數控機床六刀位立式電動刀架控制系統設計及應用

蔡宗福

（安徽職業技術學院機械工程系，合肥 安徽 230011）

目前，我國機械制造業擁有相當數量的普通機床，其生產效率低、加工精度低、適應性差，不能加工復雜的零件。為了節約資金、降低成本，對原有普通機床進行數控化改造，是提高普通機床數控化率，解決上述矛盾的一種有效途徑。

在對普通車床的數控化改造中，換刀裝置的設計是一個必須解決的問題，在大多數普通車床的數控改造中，電動刀架控制系統的設計往往采用單片機提供控制信號，然后通過繼電器和專門電路實現換刀控制，或者采用PLC和繼電器實現換刀控制。本文介紹以SIEMENS S7-200 PLC控制CPU和六工位立式電動刀架為控制對象的經濟型數控車床系統中電動刀架控制系統的軟硬件設計與實現方法，設計的電動刀架控制系統電路簡單，可靠性高，為車床數控改造中的自動換刀問題提供了一種有效的解決途徑。

1 六工位立式電動刀架換刀原理

六工位立式電動回轉刀架的傳動，結構示意圖如圖1所示：

圖1 結構示意圖

2 六工位立式電動刀架下位機PLC換刀電氣控制

數控機床刀架是由機床PLC來進行控制，刀架的換刀過程實質就是通過PLC對控制刀架的所有I/O信號進行邏輯處理及計算。

2.1 電氣原理控制

電氣原理控制可以劃分為三個方面:電機、PLC、正反轉控制。電機電路是電動機正反轉的強電路，PLC控制電路是PLC輸入輸出來控制的電路。正反轉控制電路時用低壓繼電器控制強電路交流接觸器的電路。

2.2 PLC控制流程圖

電動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。T指令換刀是直接通過編程刀號作為目的刀位進行換刀。

整個換刀動作的流程圖如圖2所示。

圖2 整個換刀動作的流程圖

2.3 PLC的程序設計

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、正轉尋刀監控及反轉鎖緊延時監控等。

六個霍爾元件引出的接線分別代表一、二、三、四、五、六號刀位號，其對應PLC輸入為I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6。該霍爾元件是UGN3120, 采用24VDC供應電源。正常工作時刀架沒有到位該霍爾元件為截止狀態。當刀架到達位置時，霍爾片磁化，導通三極管，輸出為0V，但是PLC有效電平為高電平，為此需串聯一個PNP型三極管，使進入PLC的電壓為24VDC，輸入有效。

開關QS、SB1、SB2分別為自動/手動切換按鈕、手動換刀按鈕、急停按鈕。其中自動/手動切換按鈕是復合開關，即開關在自動狀態時，手動換刀按鈕無效。急停按鈕直接使輸出端復位，它和急停電路上的按鈕聯動（即同時動作）。連接Q0.1（正轉）、Q0.2（反轉）的引線是正反轉輸出端的互鎖接線腳，來它們控制正反控制電路，從而控制刀架電機正反轉，實現換刀過程。

2.4 上下位機的通訊程序設計

由于刀架電機換刀存在自動換刀，即當輸入T0101表示1號刀位，1號刀補，而對于四刀位自動刀架只需要輸入目標刀號是多少，至于刀補值暫不傳遞。本文用上位機控制控制該輸入，通過VB編寫的換刀界面來輸入換刀指令。PC機的RS232與PLC的RS485相連。接收指令啟動或結束接收信息功能。通過指定端口接收的信息存儲于數據緩沖區中。發送指令激活發送數據緩沖區。二者的數據格式如圖3所示。

圖3 發送、接收緩沖區數據格式

上位機用VB軟件編程。VB6．0把與串行通信有關的操作都封裝在Mscomm控件里，用戶只需設置和監視MSComm控件的屬性和事件，就可以輕而易舉的實現串行通信。它的主要幾個參數見Mscomm屬性表。

表1 參數表

3 應用

本設計程序和數控系統配合應用于經濟型數控機床的刀架部分改造,其運行可靠性好,在調試中根據不同的刀架性能,配合數控系統,可靈活地修改刀位數、正轉尋刀監控時間、正轉找到刀位后的延遲時間、和反轉鎖緊監控時間等,使刀架的運行效率高并穩定可靠。另外，在上下位機通信的過程中需要加上校驗碼，這樣是為了傳輸數據的完整性，防止數據由于干擾等原因出現丟失或亂碼等錯誤，使系統更加穩定與安全。

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