基于PLC的數控車床電動刀架實訓裝置開發

湛年遠，謝祥強

（廣西電力職業技術學院，廣西 南寧 530007）

電動刀架是數控車床故障多發的部件之一，開發基于PLC 的電動刀架實訓裝置，開展電動刀架及其控制線路拆裝、檢修與調試實訓，可有效提升數控機床維修技術高技能人才的培養品質。

1 電動刀架的控制原理分析

本實訓裝置基于配置華中HNC-21 世紀星的數控車床，該數控系統采用內置式PLC，刀架電動機的電氣控制原理如圖1 所示。

圖1 刀架電動機控制原理圖

1.1 控制原理

當數控系統發出換刀指令時，由PLC 的Y0.6 輸出刀架電動機正轉的信號，使中間繼電器KA1 的線圈得電，常開觸頭閉合；接觸器KM1 的線圈得電，主觸頭閉合，刀架電動機開始正轉。同時，中間繼電器KA1 常閉觸頭斷開，接觸器KM1 的常閉輔助觸頭也斷開，接觸器KM2 的線圈不能得電，從而實現電氣互鎖，避免刀架電動機在正、反轉切換過程中發生短路現象。

當數控系統檢測到目標刀號時，刀架電動機停止正轉，并由PLC 的Y0.7 輸出反轉信號，中間繼電器KA2 的線圈得電，常開觸頭閉合，接觸器KM2 的線圈得電，主觸頭閉合，刀架開始反轉，反轉的時間由數控系統的刀架控制參數進行設定（約1 500 ms）。當刀架反轉時間到，刀架被鎖緊，換刀過程結束。

1.2 控制信號

換刀控制的輸入信號，主要是選刀按鈕發出的刀具選擇信號和刀架到位信號。輸出信號，主要包括目標刀號（要選擇的刀號）、刀架的檢測刀號（刀架當前的實際刀號）、刀架電機正反轉控制信號等。

刀號的檢測，是通過刀架中的發信盤安裝的霍爾元件及磁鋼來完成的。霍爾元件是相當于一個磁性開關，當靠近磁鋼時，輸出0 V 電壓，當離開磁鋼時，輸出24 V 電壓，數控系統根據T1，T2，T3，T4 對應的輸出電壓，便可知道刀號的位置，其電氣原理如圖2 所示。

圖2 刀號信號檢測電氣原理圖

2 基于PLC的電動刀架實訓裝置開發

2.1 電氣接線圖

本實訓裝置以PLC 為核心，主要由啟動按鈕、選刀按鈕、PLC、電動刀架、LED 顯示器以及接觸器、繼電器等控制元件組成，LED 主要用于目標刀號和檢測到位刀號的顯示，電氣接線如圖3 所示。

圖3 電動刀架實訓裝置PLC 接線圖

2.2 控制原理

由選刀按鈕輸入要選擇的刀號（目標刀號）時，在目標刀號LED 顯示器上顯示出目標刀號（如T1 則顯示1，T2 則顯示2）。按下啟動按鈕，刀架開始正轉，當檢測到位刀號與目標刀號一致時，刀架電動機停止正轉，延時約0.5 s 后，刀架電動機開始反轉，約1.5 s 后停止反轉，鎖緊刀架，換刀結束。此時，兩個LED 顯示器上顯示的數字一致。刀號檢測及刀架電動機正、反轉控制原理如圖4 所示。

圖4 刀號檢測及刀架電動機正、反轉控制原理圖

2.3 PLC 程序

PLC 程序分主程序與子程序兩部分，主程序用于完成刀號輸入、實際刀位檢測、電動機正反轉控制以及定時控制，子程序主要是顯示目標刀號與實際檢測的刀號。

部分主程序如下：

3 結束語

實際使用效果證明，開發基于PLC 的數控車床電動架實訓裝置，加強數控車床電動刀架及其控制線路的拆裝、調試與檢修實訓，可有效提升數控機床維修技術高技能人才的培養質量。

[1]胡漢文，丁如春.電氣控制與PLC 應用[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]張永飛. 數控機床電氣控制[M]. 大連：大連理工大學出版社，2008.

[3]武漢華中數控股份有限公司. 世紀星數控裝置連接說明[Z].武漢：武漢華中數控股份有限公司，2010.