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數（shù）控（kòng）車床刀塔電（diàn）氣控製分析

2018-5-7 來源：山西永濟電（diàn）機高級技工學校山西（xī）永（yǒng）濟電機高級作者：趙彩賢

摘要：本文通過對（duì）fanuc係統數控車床刀塔控製的研究，深入分析刀塔PLC控製程（chéng）序、電氣原理，為自（zì）動化專業（yè）教學及設備維修提供參考。

關鍵詞：PLC 程序（xù）；電氣設計；數控刀塔；FANUC數控係統；控（kòng）製

一、引言

山西永濟電（diàn）機高級技工學校有多台數（shù）控車床，是學（xué）生實習、員工培訓經常使用的設備。數控車床為（wéi）沈陽機床廠生產，設備型號為 CK6112，配置 FANUC0 數控（kòng）係統，換刀采用PLC 控製的刀塔。刀塔是數控車床重要組成部分，此車床刀塔采用電氣結合液壓控製換刀，通過 PLC 對控（kòng）製刀架的所有I/O信號進行邏輯處理及計算，實現刀塔的換刀控製。另外為了保（bǎo）證（zhèng）換刀能夠正確進行，係統設（shè）置一些相（xiàng）應的係統參數來對（duì）換刀過（guò）程進行調整。

二、PLC及梯（tī）形圖概念

PLC是機床換刀過程（chéng）的控製中心，是實現順利換刀的關鍵器件。可編程序（xù）控製器即 PLC 是 20 世紀 60 年代末發展起來的（de）一（yī）種新型自動化（huà）控製（zhì）裝置。最早用於代替傳統的（de）繼電器控製裝置，功能上（shàng）隻（zhī）有邏輯運算、定時、計數以及順序控製（zhì）等，而且隻能進行開關量控製。近年來，PLC 把計算機技術、自動化（huà）技術和通信技（jì）術融為一體，發展成新型的工業控製器，其控製功能（néng）已遠遠超過（guò）邏輯控製的功能。

國際電工委員會（IEC）對PLC定義為：可編程序控製（zhì）器（qì）是一種專為在工業（yè）環境下應用而設計的數字運算操（cāo）作的電子係統。它采用可編程序的存儲器，用來在其內（nèi）部存儲執行邏輯運（yùn）算、順序控製、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數（shù）字式、模擬式的輸入和輸出，控製各種類型的機械設備和生產（chǎn）過程。可編程序（xù）控製（zhì）器及其有關設備，都應按易於與工業控製係統連成一個整體，易於擴充其功能的原則設計。

梯形圖簡（jiǎn）稱 LAD，是 PLC 使用較多的圖形編程語言，梯形圖沿襲（xí）了繼電器（qì）控製電路的形式，在常用的繼電器與接觸器邏輯控製基礎（chǔ）上簡化了符（fú）號（hào）演變而來，具有形象、直（zhí）觀、實用等特（tè）點（diǎn），技術人員容易接受，目前運用較多。

在 PLC 梯形圖（tú）中，左右（yòu）母（mǔ）線類似於繼電器（qì）電路的電源線，輸出線圈（quān）類似於負載，輸入點類似於按鈕，梯形（xíng）圖由若幹邏輯行構成，自上而下排列，每個邏輯行起於左邊母線，經過觸點與線圈，止於右母線。

三、刀塔電氣控製

刀（dāo）塔電氣控製部分如（rú）圖一所示。圖中的a是刀塔控（kòng）製的主（zhǔ）回路部（bù）分，主要是控製刀塔電機的正轉和反轉，刀塔電機通過同步帶聯接來控製刀（dāo）塔的正轉和反轉；圖b是刀塔控製的交流控製回路，主要是控製兩個交流（liú）接觸器線圈的（de）得電和失電來（lái）實現 a 中的主回路控（kòng）製；圖c部分是刀塔控製的繼電器控製回路及 PLC 的輸入及輸出回（huí）路，整個過程的控製最終是由這三部（bù）分來完成的。

