刀架，作為數(shù)控車床類產(chǎn)品上最重要，最核心的機械部件之一，主要用于夾持切削用的刀具，許多刀架還直接參與切削工作，因此刀架可靠性的好壞，性能的優(yōu)劣，都直接影響到機床的切削性能和切削效率等。隨著刀架結(jié)構，技術的成熟，性能的提高及伺服驅(qū)動系統(tǒng)價格的降低，在數(shù)控車床上已越來越多地選擇配置液壓伺服刀架

　　本文主要基于西門子802D sl數(shù)控系統(tǒng)，針對臥式12工位伺服刀架展開對回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構，數(shù)控系統(tǒng)的接口，伺服控制器的接口等進行介紹，并編程分析了伺服刀架的控制原理及過程。

1 伺服刀架控制系統(tǒng)的工作原理

　　1.1 回轉(zhuǎn)刀架介紹

　　數(shù)控車刀架一般分為3類，排刀式刀架一般用于小規(guī)格的數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主；當由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時，通常采用帶刀庫的自動換刀裝置；本項目中采用的即為數(shù)控車床中最常用的一種典型換刀刀架-回轉(zhuǎn)刀架，其是一種最簡單的自動換刀裝置?；剞D(zhuǎn)刀架上回轉(zhuǎn)頭各刀座主要用于安裝各種不同用處的刀具，數(shù)控機床的自動換刀就是通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)，分度和定位來實現(xiàn)的。

　　回轉(zhuǎn)刀架主要分為立式刀架和臥式刀架兩種，立式回轉(zhuǎn)軸垂直于機床主軸，多用于經(jīng)濟型數(shù)控車床，臥式回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸平行于機床主軸，可徑向與軸向安裝刀具。

　　1.2 數(shù)控系統(tǒng)的接口

　　西門子的820D sl系統(tǒng)的核心是PPU，它主要包括NCK，PLC，HMI，閉環(huán)控制和一些通信任務。在控制系統(tǒng)中，NCK與PLC通過數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)信息傳遞。

　　該項目中的臥式伺服刀架部分主要采用SFW系列刀架驅(qū)動控制器進行控制，刀架動力頭采用西門子伺服電機，其由西門子802D sl數(shù)控系統(tǒng)配置的伺服控制器直接控制。

　　數(shù)控車床的伺服刀架操作為PLC通過I/O模塊與機床各個機構的輸入輸出點連接。PLC主要通過輸出點進行伺服刀架控制器的工作模式選擇，工位的定位及選刀啟動，并通過輸入點進行當前工位的判斷，報警信息的讀取等。在伺服刀架的機構控制中主要兩個電磁閥QY0，QY1用于控制刀架及動力頭的卡緊松開，兩個卡緊松開到位檢測開關B0，B1。在完成伺服刀架控制的動作過程中PLC接受NCK的控制命令并對輸出接口模塊進行輸出控制來執(zhí)行相應的操作。

　　1.3 伺服刀架的伺服控制器接口及其功能

　　圖1所示為該項目使用的SFW系列刀架伺服控制器的接口，其中主要接口的基本功能介紹如下：

　　CN1：控制器主電源接口；

　　CN4：伺服電機編碼器接口；

　　CN8：伺服刀架傳感器信號接口；

　　CN10：信號輸出接口，PLC通過該接口讀取當前工位數(shù)，報警信息等；

　　CN11：信號輸入接口，主要用于工作模式的設定，工位的選擇等。

　　1.4 伺服刀架的工作過程

　　伺服刀架的工作過程主要包括，刀架的回零和手動，自動換刀過程。刀架正常換刀的前提是準確回零以建立刀架計數(shù)參考系。與此同時，刀架每次動作之前都需要對動力頭準確定位，以保證動力頭和相應的離合器系統(tǒng)準確的嚙合與脫開。

2 控制方式設計及PLC程序?qū)崿F(xiàn)

　　2.1 動力頭回零與定位

　　動力頭定位是刀架一切動作的前提。該項目中的動力頭電機配置的是增量編碼器增量式編碼器，所以定位前需要先旋轉(zhuǎn)主軸一周進行主軸回零操作，繼而完成動力頭的定位功能。動力頭的回零與定位功能是通過西門子802D sl系統(tǒng)的異步子程序功能完成的。其異步子程序如下

　　2.2 刀架的回零

　　執(zhí)行刀架動作之前需要先將伺服刀架回零以建立伺服刀架計數(shù)參考坐標系。進行刀架回零動作時，首先要將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為回參考點模式，在該模式下按下刀架回零按鈕，當變量V10000001.7為1后執(zhí)行刀架回零動作，刀盤開始旋轉(zhuǎn)，并搜尋零點信號，接受到零點信號后，刀盤停止旋轉(zhuǎn)，此時，刀盤旋轉(zhuǎn)完成信號M8.8變?yōu)?時，并在PLC中對刀盤回零信號M44.5置位?；亓阈盘朚44.5為1時即代表刀盤回零完成，此時將整數(shù)1賦值給當前工位數(shù)據(jù)塊VD14000084。

　　2.3 自動換刀程序的實現(xiàn)

　　數(shù)控系統(tǒng)通過M6調(diào)用NC程序時需要設置相應的機床數(shù)據(jù)，主要包括：MD10715=6，系統(tǒng)通過M06調(diào)用換刀程序；MD10716=“TOOL”，換刀程序名為“TOOL”；MD22550=1，M代碼激活刀具參數(shù)。在自動方式下通過M06調(diào)用NC換刀程序 “TOOL”，其主要用于完成動力頭的定位功能，當PLC程序檢測的動力頭定位完成，即進行刀盤旋轉(zhuǎn)之前的動力頭刀套退回操作，一切準備就緒后開始進行換刀，換刀系統(tǒng)接收到換刀指令后，系統(tǒng)首先讀取刀號存儲單元中存儲的當前到位號碼，并將該存儲單元中的刀位號數(shù)據(jù)塊VD14000084與換刀指令T代碼中給出的刀位號數(shù)據(jù)塊VD25002000比較，如果相同，則不需換刀，系統(tǒng)繼續(xù)向下執(zhí)行程序；如果當前刀位號碼與換刀指令給出的到位號不相同，刀架電機正轉(zhuǎn)，并不斷檢測刀位到位信號，等待換刀完成；直到刀位到位信號來之后程序結(jié)束。換刀完成后將T碼后面數(shù)值VD25002000賦值給刀架旋轉(zhuǎn)目標工位VD14000084。

3 結(jié)束語

　　本文針對該伺服刀架的特有控制方式，基于西門子802D sl數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)對該伺服刀架的有效控制。