CN215092275U - 一种数控落地镗自动头库 - Google Patents

Abstract

一种数控落地镗自动头库，包括头库库架本体，所述的头库库架本体顶部外侧设置有头库安全门存储仓，所述头库安全门存储仓后部设置有头库安全门驱动电机，头库安全门驱动电机控制位于头库库架本体外侧的头库安全门上下移动，所述的头库库架本体右侧上部前端设置有头库安全门开启到位检测开关，右侧下部前端设置有头库安全门关闭到位检测开关。本实用新型具有强大复用性、移植性、可扩展性的特点。以满足附件头自动交换功能和头库手动及管理监控界面功能。

Description

一种数控落地镗自动头库

技术领域

本实用新型涉及大重型数控落地镗铣床技术领域，特别涉及一种数控落地镗自动头库。

背景技术

随着高端装备制造业和智能制造的飞速发展，各类机加工生产企业对数控落地镗的功能及性能需求也有了大幅提升。为满足用户实际使用中，加工工艺全面覆盖的需求；即在整个加工过程中仅需要一次装夹就能尽量完成整个工件的加工，从而减少加工过程中的转序，降低因转序二次装夹造成的加工质量偏差等问题，数控落地镗铣床就需要大量配置使用如垂直铣头、万能铣头、伸长铣头、平旋盘等各类机械式或数控式功能附件头，从而扩大加工范围，提升加工能力，满足生产工艺需求。但大量配置了附件头后，若还使用传统平面放置式附件头托架将会大量占用有限的机床可用加工区域；原始手动附件头更换方式，更换效率低下且人为参与度高不能保证每次安装时的重复安装精度，容易造成加工误差。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种数控落地镗自动头库，具有强大复用性、移植性、可扩展性的特点。以满足附件头自动交换功能和头库手动及管理监控界面功能。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种数控落地镗自动头库，包括头库库架本体1，所述的头库库架本体1顶部外侧设置有头库安全门存储仓2，所述头库安全门存储仓2后部设置有头库安全门驱动电机3，头库安全门驱动电机3控制位于头库库架本体1外侧的头库安全门5上下移动，所述的头库库架本体1右侧上部前端设置有头库安全门开启到位检测开关4，右侧下部前端设置有头库安全门关闭到位检测开关12。

所述的头库库架本体1为三层库架，第三层库架后端中部位置设置第三层库架附件头在位检测元件6，第三层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架7，所述的头库库架本体1第二层库架后端中部位置设置第二层库架附件头在位检测元件8，第二层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架9，所述的头库库架本体1第一层库架后端中部位置设置第一层库架附件头在位检测元件10，第一层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架11，所述的头库库架本体1下部位置设置废液集中回收槽13。

一种数控落地镗自动头库的控制方法，包括以下步骤；

当头库控制NC程序通过交互区将NC指令传递至PLC或手动控制界面将HMI指令传递至PLC，并最终由PLC输出点控制头库门开启动作时，头库安全门驱动电机3开始正向转动，带动头库安全门5向上移动，并收置于头库安全门存储仓2内，当且仅当头库安全门5接触到头库安全门开启到位检测开关4，检测信号由PLC输入点及接口地址传输给NC程序用于控制，并传输给HMI用于状态监控，同时结束开启动作；

此时若为卸载操作，则机床将依据设定的NC程序卸载流程将附件头放置于第三层附件头调节支架7、第二层附件头调节支架9、第一层附件头调节支架11处；各层附件头调节支架依据实际机床定位位置，将放置的附件头调整至与滑枕水平；各层附件头在位检测元件，第三层附件头在位检测6、第二层附件头在位检测8、第一层附件头在位检测10将检测信号由PLC输入点及接口地址传输给NC程序用于控制，并传输给HMI用于状态监控，信号状态为1标志着卸载动作的完成；

此时若为装载操作，则机床将依据设定的NC程序装载流程将附件头从第三层附件头调节支架7、第二层附件头调节支架9、第一层附件头调节支架11处取出；各层附件头在位检测元件，第三层附件头在位检测6、第二层附件头在位检测8、第一层附件头在位检测10将检测信号由PLC输入点及接口地址传输给NC程序用于控制，并传输给HMI用于状态监控，信号状态为0标志着装载动作的完成；

