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數控車床刀塔電（diàn）氣控製分（fèn）析

2018-5-7 來（lái）源：山西永濟電機高級技工學（xué）校山西永濟電機高級作者：趙彩賢

摘要：本文（wén）通過對fanuc係統數控車床（chuáng）刀塔控（kòng）製的研究，深入分析刀塔PLC控製程序、電氣原理，為自動化專業教（jiāo）學及設備維修提供參考。

關鍵詞：PLC 程序；電氣設（shè）計；數控刀塔；FANUC數控係統；控製

一、引言

山（shān）西永濟電機高級技工學校有多台數控車床，是學生實習、員工培訓經常使用的設備。數控車床為沈陽機床廠生產，設備型（xíng）號為 CK6112，配（pèi）置 FANUC0 數（shù）控係統，換刀采用PLC 控製（zhì）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（hé）液壓控製換刀，通過 PLC 對控製刀架的所有I/O信號進行邏輯處理及計算，實現刀塔的換刀控製（zhì）。另外為了保證換刀能夠（gòu）正（zhèng）確進行，係統設置（zhì）一些相應的係統參數來對換刀過程進行調整。

二、PLC及梯形圖概念（niàn）

PLC是機床換刀過程的控製中心，是實現順利（lì）換（huàn）刀的關鍵器件。可編程序控製（zhì）器即（jí） PLC 是（shì） 20 世紀 60 年代末發展起來的一種新型（xíng）自動化（huà）控製裝置。最（zuì）早用於代替（tì）傳統的繼電（diàn）器控（kòng）製裝置（zhì），功能上隻有邏輯運算、定時、計數以及順序控製等，而且隻（zhī）能進（jìn）行開關量控（kòng）製。近年來，PLC 把計算機技術、自動化技術和通信技術融（róng）為一體，發展成新型的工業（yè）控製器（qì），其控（kòng）製（zhì）功能已遠遠超過邏輯控製的功能（néng）。

國際電工委員會（IEC）對PLC定義為：可編（biān）程序控製器是一（yī）種專為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的（de）電子係統。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏（luó）輯運算（suàn）、順序（xù）控製、定時、計數（shù）和算術（shù）運算等操作的指令，並通過數字式、模擬式（shì）的輸入和輸（shū）出，控製各種類型的機械（xiè）設（shè）備和生產過（guò）程。可編程序控製器（qì）及其有關設備（bèi），都應按易於（yú）與工業控製係統連成一個整體，易於擴充其（qí）功能的原則設計。

梯形圖簡稱 LAD，是 PLC 使用較多的圖（tú）形編程語言（yán），梯（tī）形圖沿襲了繼電器控製（zhì）電路的形（xíng）式，在常（cháng）用的繼電器與接觸器邏輯控製基礎上簡化了符號演變而來，具有形象、直觀、實用等特點（diǎn），技術人員容（róng）易接受，目前運用較多。

在 PLC 梯形圖中，左右（yòu）母線類似於繼電器電路（lù）的電（diàn）源線，輸出線圈類似於負載，輸入點（diǎn）類似於（yú）按鈕，梯（tī）形圖由若幹邏輯行構成，自上而（ér）下（xià）排列，每個邏輯（jí）行起於（yú）左邊母（mǔ）線，經過（guò）觸點與線圈，止於右母線。

三、刀塔電氣控製

刀（dāo）塔電氣控製部分如圖（tú）一所示。圖中的a是刀塔控製的主回路部（bù）分，主要是控製刀塔電機的正轉和反轉，刀塔電（diàn）機通過同步帶聯（lián）接來控製刀塔的正轉和反轉；圖b是刀塔（tǎ）控製的（de）交流控製（zhì）回路，主要是控製兩個交流接觸器線圈的（de）得電和失電來實現 a 中的主回路（lù）控製；圖（tú）c部分是刀塔控製的繼（jì）電器控製回路及 PLC 的（de）輸入及輸出回路，整個過程的控製最終是由（yóu）這三部分來（lái）完（wán）成的。

