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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（jì）電機高級技工學校山西永濟電機（jī）高（gāo）級（jí）作者：趙彩賢

摘要：本文通（tōng）過對fanuc係統數控車床（chuáng）刀塔控製的研究，深入分（fèn）析刀塔PLC控製程（chéng）序、電氣（qì）原理（lǐ），為自動化專業教學及設備維修提供參考。

關鍵（jiàn）詞（cí）：PLC 程序；電氣設計；數控刀塔；FANUC數控係統（tǒng）；控製（zhì）

一、引言（yán）

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（xí）、員工培（péi）訓經常使用的設備。數控車床為沈（shěn）陽機床廠生產，設（shè）備型號為 CK6112，配置 FANUC0 數控係（xì）統，換（huàn）刀采用PLC 控製的刀塔。刀（dāo）塔是數控車床重要組成（chéng）部分，此（cǐ）車床刀塔采用電（diàn）氣結合液壓控製換刀，通過 PLC 對控製刀架的所有I/O信（xìn）號進行邏輯（jí）處理及計算，實現刀塔的換刀控製。另外（wài）為了保證換刀能夠正確進行，係統設置一些相應的係統（tǒng）參數來對換刀過程進行調整。

二、PLC及梯形圖概念

PLC是機床（chuáng）換刀（dāo）過程的控製中心，是實現順（shùn）利換刀的關鍵器件。可編程（chéng）序控製器即 PLC 是 20 世紀 60 年代末發展起來的一種新型自動化控製裝置（zhì）。最早用於代替傳統的繼電器控製裝置，功能（néng）上隻有邏輯運算、定時、計數（shù）以及順序控製等，而且隻能進行開關量控製。近年來，PLC 把計算機技術、自動化技術和通信技術融為一體（tǐ），發展成新（xīn）型的工業控製器，其控製（zhì）功能已遠遠超過邏輯控製的功能。

國際電工委員會（IEC）對PLC定義為：可編程序控製器是一（yī）種專（zhuān）為在工（gōng）業環境下應用而設計的數字（zì）運算操作的電子係統。它采用可編程序的（de）存儲器，用來在其內（nèi）部存儲執（zhí）行邏輯運算、順序控製、定時、計數和算術運算（suàn）等操作的指令，並通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控製各種類型的機械設備和生產過程。可編程序（xù）控製器（qì）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。

梯形圖簡稱 LAD，是（shì） PLC 使用較多的圖形編程語言，梯形圖沿襲了繼電器控製電路的形式，在常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（tè）點，技（jì）術人（rén）員（yuán）容易接受，目（mù）前運用較多。

在（zài） PLC 梯形圖中，左右母線類似於繼電器電路的電源線，輸出線（xiàn）圈類似於負載，輸入點類似於按鈕，梯形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（tǎ）電氣控製

刀塔電氣控製部分如圖一所示。圖中的a是刀塔控（kòng）製的主回路部分，主要是（shì）控製刀（dāo）塔電機的正轉（zhuǎn）和反轉，刀塔電機通過同步帶聯接來控製（zhì）刀塔的正轉（zhuǎn）和反轉（zhuǎn）；圖（tú）b是刀塔控（kòng）製的交流控製回路，主（zhǔ）要是控（kòng）製兩個交流（liú）接觸器線（xiàn）圈的得電和（hé）失電來實現（xiàn） a 中的主（zhǔ）回路控製；圖（tú）c部分是刀塔（tǎ）控製（zhì）的繼電（diàn）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分來完成的。