当头库控制NC程序通过交互区将NC指令传递至PLC或手动控制界面将HMI指令传递至PLC，并最终由PLC输出点控制头库门关闭动作时，头库安全门驱动电机3开始负向转动，带动收置于头库安全门存储仓2内的头库安全门5向下移动，当且仅当头库安全门5接触到头库安全门关闭到位检测开关12，检测信号由PLC输入点及接口地址传输给NC程序用于控制，并传输给HMI用于状态监控，同时结束关闭动作，由于附件头在使用过程中会用到刀具内部冷却及刀具外部冷却等喷淋功能，以及附件头刀具松夹等液压驱动功能，会残留废液，使用废液集中回收槽13在头库库架底部对各层附件头的废液进行集中回收避免环境污染。

本实用新型的有益效果：

自动头库装置各层配置有附件头位置调节支架及在位检测元件，结合NC换头程序可实现附件头的快速智能化自动交换，大幅简化了机床的附件头交换操作。同时配合OEM操作界面的运用，使用界面对自动头库装置进行手动操控，完全取代传统手动操作盒的使用，在节约了机床的制造成本的同时大幅提高了手动操作自动头库装置的安全性及可靠性；在OEM界面中还能对头库装置各检测点状态进行可视化、图形化的实时监控，大幅提高了自动头库装置的可维护性。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型电气控制结构图。

图3为本实用新型附件头自动交换主程序动作流程图。

图4为本实用新型卸载旧头子程序动作流程图。

图5为本实用新型装载新头子程序动作流程图。

图6为本实用新型OEM头库管理及手动操作界面图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示：根据配置不同的附件头数量设定立体头库的层级，每个头库层设有两个定位销及可调式有三点支撑架，用于固定放置于头库层内的附件头保持前后左右固定位置，并平衡调节高低位置平衡。每层头库位置设置按压接触式附件头在位检测开关，当且仅当附件头放置于头库内且放置平稳到位后接触开关发出到位信号。

包括头库库架本体1，所述的头库库架本体1顶部外侧设置有头库安全门存储仓2，所述头库安全门存储仓2后部设置有头库安全门驱动电机3，头库安全门驱动电机3控制位于头库库架本体1外侧的头库安全门5上下移动，所述的头库库架本体1右侧上部前端设置有头库安全门开启到位检测开关4，右侧下部前端设置有头库安全门关闭到位检测开关12，所述的头库库架本体1第三层库架后端中部位置设置第三层库架附件头在位检测元件6，第三层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架7，所述的头库库架本体1第二层库架后端中部位置设置第二层库架附件头在位检测元件8，第二层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架9，所述的头库库架本体1第一层库架后端中部位置设置第一层库架附件头在位检测元件10，第一层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架11，所述的头库库架本体1下部位置设置废液集中回收槽13。

如图2所示：区别于传统以PLC为主体的控制模式，创新使用以NC宏程序为主体的控制模式，构建制造商变量及各功能子程序，并用NC-PLC接口数据区实现控制信息及指令的传递；构建OEM头库控制及监控界面，使用自定义数据中间件传递检测及控制信息，对头库相关各状态进行整体管理并实现手动控制；使用PLC程序透传NC及HMI的数据信息，并使用PLC模块实现外部状态信息收集及控制指令的输出。

头库管理控制系统中PLC仅承担“传递者”的角色，将外部输入至PLC输入模块的检测信号通过PLC-NC接口变量区传递至NC，NC程序依据变量状态判断执行后续程序或输出报警终断程序执行。在NC程序中使用M代码将动作指令传递至DB10定义的M代码接口区，PLC程序直接将输出状态连接至对应输出地址，控制外部电机及电磁阀动作。

为满足功能的实现，需要以NC宏程序为主体，构建制造商变量及各功能子程序，并用NC-PLC接口数据区实现控制信息及指令的传递；构建OEM头库控制及监控界面，使用自定义数据中间件传递检测及控制信息，对头库相关各状态进行整体管理并实现手动控制；使用PLC程序透传NC及HMI的数据信息，并使用PLC模块实现外部状态信息收集及控制指令的输出。

区别于传统附件头交换宏程序控制，在宏程序内部定义每个头库位的放置坐标及安全距离坐标位置；使用制造商系统变量表MGUD定义文件，定义并设定机床所配置的头库最大容量、当前主轴安装的附件头号、头库各位置放置及安全坐标位置、换头进行指示位等数据，对所有宏程序中使用的配置变量进行集中管理，极大的方便了后续使调试及维修使用。