圖一中各器件的作用如下：

Y0.5：刀塔反（fǎn）轉繼電器控製輸出。

四、換刀的工（gōng）作過程（chéng）

根據電路回路圖簡析：假設 PLC 輸（shū）入/輸出電路中輸入 1 號刀同時選擇手動方（fāng）式（JOG)選（xuǎn）擇。這時，按（àn）下（xià）手動換刀啟動（dòng）按鈕SB6，KA3線圈得電，KA3常閉觸點（diǎn）斷開實現互鎖。接觸器（qì）回路中（zhōng）的 KA3 觸點導通（KA1 始終（zhōng）處於閉合狀（zhuàng）態），KM5 線圈得電，KM5 常（cháng）閉觸點斷開實（shí）現雙重互鎖。刀塔正轉接觸器（qì）回路（lù）導通，在主回路總的KM5觸點閉合刀塔正轉。當接近（jìn）元件檢測到 1 號刀（dāo）的到位信號時，刀（dāo）塔（tǎ）開始定位，電機停轉，液壓缸拉緊鎖緊，鎖緊信（xìn）號檢測到後，換刀結束。其他刀號換刀方式依次類推。具體換刀過程步驟如下（xià）：刀塔抬（tái）起：當數控係統發出換刀（dāo）指（zhǐ）令後, 刀塔通過電氣控製電磁閥得（dé）電，電（diàn）磁閥控製液壓缸頂起刀塔，刀塔中（zhōng）心的鼠（shǔ）齒盤分離。

刀塔旋轉：刀（dāo）塔頂（dǐng）起檢測的接近開關檢測到刀塔頂起到位後，通過接口電路使電機正轉, 經（jīng）傳動裝置，刀塔電機旋轉。

刀塔定位：當刀塔（tǎ）旋轉到需要（yào）的刀號，對應刀號的接近開關給數控（kòng）裝置反饋換刀號到（dào）位檢測指（zhǐ）令，刀塔電機停止旋轉。刀塔鎖緊：刀塔電機停止在需要的（de）刀號（hào）時，數控係（xì）統發出鎖（suǒ）緊信號，電磁閥得電，刀塔（tǎ）向下拉緊，鼠齒盤結合，鎖緊檢測接（jiē）近開關檢測到鎖緊（jǐn）到位後，換刀（dāo）完成。

換到過程流程圖

五、PLC換刀梯形圖

刀塔換刀過程選刀部分梯形圖（tú）

PLC控製數控車床的（de）刀塔，主要是對刀塔的換刀進行自動控製。隨著電氣（qì）技術的飛速發展，PLC 控製提高了生產工藝，具有較高的穩定性（xìng）和可靠性（xìng），較強的實時處理能力，使（shǐ）用簡單維護方便（biàn）。程序的編製充分考慮操作指令和現場信號，整個操作變得比較簡單，機床工作的旋轉、變擋、調（diào）速，進給、快速移動控製，相互的連鎖保護和顯示等功（gōng）能均由PLC完成。

PLC 程序分析：

第一，手動換刀。首先（xiān）將操作麵板模式選擇打到手動（JOG）模式，刀號對（duì）應波段開關打（dǎ）至需要更換刀號位置，再（zài）按刀庫手動換刀啟（qǐ）動按鍵進行換刀。按下手動換刀信號（hào）X5.4,Y0.4輸出，接通刀塔正轉繼電器。刀塔電機（jī）正轉找刀。找到目標刀位後，刀塔電機繼電器失電。電機停（tíng）止轉動，刀塔下降，鎖緊，手動換刀結束。

第二（èr），自動換刀。首先把模式選擇打到（dào）手動資（zī）料（liào）輸（shū）入（MDI)模式，在按下 MDI 單元程序（xù）功能鍵 PROG 輸入所需的目標刀號（如（rú）：T0303），按（àn）功能鍵 EOB，接著按（àn）功能鍵 INSERT，最後按（àn）循環啟動（dòng）鍵，此時 F7.3導通，通過位置檢測接近開關把當前刀位的信號通過數據傳送指令和二進製轉換（huàn）指令轉換為實際（jì）刀位（wèi）號。當（dāng）係統發出換刀指令T0303 時，F7.3 導通，當（dāng）前（qián）刀位號會與目的寄存器的刀位號相比（bǐ）較，如果一致，程序跳轉（zhuǎn），換刀結束。如果刀位號不一致，刀架電機正轉找刀，找到目標（biāo）刀位後，刀塔下降，鎖緊，刀塔（tǎ）鎖（suǒ）緊後，整個換刀過程結束。

六、結束語

本次分析（xī）的這台數控車床的換刀過程，通過（guò）電機驅動，PLC 程（chéng）序控製（zhì），刀架能快速的完成抬起、正轉、選（xuǎn）位、鎖緊等一係列的動作，有效地實現了換刀。此換（huàn）刀模式（shì）是目前主流的數控車床換刀形式。數控刀塔可（kě）以在保持原車床工（gōng）件最大回轉直徑的條件（jiàn）下，提供選多把（bǎ）刀的可能性，且通用性好。刀塔的運行效率高，並穩定可靠。通過這（zhè）次的分（fèn）析研究，對FANUC係統有了更新的認識，對（duì）數控車床的專業知識的掌握程度及運用能力也（yě）有了更大的提高，同（tóng）時也加深了數（shù）控專業知識的掌（zhǎng）握程（chéng）度（dù）。

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