圖一中各器（qì）件的作用（yòng）如下：

Y0.5：刀塔反轉繼電（diàn）器控製輸出。

四、換刀的（de）工作過（guò）程

根據電（diàn）路回路圖簡（jiǎn）析（xī）：假設 PLC 輸入/輸（shū）出電路中輸入 1 號刀同時選擇手動方式（JOG)選擇。這時，按下手動換（huàn）刀啟（qǐ）動按鈕SB6，KA3線（xiàn）圈得電，KA3常閉觸點斷開實（shí）現互鎖。接（jiē）觸器回（huí）路中的 KA3 觸點導通（KA1 始終（zhōng）處於閉合狀態），KM5 線圈得電，KM5 常（cháng）閉（bì）觸點斷開實現（xiàn）雙重互（hù）鎖。刀塔正轉接觸器回路導通，在主回路總（zǒng）的KM5觸點閉合刀塔正轉。當接近元件檢測到 1 號刀的到位信號（hào）時，刀塔開始定位，電機停（tíng）轉，液壓缸拉緊鎖緊，鎖緊信（xìn）號檢測到後，換刀結（jié）束。其（qí）他刀號換刀方式依次類推。具體換刀過程步驟如下：刀塔抬起：當數控係統發出換刀指令後, 刀（dāo）塔通過電氣控製電磁閥得電，電磁閥控製液壓缸頂起刀塔，刀塔中心的鼠齒盤分離（lí）。

刀塔旋轉（zhuǎn）：刀塔頂（dǐng）起檢測（cè）的接近開關檢測到刀（dāo）塔頂起到位後，通（tōng）過接口電路（lù）使電機（jī）正轉, 經傳動裝置（zhì），刀塔電機旋轉。

刀塔定位：當刀塔旋轉到需要的刀（dāo）號（hào），對應刀號的接近開（kāi）關給（gěi）數控（kòng）裝置（zhì）反饋換刀號到位檢測（cè）指令，刀塔電機停止旋轉。刀塔鎖緊：刀塔電機停止在需要的刀號時，數控（kòng）係統發出（chū）鎖緊信號，電磁閥得電（diàn），刀（dāo）塔向下（xià）拉緊，鼠（shǔ）齒（chǐ）盤結合，鎖緊檢測接近開關檢測（cè）到鎖緊到位後，換刀完成。

換到過程流程圖

五、PLC換刀（dāo）梯形（xíng）圖

刀塔換刀（dāo）過程選刀部分梯形圖

PLC控製數控車床的刀塔，主要是對刀塔的換刀進行（háng）自動控（kòng）製。隨著（zhe）電氣技術的（de）飛速發展，PLC 控製提高了生產工藝，具有較高的穩定性和可靠性，較強的實時（shí）處理能力，使（shǐ）用（yòng）簡單維（wéi）護方便。程序的（de）編製充分考（kǎo）慮（lǜ）操（cāo）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（biàn）擋、調速，進給、快速移動控製，相互的連鎖保護和顯示等功能均由PLC完成。

PLC 程（chéng）序分析：

第一，手動換刀（dāo）。首（shǒu）先將操作麵板模式選擇打到手動（JOG）模式，刀（dāo）號對應波（bō）段開關打至（zhì）需要更換刀（dāo）號位置，再按刀庫手動換刀啟動按鍵進行換刀。按下手動換刀（dāo）信號X5.4,Y0.4輸出（chū），接通刀塔正（zhèng）轉繼電器。刀塔（tǎ）電機（jī）正轉找刀。找到（dào）目標刀位後，刀塔電（diàn）機繼（jì）電器失電。電機停止轉動，刀塔下降，鎖緊（jǐn），手動換刀結束。

第（dì）二，自動換刀。首先把模式選擇打到手動（dòng）資（zī）料輸入（MDI)模式，在按下 MDI 單元程序（xù）功能鍵（jiàn） PROG 輸入所需的目標刀（dāo）號（如：T0303），按功能鍵 EOB，接著按功能鍵（jiàn） INSERT，最後按循環啟動鍵，此時 F7.3導通，通過位置檢（jiǎn）測接近開關（guān）把當前刀位（wèi）的（de）信號（hào）通過數據傳送指令和二進製（zhì）轉換指（zhǐ）令轉換為實際刀位號。當係統發出換刀指令T0303 時，F7.3 導通，當前刀位號會與目的寄（jì）存（cún）器的刀位號（hào）相比較，如果一致，程序跳轉，換刀（dāo）結束。如果刀位號不一致，刀架電機正轉找刀，找到目標刀位後，刀塔下（xià）降，鎖緊，刀塔鎖緊後，整個換刀過程結束。

六、結束語

本次分（fèn）析的這台數控車床的換刀過程，通過電機驅動，PLC 程序控製，刀架能快速的完成抬起、正轉、選位、鎖緊等（děng）一係列的動作，有效地實現了換（huàn）刀（dāo）。此換刀模式是目前主流（liú）的數控車床換刀形式（shì）。數控刀塔可以（yǐ）在保持原車床工件最大回轉直徑的條件下，提供選多把（bǎ）刀的（de）可能性，且通用性（xìng）好。刀塔的運行效率高，並穩定可靠。通過這次的分析研究，對FANUC係統有了更新的認識，對數控車床的專業知識的掌握程度（dù）及運用能（néng）力也有了更大的提高，同時（shí）也加深了數（shù）控專業知（zhī）識的掌握程度。

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