将制造商系统变量中的所有变量均定义为NCK类型，即在整个NC系统中都可以被调用，避免当然机床系统内设定有多个控制通道时通道变量交叉调用问题，提高了系统变量的通用性。同时按实际需要对各变量的数据类型进行定义，头库最大容量、换头进行指示等为整数类型，各轴坐标位置为实数类型。

头库的自动交换及管理技术作为数控落地镗铣床的重要组成部分，其智能化程度已成为机床智能控制的的一项重要标志。数控落地镗头库管理系统是以NC宏程序为主体实现附件头自动交换，辅助以OEM界面监控及界面按键操控完成头库手动控制。是NC、HMI、PLC三位一体交互控制技术，头库管理系统的使用大幅减少了附件头交换过程中的人为参，与提高了机床的安全性及易用性，同时系统在开发时兼顾了多种类机床的通用，使得系统具有良好的可移植性、可扩展性、可维护性。

如图3所示：附件头自动交换宏程序是头库管理系统的主体，其核心是带参数输入的NC主程序和卸载旧头、装载新头两个子程序。在使用是仅需输入HTCYC(n)其中n为还交换的附件头头号，就可以完成整套自动交换动作。

附件头自动交换主程序结合MGUD变量的设定依次进行各交换状态判断、头库门开启动作、换头标志设定、卸载旧头子程序调用、装载新头子程序调用、头库门关闭动作等流程，以交互式控制的方式实现附件头自动更换。

附件头自动交换功能涉及卸载旧头(SPTOTKCYC)、装载新头(TKTOSPCYC)两个子程序子，当主程序中交换标示为1时可执行卸载旧头子程序，执行完成后此标示变为2，并返回至主程序；当主程序中交换标示为2时可执行装载新头子程序，序执行完成后标示变为0；

如图4所示：以卸载1号头为例，卸载旧头(SPTOTKCYC)子程序的执行过程如下：

第一步：判断换头进行指示位是否为1，若状态为1则进行后续动作，若不为1则发出报警。

第二步：对当前附件头安装状态进行判断，若主轴上未安装附件头或附件头对应头库位置以检测到被占用，则不能进行卸载动作，此时程序会发出报警并终断程序执行。

第三步：若状态正常则按安全优先，避免外部干涉原则，先以G00速度将X轴移动至MGUD中设定的对，1号头库位置X轴放置点位置“X_POS_1”；再以G00速度将Z轴(滑枕)移动至对应1号头库位Z轴安全点位置；最后以G00速度将Y轴(滑枕坐)移动至对应1号头库位Y轴安全点位置，与此同时主轴同步执行准停动作，定位至交换点。

第四步：Y轴以500mm/min的速度移动至放置点位置；此时若接触式头库检测原件没有检测到对应附件头在位状态，则头库放置位置必然存在重大安全问题，或检测原件损坏，此时NC程序发出报警终断程序执行。

第五步：若附件头放置正常则进入NC自锁循环，发出附件头松开允许指令M92及附件头松开指令M93，将附件头松开，当检测到附件头松开到位后结束自锁执行后续动作。

第六步：Z轴以500mm/min的速度，移动至安全点位置。

第七步：再次进入NC自锁循环，发出附件头松拉紧指令M94，关闭附件头松开，当检测到拉紧到位后结束自锁执行后续动作。

第八步：附件头卸载完成将换头标示设定为2，禁止再次卸载操作，同时允许进行装载操作。

如图5所示：以装载1号头为例，装载新头(TKTOSPCYC)子程序的执行过程如下：

第一步：判断换头进行指示位是否为2，若状态为2则进行后续动作，若不为2则发出报警。

第二步：对当前附件头安装状态进行判断，若主轴上未安装附件头且附件头对应头库位置以检测到被占用，则进行装载动作，否则程序会发出报警并终断程序执行。

第三步：若状态正常则按安全优先，避免外部干涉原则，先以快速度将X轴移动至MGUD中设定的对应1号头库位置X轴放置点位置“X_POS_1”；再以高速将Z轴(滑枕)移动至对应1号头库位Z轴安全点位置；最后以高速将Y轴(滑枕坐)移动至对应1号头库位Y轴安全点位置，与此同时主轴同步执行准停动作，定位至交换点。

