KY采用PLC实现回转刀架的自动控制,罗兆军.docx

经济型数控车床都配有电动回转刀架，回转刀架除了必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工的切削力和重复定位精度外，同时通过数控系统内置PLC或独立PLC和控制电路完成回转刀架的自动回转及找刀定位的全部动作。在对其进行整体检修后，往往需要连接到数控系统上进行联机试验，本文结合数控刀架的控制原理，采用独立的PLC实现回转刀架的自动回转及找刀定位的控制，以提高维修效率;也可作为数控机床刀库控制的学习参考。 1电动回转刀架的电控原理 电动回转刀架是数控机床使用中比较简单的自动换刀装置，常用的类型有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四、六把或更多的刀具。下面结合一台四工位的四方刀架了解一下其换刀过程及原理。常见机床四方刀架如图1所示。 数控机床刀架是由机床PLC来进行控制，其控制原理实质就是指刀架的整个换刀过程。刀架的换刀过程其实是通过PLC对控制刀架的所有I/0信号进行逻辑处理及计算，实现刀架的顺序控制。另外为了保证换刀能够正确进行，系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。 1.1华中HNC21数控系统I/U接口信号的分配 在此以华中HNC21数控系统为例，了解刀架控制的电气控制部分的组成。首先是HNC21数控系统的I/0接口信号的分配，如图2所示。图中自动刀架控制 图1机床四方刀架 图2 HNC21世纪星I/0接口分配 涉及到的I/0信号如下:Y0. 6 /Y0. 7分别为刀架电动机的正反转输出信号;X3 . 2 / X3 . 3 / X3 . 4 / X3 . 5分别为刀架刀位传感器的反馈输入信号;另外有面板上的X30. 6手动刀位选择按钮信号输入;X30. 7手动换刀启动按钮信号输入。 1.2刀架电气控制部分构成 刀架电气控制部分如图3所示。图3中的(a)是刀架控制的强电部分，主要是通过控制刀架电机的正转和反转来控制刀架的正转和反转;图(b)是刀架控制的交流接触器控制回路，主要是控制两个交流接触器的接通和断开来实现(a)中的强电控制;图(c)部分是PLC输出回路，用于驱动刀架控制继电器，实现对刀架电动机的控制。 图3中各器件的作用如下:M。刀架电动机;Q F5刀架电动机带过载保护的电源空开;KM} , KM。刀架电动机正、反转控制交流接触器;KAY , KA,刀架电动机正、反转控制中间继电器;RC、为三相灭弧器;RCH ,C。为单相灭弧器。 图3刀架电气控制线路 1.3刀架电动机的控制 1.3.1手动换刀过程 首先我们将机床调至手动状态，通过刀位选择按键进行目的刀位选择，有的系统是利用波段开关的形式进行实现，有的系统是利用记数的形式来实现，比如说通过检测刀位选择信号(X30. 6)的状态，如果按下刀位选择按键，X30. 6的状态应该会改变一次，计数器的数值会发生改变，系统选择的目的刀具也会发生相应的改变。 1.3.2选择目的刀具完成以后，下面就是将机床刀架的当前刀位转换到目的刀位。我们按下刀位转换按键X30. 7以后。这时系统PLC输出一个刀架正转信号Y0. 6 } KAY吸合;KM、吸合，这时刀架电机开始正向旋转，刀架开始正转。注意，如果机床刀架的当前刀位要转换到的目的刀位相同时，系统不做任何动作。 1.3.3刀架在正向旋转的过程中不停地对刀位输入信号进行检测，每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和目的刀位寄存器中的刀位相一致的时候，PLC认为所选刀具已经到位。 1.3.4刀具到位以后，刀架仍继续正向旋转一段时间，然后停止正向旋转(Y0. 6停止输出)，延时一段时间以后，刀架反转控制信号Y0. 7有效，此时刀架开始反转，反转过程其实就是刀架锁紧的过程，此过程延续一段时间，直到刀架锁紧到位，但反转时间不宜过长或过短，该时间由参数设定，并根据现场情况作调整。过长就有可能烧坏电机或造成电机过热使空开跳闸，时间过短有可能造成刀架不能够锁紧。刀架锁紧以后，整个换刀过程结束。 1.3.5另外刀架电动机长时间旋转，而检测不到刀位信号，则认为刀架出现故障，立即停止刀架电动机，以防止将其损坏并报警提示。 2 PLC控制系统设计 刀架的换刀过程通过PLC对控制刀架的所有I/0信号进行逻辑处理及计算，实现刀架的顺序控制。本文只讨论如何用独立PLC实现自动换刀动作，而不考虑与CNC装置之间的联系。本设计采用三菱FXZ、一犯MR型PLC，使用GX Developer编程软件进行程序设计。 2. 1刀架控制系统可编程控制器I/U分配 按照刀架的基本工作原理，采用手动换刀方式需要如下信号端子:刀位选择与启动按钮、刀位传感器输入信号、刀架电动机正反转输出信号、换刀超时报警指示、实际刀位显示、预选刀位显示，详细I/0分配见表1