「隨機換刀」是帶機械手換刀的立、卧式加工中心所必備的功能之一，它可以提高換刀速度和簡化換刀動作。在一般情況下，加工中心的隨機換刀大都是由CNC本身所具備的「隨機刀具交換」這一附加功能進行控制的。然而這一功能在常用的普及型CNC上往往是不具備的，這時就需要機床生產廠家在普及型CNC上已有的「用戶宏程序」或「參數編程」功能基礎上，通過開發專用的換刀程序來實現這一動作。可以這麼說，只要程序設計得當，普及型CNC同樣可以方便、可靠地進行隨機換刀。本文將就SIEMENS 810M通過@宏指令，結合PLC程序實現隨機換刀的方法作一介紹，以供同行參考。
1 機床的動作要求
本文所述的機床如圖1、圖2所示。機床的換刀機構由刀庫、支架、滑板、機械手這四大部分組成，刀庫容量為60把，採用隨機換刀方式。其中支架、滑板、機械手的動作都由液壓控制，刀庫迴轉採用的是比例閥加油馬達的驅動方式。換刀過程簡述如下：
機床示意圖
1.刀庫 2.支架 3.滑板 4.機械手
機床布置圖
1.機械手 2.冷卻箱 3.滑板 4.支架 5.主軸 6.液壓站 7.電櫃 8.交換台 9.排屑器
(1)Y、Z軸快速移動到換刀點，刀庫迴轉，將要交換刀具送到刀庫換刀位；
(2)滑板向刀庫運動，並通過機械手的伸出取下刀具(刀庫上刀具的鬆開及機械手上爪子的鬆開和夾緊都由機械聯動裝置自動實現)；
(3)滑板回到中間位，機械手縮回(這時左側爪子已裝好刀具)；
(4)支架向主軸方向旋轉90°，滑板向主軸方向移動，右側爪子和主軸上的刀具嚙合；
(5)主軸上刀具鬆開並通過機械手伸出取下主軸上的刀具；
(6)機械手迴轉180°，交換左、右側刀具，裝要交換的刀具將入主軸並夾緊；
(7)滑板回到中間位，支架返回到刀庫側；
(8)機械手伸出后滑板向刀庫運動；
(9)機械手縮回將原主軸上的刀具裝入刀庫現在換刀位；
(10)滑板移到中間位(刀庫上的刀具由機械聯動裝置自動鎖緊)，完成整個換刀動作。
由於以上動作都是由電磁閥控制，通過油缸動作實現的，控制上只須一般的PLC程序就可以簡單地滿足要求，本文不再進行分析。下面著重介紹一下隨機選刀的動作實現方法。
2 隨機換刀的參數定義
為了實現機床的隨機選刀，首先要在CNC上建立「隨機刀具表」。由於810M內部具有R0～R200及R900～R980近300個R參數可供用戶使用，這對於普通加工中心來說建立「隨機刀具表」已經足夠了。而且這些R參數也象「機床數據」那樣可以通過密碼或鑰匙進行保護，也就滿足了刀具表的可靠、正確的要求。
在本機床中我們是將R101～R160這60個R參數定義為刀座號，對應的值即為該刀座上所裝的刀具號(T1～T60）。這60個R參數的內容在首次刀具裝載時應予以初始化設置，即完成初始化刀具和刀座的分配。如：當10號刀座裝有T15刀具時，只須在CNC的R110下輸入R110=15即可。
除此以外，在首次刀具裝載后以下參數必須定義：
R90 Y換刀點坐標(單位：mm);
R91 Z換刀點坐標(單位：mm);
R96 刀庫現在換刀位的初始刀座號；
R93 首次換刀時主軸上已有的刀具號。
執行換刀程序時定義如下M功能供換刀使用：
M69 自動換刀程序運行標誌；
M89 自動換刀程序運行結束標誌；
M84 刀庫反轉指令；
M85 刀庫正轉指令；
M90 要轉過的刀位數傳送到PLC；
M91 要轉過的刀位數寫入計數器C1；
M87 換刀出錯標誌。
在以上參數里R90～R160隻需要在刀庫刀具被重新手動裝載后才需要定義。在自動運行過程中由程序控制進行自動交換，並被自動記憶，即使斷電也保持不變。
3 自動換刀子程序
自動換刀子程序如圖3所示。子程序代號為L06。換刀子程序的調用只須在加工程序里編入以下指令即可：
N××× T×× L06；
換刀子程序說明如下：
(1)Y、Z快速移動到換刀位置；
L06；
@714;
G00G54G80G90G40D0;
Y=R90 Z=R91;
M69;
(1)
--------------
@714;
R92=R92/100;
@123 R92 K0 K99;
@124 R93 K0 K99;
(2)
@123 R96 K0 K99;
@126 R92 K60 K99;
@126 R93 K60 K99;
@126 R96 K60 K99;
@122 R92 R93 K100;
R4=R96+100 @111R92 P
