3.2.2 创建装载点。已有一名为“Manual loading point”装载点，为了与PLC 程序配合，需再创建一个装载点。

3.2.3 创建刀位类型（采用默认的刀位类型）。

3.2.4 刀库刀位分配。

3.2.5 生成刀库。完成刀库基本配置后，在Parameter中的第一个软键变为“Magazine list”。

3.2.6 机床刀库管理配置。本机床刀库管理配置包括3个刀库。（1）1个真实的刀库（刀库1）；（2）缓冲区刀库（刀库号9998）。缓冲区刀库中包含主轴、机械手等刀具暂时保存区域。其中主轴与通道的主轴关联，实现刀具补偿、寿命监控等刀具功能。（3）装载站刀库（刀库号9999）装载站刀库用于真实刀库中保存的刀具的装载和卸载。装载点1位于主轴侧。装载点2位于刀库侧。

3.3 换刀过程及PLC接口信号应答

对于传统的刀库管理和西门子标准的刀库管理功能来说，PLC控制的换刀动作是完全一样的，不同之处在于刀具管理的PLC数据接口，刀具管理的操作信息通过数据接口传递到PLC，PLC通过数据接口响应刀具管理的请求。

刀库管理数据交换，是在换刀过程中NC与PLC是协同完成的，NC发出的每个指令都需要PLC做相应的应答，否则将出错，因此此种数据交换方式叫“同步数据交换”。

而当刀具交换因故障中断，需要在手动恢复过程中同时对刀库管理系统进行数据刷新，PLC需要用“异步数据传输”方式完成，即完全由PLC完成，仅通知刀库管理刷新数据。

PLC按以下步骤响应：（1）首先判断哪个接口信号有请求。（2）在根据接口信号提供的数据作相应的动作。（3）等待动作完成。（4）通过FC6/8响应NC，告诉NC我已完成，请继续。

由于该机床是随机换刀，因此数据块DB72中给出的新刀刀库号/刀位号和旧刀刀库号/刀位号是一致的。

3.4 换刀子程序

M06为换刀指令，数控系统会自动调用换刀子程序。换刀子程序中包括换刀条件判断，程序模拟处理，程序测试处理，程序段搜索处理，相关坐标轴走到固定位置，主轴定位，以及调用换刀动作的M206指令等。

4 结束语

在恢复友嘉卧式加工中心FMH800自动换刀功能过程中，通过对两种刀库管理功能方法的对比，选用了功能更为强大西门子840D标准的刀库管理功能，在不改变机床原有软硬件配置的基础上，充分发挥了其优势。调试完成之后，刀库管理界面友好，刀库运转正常，提高了换刀效率，缩短了整体加工时间，为正常生产提供了有效的保障，同时为后续此类机床的改造调试积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]张泰华.西门子数控810D/840D的刀具管理功能[J].制造技术与机床，2005.

作者简介：李尧（1988，03-），男，学士，工程师，从事机械加工技术工作。