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數控車床刀塔電氣控製分析

2018-5-7 來源：山西永濟電機高級技工學校山西永濟電機高級作者：趙彩賢

摘要：本文通過對fanuc係統數控（kòng）車床刀塔控製的研究，深入分析（xī）刀塔PLC控製程序、電（diàn）氣原理，為自動化專業教學及（jí）設備維（wéi）修提供參考。

關鍵詞：PLC 程序；電氣設計；數控刀塔；FANUC數控（kòng）係統；控製

一、引（yǐn）言

山西永濟電機高級技工學校有（yǒu）多台數控車床，是（shì）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（chǎn），設備型號為 CK6112，配置 FANUC0 數控係統，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（tǎ）采用電氣結合液（yè）壓控製換刀，通過（guò） PLC 對（duì）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。另外為了保證換刀能夠正確進行，係統設（shè）置一些相應的係統（tǒng）參數來對換刀過程進行（háng）調整。

二、PLC及梯形圖（tú）概念

PLC是機床換刀過（guò）程的（de）控製中心，是實（shí）現（xiàn）順利換刀的關鍵器件。可編程序（xù）控（kòng）製器即 PLC 是 20 世（shì）紀 60 年（nián）代末發展起來的一種新型自動化控製裝置。最早用（yòng）於（yú）代替傳統的繼電器控製裝置，功能上隻有邏輯運算、定時、計數以及順序（xù）控製等，而（ér）且隻（zhī）能進行開關量控製。近年來，PLC 把計算機（jī）技術、自動化技術和通（tōng）信技術融為一（yī）體（tǐ），發展成（chéng）新型的（de）工業控製器，其（qí）控（kòng）製功能已遠遠超過邏輯控製的功能。

國（guó）際電工委員會（IEC）對PLC定義為：可編程序（xù）控製器是一種專為在工業環境下應用而（ér）設計的數字運算操作的（de）電子係統。它采用（yòng）可編程序的存儲器，用（yòng）來在其內部存儲執行邏輯運（yùn）算、順序控製、定（dìng）時、計數和算術運算（suàn）等操作的指令，並通過數字（zì）式、模擬式的輸入和輸出，控製各種（zhǒng）類（lèi）型（xíng）的機械（xiè）設備和生產過程。可編（biān）程序控製（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（chōng）其功能（néng）的原則設計。

梯形圖簡稱 LAD，是 PLC 使用較多的圖形編程語言，梯形圖沿（yán）襲了（le）繼電器控製電路的（de）形（xíng）式，在常用的繼電器與接觸器邏（luó）輯控製基礎上（shàng）簡化了符號演變而來，具有（yǒu）形象（xiàng）、直觀、實用等特點，技術人員（yuán）容易接受，目（mù）前運用較多。

在 PLC 梯形圖（tú）中，左右母線類似於繼電器電路的電源線，輸出線圈類似於負載，輸入點（diǎn）類似於按鈕，梯形圖由若幹邏輯行構成，自上而下（xià）排列，每個邏輯（jí）行起於（yú）左邊母線，經過觸點與線（xiàn）圈，止於右母線。

三（sān）、刀塔電氣控製（zhì）

刀塔電（diàn）氣控製部（bù）分如圖一所示（shì）。圖（tú）中的a是刀塔控製的主回路部分，主（zhǔ）要是控製（zhì）刀塔電（diàn）機的正轉和反轉（zhuǎn），刀塔電機通過同步帶聯接來控製刀塔的（de）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接觸器線圈的得電和失電來（lái）實現 a 中的主回路控製；圖c部分是刀塔控製的繼電器控製回（huí）路及 PLC 的輸入及輸出回（huí）路，整個過程的控（kòng）製最終是由這三部分來完成的。

