數(shù)控加工中心在加工工件時(shí)需要根據(jù)加工工藝的要求進(jìn)行刀具庫(kù)轉(zhuǎn)位自動(dòng)選擇刀具。由于數(shù)控加工中心在實(shí)際加工工件時(shí)多數(shù)采用任意轉(zhuǎn)位自動(dòng)選擇刀具的方式，本文著重討論S7-300 PLC 在數(shù)控加工中心刀具庫(kù)控制中，采用任意轉(zhuǎn)位自動(dòng)選擇刀具的設(shè)計(jì)應(yīng)用。經(jīng)在實(shí)際加工中應(yīng)用該方案， 能有效地實(shí)現(xiàn)刀具庫(kù)換刀準(zhǔn)確的自動(dòng)選擇，具有良好的加工效率和加工精度。

   1 設(shè)計(jì)要求

　刀具庫(kù)選刀的原則是采用最近方向旋轉(zhuǎn)， 即根據(jù)程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時(shí)， 都要向距換刀位置<180°的方向旋轉(zhuǎn)，以減少換刀時(shí)間。當(dāng)選定刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置時(shí)，刀具庫(kù)轉(zhuǎn)盤停止旋轉(zhuǎn)，并由取放刀機(jī)械手進(jìn)行換刀(圖1)。

　　該設(shè)計(jì)中按鈕SB0-SB7 分別為8 種供選擇刀具的選擇按鈕;ST0-ST7 為各刀具旋轉(zhuǎn)到位的行程開(kāi)關(guān)，由霍爾元件構(gòu)成;Q0.0-Q0.1 分別為到位指示燈和換刀指示燈;Q0.2-Q0.7 用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。

2 硬件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求， 該數(shù)控加工中心刀具庫(kù)轉(zhuǎn)位控制選擇需要16 個(gè)輸入端和4 個(gè)輸出端，在保證穩(wěn)定的性能和以后升級(jí)改造需要的前提下， 我們采用西門子公司的S7-300 CPU314C-2DP 和眾為興技術(shù)有限公司Q2-BYG403BM 二相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。CPU314C-2DP 是一個(gè)用于分布式結(jié)構(gòu)的緊湊型CPU，內(nèi)置24 個(gè)數(shù)字量輸入(所有輸入都可用作中斷處理)和16 個(gè)數(shù)字量輸出，以及4 個(gè)模擬量輸入和2 個(gè)模擬量輸出，足以滿足該設(shè)計(jì)及以后升級(jí)改造的需求。

　　Q2-BYG403BM 二相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器， 可驅(qū)動(dòng)二相四、六、八線混合式42、56、85、86 系列步進(jìn)電機(jī)。在該方案中用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向及速度。在給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)刀具庫(kù)正轉(zhuǎn);按反序通電換相，則步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)刀具庫(kù)反轉(zhuǎn)。并且可根據(jù)調(diào)整PLC 發(fā)出的脈沖頻率，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。按照方案將PLC 的輸入/輸出口(表1)進(jìn)行分配以及對(duì)數(shù)控加工中心刀具庫(kù)轉(zhuǎn)位選擇進(jìn)行接線設(shè)計(jì)(圖2)。

3 軟件設(shè)計(jì)

　　按設(shè)計(jì)方案要求，首先記錄當(dāng)前刀號(hào)和請(qǐng)求刀號(hào)，其次計(jì)算判斷其旋轉(zhuǎn)方向，最后執(zhí)行如何旋轉(zhuǎn)的順序[3]，設(shè)計(jì)出的刀具庫(kù)轉(zhuǎn)位流程圖如圖3。

　　初始狀態(tài)下，由PLC 記錄當(dāng)前刀具號(hào);當(dāng)按下按鈕中的任意一個(gè)時(shí)，PLC 記錄該請(qǐng)求刀具號(hào)，然后刀具庫(kù)轉(zhuǎn)盤按照距請(qǐng)求刀具<180°的方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)請(qǐng)求刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置時(shí)，到位指示燈發(fā)亮，機(jī)械手開(kāi)始換刀，同時(shí)換刀指示燈閃爍。5s 后換刀結(jié)束，換刀指示燈熄滅;要求在換刀過(guò)程中，其他換刀請(qǐng)求信號(hào)無(wú)效。待換刀完畢，則PLC記錄當(dāng)前刀具號(hào)，等待下一次換刀請(qǐng)求。

　　采用西門子STEP7 軟件并用梯形圖方式進(jìn)行刀具庫(kù)轉(zhuǎn)位編程如圖4，，過(guò)程說(shuō)明如下：

　　(1)當(dāng)?shù)毒咛幵趽Q刀位置時(shí)，則該到位行程開(kāi)關(guān)ST*閉合，并將其刀具號(hào)傳至輸出寄存器QW8 中，記錄當(dāng)前的刀具號(hào)。當(dāng)請(qǐng)求選擇刀具時(shí)，將按下請(qǐng)求刀具選擇按鈕SB*，將請(qǐng)求刀具號(hào)傳至輸出寄存器QW2 中;與此同時(shí)，將寄存器M0.5 置位，使其它請(qǐng)求信號(hào)無(wú)效，直至刀具庫(kù)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)動(dòng)作完成后再將M0.5 復(fù)位。

　　(2)將當(dāng)前值QW8 與請(qǐng)求值QW2 進(jìn)行比較。若兩值相等，則刀具庫(kù)轉(zhuǎn)盤無(wú)動(dòng)作，到位指示燈亮，且同時(shí)開(kāi)始換刀動(dòng)作;若當(dāng)前值QW8 大于請(qǐng)求值QW2，則將兩值直接相減，并將結(jié)果傳至輸出寄存器QW6; 若當(dāng)前值QW8 小于請(qǐng)求值QW2，則將當(dāng)前值QW8 加總刀數(shù)8 后再與請(qǐng)求值QW2 相減，并將結(jié)果傳至輸出寄存器QW6。此時(shí)，再將輸出寄存器QW6 的值與刀具總數(shù)的一半即4 進(jìn)行比較， 若大于等于4 則將M2.2 置位，控制驅(qū)動(dòng)器使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)刀具庫(kù)轉(zhuǎn)盤反轉(zhuǎn); 若小于4 則將M2.4 置位，控制驅(qū)動(dòng)器使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)刀具庫(kù)轉(zhuǎn)盤正轉(zhuǎn)。

　　(3)待刀具旋轉(zhuǎn)到位，此時(shí)換刀指示燈閃爍，進(jìn)行換刀;5s 后將M0.5 復(fù)位，同時(shí)換刀指示燈熄滅，換刀結(jié)束。

4 結(jié)語(yǔ)

　　PLC 控制的數(shù)控加工中心刀具庫(kù)自動(dòng)選擇的應(yīng)用設(shè)計(jì)， 適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控加工中心和普通數(shù)控加工中心的改造。采用該設(shè)計(jì)方案數(shù)控加工中心， 能夠縮短換刀時(shí)間，優(yōu)化數(shù)控加工中心設(shè)備的加工性能，提高數(shù)控加工中心的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。