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項目背景

隨著設備工藝的不斷提高，在木工產品的生產制造中，也越來越常使用加工中心作為生產設備。加工中心的優勢是帶有多把刀具，采用刀庫的形式進行快速換刀能夠顯著提升加工效率，因此換刀的形式非常重要。臺達針對某木工加工雙伺服刀庫的需求，提供了以CNC數控系統NC200系列為主的伺服刀庫控制解決方案，提升木工加工中心自動換刀的效率，減少停機換刀等輔助時間，從而實現不間斷加工，提高生產效能。

項目方案

刀庫刀塔系統是提供自動化加工過程中所需的儲刀及換刀需求的一種裝置，其自動換刀機構及可以儲放多把刀具的刀庫或刀塔，憑借CNC數控系統的控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、搪孔、攻牙等，大幅縮短加工時間，降低生產成本。

刀庫刀塔系統的換刀效率、系統穩定性、操作時間等直接影響生產效能。對于追求高效生產的產業而言，臺達伺服驅動器ASDA-A2系列是最佳選擇。因此為了提高加工效率，必須對換刀時間進行優化處理。臺達針對設備和客戶的需求，開發出專用伺服刀庫解決方案，可以配置16把刀具，分成兩個刀庫，針對工藝切換不同刀具，實現高效率加工。

臺達雙伺服刀庫CNC數控系統應用解決方案以CNC數控系統NC200系列為主，同時配置了伺服驅動器ASDA-A2系列、ASDA-B2系列及伺服電機ECMA系列等，另外，該方案也采用臺達變頻器進行支持。該方案可通過參數設定，進行分度換刀，不需外部計數開關，并通過臺達DMCNET總線進行數據控制，提高換刀速度，減少故障點。

其中，臺達推出的高性能CNC數控系統NC200系列，采用高性能的嵌入式硬件設計，可滿足高速、高精的金屬切削加工控制。在此方案中，NC200系列同時兼顧加工中心的加工控制以及換刀動作。為了更好地控制換刀速度和精度，NC200系列專門為客戶設計定制化的界面，客戶可以清晰地應用畫面中的軟按鍵，控制外部汽缸動作，還可設置上料位置和結束位置，提供安全設置參數。

此外，方案中的伺服驅動器可滿足整個刀庫精準定位控制的需要，大大縮短換刀周期，并且整體提升系統穩定性，讓架構變得更簡單。伺服驅動器ASDA-A2系列內置運動控制模式，支持多種軸控操作需求，速度循環的響應頻率為1kHz，搭配20-bit 分辨率編碼器，提供精準定位及平順控制特色。

項目特點

該方案的難點是雙伺服刀庫的設計，刀具旋轉均靠伺服本身進行控制，CNC數控系統NC200系列只下達命令刀號，伺服驅動主軸自動抓取兩個刀庫中刀號從T1~T16的刀具。而伺服所設定的刀庫數量為8，當下達T9時，伺服無法收到T9命令，只能接受1-8命令值。對此在不修改韌體的基礎上，通過MACRO進行命令搬移。實現T1-T16的命令切換。

另外，臺達刀庫控制解決方案支持增量命令與絕對命令，控制模式為速度、扭力與位置控制，接受 64位（bit）的雙精度浮點數，讓系統的運算更精準且操作方式更靈活多元；此方案的特色是應用臺達DMCNET高速運控控制通訊總線達到用1毫秒更新12軸命令，且可將多軸臺達伺服與輸出入模塊，悉數連接到PCI運動控制軸卡，旋轉電機、線性電機、數字模塊、模擬模塊、混合模塊、或脈沖輸出入模塊等，完成信息交換、工藝演算、命令控制等所有必要的運動控制需求，具有配線簡易，同步性佳，操控容易等特性。

臺達解決方案提供客戶設置加工所用的刀具坐標，以便更精準實現自動換刀，并對每把刀的長度進行補償，也可實現對刀位置、測量速度、對刀起點、最低機械值等設置，進行計算對刀儀高度和工件高度差值，執行自動對刀。

項目總結

以臺達CNC數控系統NC200系列為主的伺服刀庫控制解決方案，通過臺達DMCNET總線控制，顯著提高了換刀速度，比普通刀庫單次節約時間多達20秒，提高了木工加工中心雙伺服刀庫自動換刀效率，使客戶加工效率得到提升，滿足客戶高效率生產需求。

摘自《自動化博覽》2019年5月刊