0 引言

　　經(jīng)濟型數(shù)控車床都配有電動回轉(zhuǎn)刀架，回轉(zhuǎn)刀架除了必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工的切削力和定位精度外，同時通過數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置PLC或獨立PLC和控制電路完成回轉(zhuǎn)刀架的自動回轉(zhuǎn)及找刀定位的全部動作，所以自動回轉(zhuǎn)刀架的PLC程序設(shè)計對刀架的運行效率和穩(wěn)定性具有重要的作用。

1 電動回轉(zhuǎn)刀架工作過程

　　電動刀架一般有四工位或六工位，由電動機、機械換刀機構(gòu)、發(fā)訊盤等組成，當系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，刀架電機正轉(zhuǎn)，通過減速機構(gòu)和升降機構(gòu)將上刀體上升至一定位置，離合盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)到所選擇刀位，發(fā)訊盤發(fā)出刀位到位信號，刀架電機反轉(zhuǎn)，完成初定位后上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精確定位，并通過升降機構(gòu)鎖緊刀架。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

　　刀架的換刀過程通過PLC對控制刀架的所有I／O信號進行邏輯處理及計算，實現(xiàn)刀架的順序控制，另外為了保證換刀能夠正確進行，系統(tǒng)還要設(shè)置一些相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來對換刀過程進行調(diào)整。本設(shè)計采用西門子S7—200編程軟件進行程序設(shè)計。

　　2.1 控制電路硬件接線圖

　　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，主要是通過控制刀架電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來控制刀架的正轉(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，通過霍爾開關(guān)(一般為NPN型，因此我們在接入PNP型PLC時要并接一電阻)進行到位檢測。

 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，一種是手動換刀，另一種是通過T指令進行自動換刀。手動換刀是指將機床調(diào)至手動狀態(tài)，通過刀位選擇按鍵進行目的刀位選擇，有的系統(tǒng)是利用波段開關(guān)的形式進行實現(xiàn)，有的系統(tǒng)是利用記數(shù)的形式來實現(xiàn)，比如說通過檢測刀位選擇信號的狀態(tài)，如果按下刀位選擇按鍵，計數(shù)器的數(shù)值會發(fā)生改變，系統(tǒng)選擇也會發(fā)生相應(yīng)的改變。也可以采用單鍵換刀，一個短促的按鍵可以換下一個刀位。T指令換刀是直接通過編程刀號作為目的刀位進行換刀。刀架電機順時針旋轉(zhuǎn)時為選刀過程，逆時針旋轉(zhuǎn)時為鎖緊過程，選刀監(jiān)控時間和鎖緊監(jiān)控時間由PLC定時器決定。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

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

圖3自動換刀梯形圖

　　圖3是自動換刀控制的PLC梯形圖，在梯形圖中，用字節(jié)傳送指令將當前刀位開關(guān)信號I0.0-I0.3轉(zhuǎn)換成當前刀號存放到Tc中，在T選通信號的作用下，將指令刀號T。和當前刀號T。進行比較，如果不相等則置位Q0.0，復(fù)位Q0.1，KM．吸合，刀架電機正轉(zhuǎn)，刀架開始旋轉(zhuǎn)；刀架在正向旋轉(zhuǎn)的過程中不停的對刀位輸入信號進行檢測，每把刀具各有一個霍爾位置檢測開關(guān)，各刀具按順序依次經(jīng)過發(fā)磁體位置產(chǎn)生相應(yīng)的刀位信號。當產(chǎn)生的刀位信號和指令刀號相一致的時候，PLC認為所選刀具已經(jīng)到位。刀具到位以后，刀架仍繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)一段時間，這一時間由時間繼電器T，設(shè)定，不能過長，過長會造成手動或自動換刀時目的刀位不正確，過短對有些刀架會造成換不到位，特別是手動換刀時會找不到下一個刀位而在原位轉(zhuǎn)換，這個時間的設(shè)定在調(diào)試時具體調(diào)定。自動換刀時延時一段時間以后，Q0.0復(fù)位，Q0.1置位，電機停止正向旋轉(zhuǎn)，刀架開始反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)過程其實就是刀架鎖緊的過程，此過程延續(xù)一段時間，直到刀架鎖緊到位，但反轉(zhuǎn)時間不宜過長或過短。過長就有可能燒壞電機或造成電機過熱空開跳閘，時間過短有可能造成刀架不能夠鎖緊。刀架鎖緊以后，整個換刀過程結(jié)束。

　　當然，在梯形圖的設(shè)計中還要考慮一些保護和安全因素，如刀架電動機長時間旋轉(zhuǎn)，而檢測不到刀位信號，則認為刀架出現(xiàn)故障，立即停止刀架電動機，以防止將其損壞并報警提示；刀架電動機過熱報警時，停止換刀過程，并禁止自動加工等。

3 結(jié)論

　　本設(shè)計程序和數(shù)控系統(tǒng)配合已成功地應(yīng)用于經(jīng)濟型數(shù)控機床的刀架部分改造，實踐證明，其運行可靠性好，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)控時間、正轉(zhuǎn)找到刀位后的延遲時間、和反轉(zhuǎn)鎖緊監(jiān)控時間等，使刀架的運行效率高并穩(wěn)定可靠。