0 引言

　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床都配有電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，回轉(zhuǎn)刀架除了必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工的切削力和定位精度外，同時(shí)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC或獨(dú)立PLC和控制電路完成回轉(zhuǎn)刀架的自動(dòng)回轉(zhuǎn)及找刀定位的全部動(dòng)作，所以自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的PLC程序設(shè)計(jì)對(duì)刀架的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性具有重要的作用。

1 電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架工作過(guò)程

　　電動(dòng)刀架一般有四工位或六工位，由電動(dòng)機(jī)、機(jī)械換刀機(jī)構(gòu)、發(fā)訊盤(pán)等組成，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體上升至一定位置，離合盤(pán)起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到所選擇刀位，發(fā)訊盤(pán)發(fā)出刀位到位信號(hào)，刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)，完成初定位后上刀體下降，齒牙盤(pán)嚙合，完成精確定位，并通過(guò)升降機(jī)構(gòu)鎖緊刀架。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　刀架的換刀過(guò)程通過(guò)PLC對(duì)控制刀架的所有I／O信號(hào)進(jìn)行邏輯處理及計(jì)算，實(shí)現(xiàn)刀架的順序控制，另外為了保證換刀能夠正確進(jìn)行，系統(tǒng)還要設(shè)置一些相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來(lái)對(duì)換刀過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。本設(shè)計(jì)采用西門(mén)子S7—200編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

　　2.1 控制電路硬件接線(xiàn)圖

　　刀架電氣控制部分如圖1所示。圖1中的(a)是刀架控制的主電路，主要是通過(guò)控制刀架電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來(lái)控制刀架的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；圖(b)是刀架控制的PLC輸入輸出控制回路。每把刀具都有一固定刀號(hào)，通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)(一般為NPN型，因此我們?cè)诮尤隤NP型PLC時(shí)要并接一電阻)進(jìn)行到位檢測(cè)。

 圖

1刀架控制原理圖

　　2.2 PLC控制流程圖

　　數(shù)控刀架換刀有兩種模式，一種是手動(dòng)換刀，另一種是通過(guò)T指令進(jìn)行自動(dòng)換刀。手動(dòng)換刀是指將機(jī)床調(diào)至手動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)刀位選擇按鍵進(jìn)行目的刀位選擇，有的系統(tǒng)是利用波段開(kāi)關(guān)的形式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，有的系統(tǒng)是利用記數(shù)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如說(shuō)通過(guò)檢測(cè)刀位選擇信號(hào)的狀態(tài)，如果按下刀位選擇按鍵，計(jì)數(shù)器的數(shù)值會(huì)發(fā)生改變，系統(tǒng)選擇也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。也可以采用單鍵換刀，一個(gè)短促的按鍵可以換下一個(gè)刀位。T指令換刀是直接通過(guò)編程刀號(hào)作為目的刀位進(jìn)行換刀。刀架電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為選刀過(guò)程，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為鎖緊過(guò)程，選刀監(jiān)控時(shí)間和鎖緊監(jiān)控時(shí)間由PLC定時(shí)器決定。其控制流程如圖2。

圖2換刀程序流程圖

　　2.3 PLC軟件設(shè)計(jì)

　　PLC程序部分包括換刀刀號(hào)或編程刀號(hào)的讀入、刀位判斷比較、正轉(zhuǎn)尋刀監(jiān)控及反轉(zhuǎn)鎖緊延時(shí)監(jiān)控等，限于篇幅，只給出自動(dòng)換刀部分梯形圖如圖3。

圖3自動(dòng)換刀梯形圖

　　圖3是自動(dòng)換刀控制的PLC梯形圖，在梯形圖中，用字節(jié)傳送指令將當(dāng)前刀位開(kāi)關(guān)信號(hào)I0.0-I0.3轉(zhuǎn)換成當(dāng)前刀號(hào)存放到Tc中，在T選通信號(hào)的作用下，將指令刀號(hào)T。和當(dāng)前刀號(hào)T。進(jìn)行比較，如果不相等則置位Q0.0，復(fù)位Q0.1，KM．吸合，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，刀架開(kāi)始旋轉(zhuǎn)；刀架在正向旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中不停的對(duì)刀位輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，每把刀具各有一個(gè)霍爾位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)，各刀具按順序依次經(jīng)過(guò)發(fā)磁體位置產(chǎn)生相應(yīng)的刀位信號(hào)。當(dāng)產(chǎn)生的刀位信號(hào)和指令刀號(hào)相一致的時(shí)候，PLC認(rèn)為所選刀具已經(jīng)到位。刀具到位以后，刀架仍繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間，這一時(shí)間由時(shí)間繼電器T，設(shè)定，不能過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成手動(dòng)或自動(dòng)換刀時(shí)目的刀位不正確，過(guò)短對(duì)有些刀架會(huì)造成換不到位，特別是手動(dòng)換刀時(shí)會(huì)找不到下一個(gè)刀位而在原位轉(zhuǎn)換，這個(gè)時(shí)間的設(shè)定在調(diào)試時(shí)具體調(diào)定。自動(dòng)換刀時(shí)延時(shí)一段時(shí)間以后，Q0.0復(fù)位，Q0.1置位，電機(jī)停止正向旋轉(zhuǎn)，刀架開(kāi)始反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)過(guò)程其實(shí)就是刀架鎖緊的過(guò)程，此過(guò)程延續(xù)一段時(shí)間，直到刀架鎖緊到位，但反轉(zhuǎn)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短。過(guò)長(zhǎng)就有可能燒壞電機(jī)或造成電機(jī)過(guò)熱空開(kāi)跳閘，時(shí)間過(guò)短有可能造成刀架不能夠鎖緊。刀架鎖緊以后，整個(gè)換刀過(guò)程結(jié)束。

　　當(dāng)然，在梯形圖的設(shè)計(jì)中還要考慮一些保護(hù)和安全因素，如刀架電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn)，而檢測(cè)不到刀位信號(hào)，則認(rèn)為刀架出現(xiàn)故障，立即停止刀架電動(dòng)機(jī)，以防止將其損壞并報(bào)警提示；刀架電動(dòng)機(jī)過(guò)熱報(bào)警時(shí)，停止換刀過(guò)程，并禁止自動(dòng)加工等。

3 結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)程序和數(shù)控系統(tǒng)配合已成功地應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的刀架部分改造，實(shí)踐證明，其運(yùn)行可靠性好，在調(diào)試中根據(jù)不同的刀架性能，配合數(shù)控系統(tǒng)，可靈活地修改刀位數(shù)、正轉(zhuǎn)尋刀監(jiān)控時(shí)間、正轉(zhuǎn)找到刀位后的延遲時(shí)間、和反轉(zhuǎn)鎖緊監(jiān)控時(shí)間等，使刀架的運(yùn)行效率高并穩(wěn)定可靠。