龙门数控五面体镗铣机床自动换头控制

陆震环

（常州创胜特尔数控机床设备有限公司 江苏常州）

龙门数控镗铣机床常用来加工大型零件，通过给机床主轴加装可手动装夹和回转的直角铣头、万能头等机床附加头，实现五面加工零件。由于手动装夹和回转的附加头装夹过程时间长、效率低，为此可增加1个附加伺服轴作为附件头库，再利用数控机床伺服进给轴的定位功能实现附件头的自动更换控制，提高机床换装附件头的效率和可靠性。

以MGE2580龙门数控五面体镗铣机床（使用840D数控系统）为例，介绍自动换头的动作控制要求、头库动作子程序编程和PLC控制程序设计（附件头和机床主轴之间机械连接不作详细介绍）。

1.机床结构和动作要求

机床组成见图1，拖板（机床Y轴）在横梁左右运动，滑枕（机床Z轴）在拖板上下运动，头库走台（机床U轴）在机床左侧前后运动，其上放置头罩、直角头、延伸头和扁铣头等附件头。头库在机床左侧，利用U轴前后运动定位待交换的附件头，Y轴将拖板运行到机床左侧，然后Z轴上下运动完成放头、取头动作。头库组成见图2，换头动作如下。

（1）第一步放头，将当前滑枕上安装的附件头放回头库。①通过开关信号判断当前滑枕上安装的是哪个附件头；②U轴前后运动，将需要放置的附件头头架位置运行到位；③Y轴向左运动，将拖板移动到放头位置；④Z轴向下运动，将滑枕移动到放头位置；⑤吊头油缸松开，吊头拉钉脱开；⑥主轴拉钉松开，附件头放入头架；⑦Z轴向上运动回到Z轴零点。

图1 机床组成

图2 头库组成

（2）第二步取头，将需要工作的附件头安装到滑枕上。①通过程序指令判断需要安装的附件头；②U轴前后运动，将需要安装的附件头位置运行到位；③Y轴向左运动，将拖板移动到取头位置；④Z轴向下运动，将滑枕移动到取头位置；⑤主轴拉钉夹紧；⑥吊头拉钉夹紧；⑦Z轴向上运动回到Z轴零点。

2.自动换头的参数定义

为实现自动换头动作的安全可靠，机床利用全局变量文件MGUD.DEF定义指令，如附件头和当前附件头编号，Y、Z和U轴换头点坐标等变量。MGUD.DEF文件内容如下。

针对机床头库结构特点，利用PLC程序编制的M功能代码，以零件子程序的形式对头库进行控制，主要M代码：①M60，吊头油缸小拉钉松开；②M61，吊头油缸小拉钉夹紧；③M80，判断当前附件头号；④M83，主拉钉松开；⑤M85，主拉钉夹紧；⑥M88，判断附件头松开到位；⑦M89，判断附件头夹紧到位。

3.自动换头的PLC程序设计

在自动换头控制中，PLC程序负责控制机床动作，判断当前附件头编号。利用PLC编程判断当前是哪一号附件头，然后将编号传给加工程序。定义头罩、直角头、延伸头和扁铣头分别对应1#～4#附件头。在滑枕端头安装3个接近开关用来判别附件头，PLC地址为I69.0～I69.2，在附件头对应位置安装挡铁，开关发信：①001，1#附件头；②010，2#附件头；③011，3#附件头；④100，4#附件头。PLC程序如下。

Network 11中制作M130.0信号作为Network 12中FC21的使能；Network 12调用FC21，将I69.0～I69.2的附件头开关信号转换成加工程序能识别的变量信号$A_DBB[1]。

4.自动换头子程序编制

换头子程序代号为SPCH，在加工程序中编制以下指令调用自动换头子程序即可。

多台数控龙门五面体镗铣机床实际长期运行上述PLC控制程序和换头子程序，换头动作可靠，操作简单。