第四步：进入NC自锁循环，发出附件头松开允许指令M92及附件头松开指令M93，将附件头松开，当检测到附件头松开到位后结束自锁执行后续动作。

第五步：Z轴以500mm/min的速度移动至放置点位置。

第六步：再次进入NC自锁循环，发出附件头松拉紧指令M94，关闭附件头松开，当检测到拉紧到位后结束自锁执行后续动作。

第七步：Y轴以500mm/min的速度移动至安全点位置，Z轴以500mm/min的速度移动至安全点位置。此时若接触式头库检测原件任然检测到对应附件头在位状态，则头库放置位置必然存在重大安全问题，或检测原件损坏，此时NC程序发出报警终断程序执行

第八步：附件头卸载完成将换头标示设定为0，禁止再次装载操作，同时允许进行卸载操作。

如图6所示：头库管理系统作为一个整体，除了附件头自动交换宏程序外，还需要开发相应的监控及手动操作界面，以完成整体全面控制。基于840D sl数控系统使用RunMyScreen开发OEM界面，形成更适合的特殊功能界面，并与标准系统无缝连接，是当前机床智能化发展的主流方向。

设计的主体思想为定义界面显示变量，并将界面显示变量与对应的PLC地址及NC变量地址相关联，设定状态显示图形，调整其在界面中的显示位置等，使用简单方便。头库管理界面中定义了头库各级托架的状态显示变量、各附件头在滑枕端面的安装状态显示变量、头库安全门动作及状态显示变量、件头拉爪动作及状态显示变量、各附件头转速限制显示变量等不同类型显示变量。设计中为使界面更具广泛通用性，区别传统OEM界面中显示变量与PLC直接输入输出地址连接，在PLC中定义并新建专用的OEM界面接口DB数据块作为连接数据中间件，同时固化DB块的名称及DB块内部地址功能位。PLC程序中将直接输入输出等地址映射到相应DB数据位，就可将界面显示变量相对固化，提升界面的可移植性。设计时使用DB300作为数据中间件，并定义各变量在不同状态下的显示图形，直观反映了头库及头库相关部件的实际状态，

头库手动操作需定义使用界面右侧的垂直按键，将指令信号传递给PLC，控制输出点动作，最终控制外部电磁阀及电动机执行动作以完成动作。定义第三垂直按键的显示文本为“头库门开启”，第四垂直按键的显示文本为“头库门关闭”，第六垂直按键的显示文本为“附件头松夹”；各按键保护等级均为7级最低等级，且均为高亮显示。此时仅定义了按键的显示，按键触发后执行的动作还需要编程设定。以垂直按键VS3为例，此按键触发时若变量“MKQ”的状态值“MKQ.vld”为1则将“MGB.vld”、“MKQ.vld”的状态值设定为0；若“MKQ.vld”状态值为0则将“MGB.vld”状态值设定为0，“MKQ.vld”的状态值设定为1；在界面程序中实现动作触发按键开始动作，再次触发动作停止，并将此状态值通过定义的数据中间件传输至PLC直接控制输出点动作，取代传统PLC编程。其余按键动作也如此定义不再赘述。

这样使用界面软键操作就能完全替代传统头库操作盒对头库门等进行手动操作，且能实时有效监控头库内附件头配置状态、主轴附件头配置状态、头库门状态等各类信息，有效提高了机床的易操作性且节约了机床的制造成本，并且使用界面控制程序实现传统PLC程序功能，从而具有良好的独立性和移植性。

Claims (2)

1.一种数控落地镗自动头库，其特征在于，包括头库库架本体(1)，所述的头库库架本体(1)顶部外侧设置有头库安全门存储仓(2)，所述头库安全门存储仓(2)后部设置有头库安全门驱动电机(3)，头库安全门驱动电机(3)控制位于头库库架本体(1)外侧的头库安全门(5)上下移动，所述的头库库架本体(1)右侧上部前端设置有头库安全门开启到位检测开关(4)，右侧下部前端设置有头库安全门关闭到位检测开关(12)。

2.根据权利要求1所述的一种数控落地镗自动头库，其特征在于，所述的头库库架本体(1)为三层库架，第三层库架后端中部位置设置第三层库架附件头在位检测元件(6)，第三层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架一(7)，所述的头库库架本体(1)第二层库架后端中部位置设置第二层库架附件头在位检测元件(8)，第二层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架二(9)，所述的头库库架本体(1)第一层库架后端中部位置设置第一层库架附件头在位检测元件(10)，第一层库架前端左右两侧及后端中部位置各设置一件附件头调节支架三(11)，所述的头库库架本体(1)下部位置设置废液集中回收槽(13)。

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