圖一中各器件的作用如下：

Y0.5：刀塔（tǎ）反轉繼電器控製輸出。

四、換（huàn）刀的工作過程

根據（jù）電路回路圖簡析：假設 PLC 輸入/輸出電路中輸入 1 號刀（dāo）同時選擇手動方式（JOG)選擇。這時，按下（xià）手動（dòng）換刀啟動按鈕SB6，KA3線圈（quān）得電，KA3常閉觸點斷開實現互鎖。接觸器回路中的 KA3 觸點導通（KA1 始終處（chù）於閉合狀態（tài）），KM5 線圈得電，KM5 常閉觸點斷開實（shí）現雙重互鎖。刀塔正轉接（jiē）觸器回路導通，在主回路總的KM5觸點閉合刀塔正轉。當接近元件檢測到 1 號刀（dāo）的到位信（xìn）號時，刀塔開始定位，電機停轉，液（yè）壓缸拉緊鎖緊，鎖緊信號檢測到後，換刀結束。其他刀號換刀方式依次類（lèi）推。具體換刀過程步驟（zhòu）如下：刀塔抬起：當數控係統發出換刀指令後, 刀塔通（tōng）過電氣控製電磁閥得電，電磁閥控製（zhì）液壓缸（gāng）頂（dǐng）起（qǐ）刀塔（tǎ），刀塔中心（xīn）的鼠齒盤分離。

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

刀塔定（dìng）位：當（dāng）刀塔旋轉到（dào）需要的刀號，對應刀號的接近開關（guān）給數（shù）控裝置反饋換（huàn）刀號到位檢測指令，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，數控係統發出鎖緊信號（hào），電磁閥得電，刀塔向下拉緊，鼠齒（chǐ）盤結合，鎖緊（jǐn）檢測接近（jìn）開關（guān）檢測（cè）到鎖緊到位後，換刀完成（chéng）。

換到過程流程（chéng）圖

五、PLC換刀梯形圖

刀塔換刀過程選刀部分梯形圖

PLC控製數控車（chē）床的刀塔，主（zhǔ）要是對刀塔的換刀進（jìn）行自（zì）動控製（zhì）。隨著電氣技術的飛速發（fā）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，使用簡單維護方便。程序的（de）編製（zhì）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、調速，進給、快速移（yí）動控製，相互的連鎖保護和顯示等功能均由PLC完成。

PLC 程序分析（xī）：

第一，手動換（huàn）刀。首（shǒu）先將操作麵板模式（shì）選擇打到手動（JOG）模式，刀號對應波段開關打（dǎ）至需要更換刀號位置，再按刀庫手動換（huàn）刀啟動按鍵進行換刀。按下手動換刀信號X5.4,Y0.4輸出（chū），接通（tōng）刀塔正轉繼（jì）電器。刀塔（tǎ）電機正轉找刀（dāo）。找到目（mù）標刀位（wèi）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（shù）。

第二，自動換刀。首先把模式選擇打到手（shǒu）動資料輸（shū）入（MDI)模式，在按下 MDI 單元程序功能鍵 PROG 輸（shū）入所需的目標刀號（如：T0303），按功能鍵 EOB，接著按功（gōng）能鍵 INSERT，最後按循環啟動鍵，此時 F7.3導通，通過位置檢測接近開（kāi）關把當前刀位的信號通（tōng）過數據傳送指令和（hé）二進製（zhì）轉換指令轉換為實際刀位號。當係統（tǒng）發出換刀指令T0303 時，F7.3 導通，當前刀位號會與目的（de）寄存（cún）器的刀位號相比較，如果一致（zhì），程序跳轉，換刀結束。如果刀位號（hào）不一致，刀架電機正轉找刀，找到目標刀位（wèi）後，刀塔下降，鎖緊，刀塔鎖緊後，整個（gè）換刀（dāo）過程（chéng）結束。

六、結束語

本次分析的這（zhè）台數控車（chē）床的換刀過程，通過電機驅動，PLC 程序（xù）控製，刀架能快速的完成抬起、正轉（zhuǎn）、選（xuǎn）位、鎖緊等一係列的動作，有效地（dì）實現了（le）換刀。此換（huàn）刀模式是（shì）目前主流的數控車床換刀形式。數控刀塔可以在保持原車床工件最大回轉直徑的條件下，提供選多把刀的可能性，且通用性好。刀塔的運行效率高，並穩（wěn）定可靠（kào）。通過這次的分析研究，對FANUC係統有了更新的認識，對數控（kòng）車床的（de）專業知識的掌握程度及運用能力也有了更大的提高，同時也加深了（le）數控專業知識的（de）掌握（wò）程度。

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