應用發那科系統實現電動刀架在數控車床的應用

劉麗紅

LIU Li-hong

（沈陽職業技術學院，沈陽 110045）

0 引言

在自動換刀數控機床上，對自動換刀裝置的基本要求是：換刀時間短，刀具重復定位精度高，足夠的刀具存儲量，刀庫占地面積小及安全可靠等。由于液壓對環境的污染以及系統笨重、效率低等原因，電動刀架的發展正在逐步取代傳統的液壓刀架。并通過 PLC 合理地控制，在 NC 機床上得到了應用，換刀時間比液壓刀架縮短了 1/5，性能良好，工作穩定可靠。

1 電動刀架結構

1.1 電動刀架的控制工作程序

該刀架采用三聯齒盤作為分度定位元件。由電機驅動后，通過一對齒輪和一套行星輪系進行分度傳動。工作程序為：PLC 控制系統發出轉位信號后，刀架上的電機制動器松開，電源接通，電機開始工作，通過齒輪 2、3 帶動行星輪系 4 旋轉，這時小齒輪 5 為定齒輪，由于與行星輪 4 嚙合的齒輪 5、23 齒數不同，行星輪4 帶動空套齒輪 23旋轉，空套齒輪帶動滾輪架8 轉過預置角度，使端齒盤后面的端面凸輪松開，端齒盤向后移動脫開端齒嚙合，滾輪架 8 受到端齒盤后端面鍵槽的限制停止轉動，這時空套齒輪23 成為定齒輪，行星齒輪4 通過齒輪5 帶動主軸 11 旋轉，實現轉位分度，當主軸轉到預選位置時，角度編碼器21 發出信號，電磁鐵 17 向下將插銷13 壓入主軸 11 的凹槽中，主軸 11 停止轉動，預分度接近開關 18給電機發出信號，電機開始反向旋轉。通過齒輪2 與3，行星齒輪4 和空套齒輪 23，帶動滾輪架8反轉，滾輪壓緊凸輪，使端齒盤向前移動，端齒盤重新嚙合，這時鎖緊接近開關 19 發出信號，切斷電機電源，制動器通電剎緊電機，電磁鐵斷電，插銷 13 被彈簧彈回，轉位工作結束，主機可以開始工作。

圖1 電動刀架結構

1.2 操作流程圖

圖2 操作流程圖

1.3 運行信號說明

1.3.1 編碼器真值表

1.3.2 刀架電器部件分布圖

圖3 刀架電器部件分布圖

1.3.3 運行過程說明

刀架轉位必須先松開制動裝置，然后才能給電機供電，按選擇方向旋轉。當編碼器前一工位的選通信號下降沿到達時，則預分度電磁鐵立即供電（選通信號下降沿到達至電磁鐵供電最大延遲須小于 60ms）。電磁鐵得電后，待預定位電磁鐵插銷插入主軸等分鍵槽內，回轉被迫停止，預分度接近開關發出信號（由“0”上跳為“1”），PLC 收到此信號后，使電機立即停止，以50ms暫停后，電機反向旋轉使刀架鎖緊定位。刀架鎖緊定位后，鎖緊接近開關輸出有“0”跳變到“1”。該信號發出立即使電機停止，制動裝置線圈得電（鎖緊接近開關發出信號至電機停止，制動最大延遲小于60ms）。鎖緊開關發出鎖緊信號后，PLC 控制系統應進行位置檢測，以發出允許刀架進行切削加工工件的指令。200ms后預分度電磁鐵斷電。

特別注意：1）刀架電機的保護：（1）刀架轉位過程中，一定時間（約6 秒）內找不到工位時，電機斷電；（2）預分度電磁鐵通電 1.5 秒后，如果見不到預分度傳感器信號，應立即給電機斷電；（3）刀架電機反轉鎖緊過程中，2 秒鐘之內見不到鎖緊傳感器信號，應立即給電機斷電。2）如果刀架在轉位過程中電控部分故障急停，再次啟動時必須沿停止前的運動方向重新開始。

2 PLC 控制系統的確定及線路設計

2.1 PLC I/O 地址分配

1） 輸入信號設有：自動狀態按鈕 SB1（X40.0）；手動狀態按鈕SB2（X42.5）；手動選刀按鈕SB3（X44.4）；急停按鈕SB4（X8.4）；編碼器信號 20（X5.0），21（X5.1），22（X5.2），23（X5.3）， 奇偶校驗信號（X5.4），選通信號（X5.5）；預定位檢測開關SQ29（X5.6）；電機過熱檢測開關SQ27（X6.0）；刀架鎖緊檢測開關SQ28（X6.7）；

2）輸出信號設有：刀架電機正轉控制 KA1（Y4.4）；刀架電機反轉控制KA2（Y4.5）；刀架電機制動電磁鐵控制 KA3（Y4.6）；刀架預分度電磁鐵控制 KA4（Y5.7）；自動狀態指示燈 EL1（Y8.0）；手動狀態指示燈EL2（Y10.5）；手動選刀指示燈EL3（Y12.4）；

2.2 控制線路圖

圖4 控制線路圖

2.3 控制說明

在編制一個PLC 程序之前，要詳細了解機械結構及動作控制過程，才能設計合理的PLC 程序。理想的PLC程序除能滿足控制要求外，還要考慮問題全面，系統設有自動和手動兩種工作狀態。當 SB1按鈕接通時，LE1 指示燈亮，自動工作狀態有效，通過輸入 T 代碼來自動選刀，1 工位～12工位的代碼為T0100～T 1200。當SB2 按鈕接通時，LE2 指示燈亮，手動工作狀態有效，通過按手動選刀按鈕可進行調整工作。

3 結束語

理想的PLC程序除能滿足控制要求外，還要考慮問題全面，防止誤操作及突發故障，應根據步步檢索，處處保護的原則，即上一個動作未完成，下一個動作不得執行。程序中各種安全保護措施要到位，并且應具有步數少，順序處理時間短和易于理解的特點。

[1]王立權.機電控制與可編程序控制器.中央廣播電視大學.

[2]譚定忠, 等. 傳感器與測試激技術. 中央廣播電視大學.

[3]劉文波. 機床數控技術. 東北大學.

[4]王柄實. 機床電氣控制技術. 濟南大學.