圖一中各器件（jiàn）的作用如（rú）下：

Y0.5：刀（dāo）塔反轉繼電器控製輸出。

四、換刀的工作過程

根據電路回路圖簡析：假（jiǎ）設 PLC 輸（shū）入/輸出（chū）電（diàn）路中輸入 1 號刀同時選擇手動方式（shì）（JOG)選擇。這時，按下手動換刀啟動按（àn）鈕SB6，KA3線圈得電，KA3常（cháng）閉觸點斷開（kāi）實現互鎖。接觸器回路中的 KA3 觸點導通（KA1 始終處於閉合狀態），KM5 線圈得（dé）電，KM5 常閉觸點斷開實現雙重（chóng）互鎖。刀塔正轉接觸器回路導通，在主回路總的KM5觸點閉合刀塔正轉（zhuǎn）。當接近元件檢測到 1 號刀的到位信號時，刀塔開始定（dìng）位，電機停轉，液（yè）壓缸拉緊鎖緊，鎖緊信號檢（jiǎn）測到後，換刀結束（shù）。其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（tǒng）發出換刀指令後, 刀塔通過電（diàn）氣（qì）控製電磁閥得電（diàn），電磁閥控製液壓缸頂起刀塔，刀塔中心的（de）鼠齒盤分離。

刀塔旋（xuán）轉：刀塔（tǎ）頂起檢測的接近（jìn）開關檢測到刀塔頂起到位（wèi）後，通過接口電路使電機正轉, 經傳動裝（zhuāng）置，刀（dāo）塔電機旋轉。

刀塔定（dìng）位：當（dāng）刀塔旋（xuán）轉到需要的刀號，對應（yīng）刀號的接近開關（guān）給（gěi）數控裝置反饋換刀（dāo）號到位（wèi）檢測指令，刀（dāo）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（xìn）號，電磁閥得電，刀塔向下拉緊（jǐn），鼠齒盤結合，鎖緊檢測接近開關檢測到鎖緊到位後（hòu），換刀完（wán）成。

換到過程流程（chéng）圖

五、PLC換刀梯形圖

刀塔換刀過程選刀部（bù）分梯形圖

PLC控（kòng）製數控（kòng）車床的刀塔，主要（yào）是對刀塔的換刀進行自動控製。隨著電氣技術的飛速（sù）發展，PLC 控製提高了生產工藝，具（jù）有較高的穩定性和可靠性，較強的實時處理能力，使用簡單維護方（fāng）便。程序的編（biān）製充分考慮操作指令和現場信號（hào），整個操（cāo）作變得比較簡單，機床工作的旋轉、變擋（dǎng）、調速，進（jìn）給、快速移動控（kòng）製，相互的連（lián）鎖保護和顯示等（děng）功（gōng）能均由PLC完成。

PLC 程序分析：

第一，手動換刀。首先將（jiāng）操作麵板模式選擇（zé）打到手動（dòng）（JOG）模式（shì），刀號對應（yīng）波段開關打至需要更換（huàn）刀號位置，再按刀庫手動換刀啟動按鍵進行換刀。按下手動換（huàn）刀信號X5.4,Y0.4輸出，接通刀塔正轉繼電器。刀塔電機（jī）正轉（zhuǎn）找刀。找到目標刀位後，刀塔電機繼（jì）電器失（shī）電。電機停止轉動，刀塔下降，鎖緊，手動（dòng）換刀結束。

第二，自動換刀（dāo）。首先把模式（shì）選擇打到手動資料（liào）輸入（rù）（MDI)模（mó）式，在按下 MDI 單元程序功能鍵 PROG 輸入所需的目標刀號（如：T0303），按功能鍵 EOB，接著按功能鍵 INSERT，最後按循環啟動（dòng）鍵，此時 F7.3導（dǎo）通，通過（guò）位置檢測接近開關把當前刀位的信號（hào）通過數據傳送指令和二進製轉換（huàn）指令轉換為實際刀位號。當（dāng）係統發出換刀指令T0303 時，F7.3 導通，當（dāng）前刀位號（hào）會與目的寄存器的刀位號相比較，如果一致，程序跳轉，換（huàn）刀結束。如果刀位號不一致，刀架電機（jī）正轉找刀，找到目（mù）標刀位後（hòu），刀塔下降，鎖緊，刀塔鎖緊後，整個換刀過程結束。

六（liù）、結束語

本次分析的這台（tái）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（xuǎn）位、鎖緊等一係列的動作，有效地實（shí）現了換刀。此換刀模（mó）式是目前主流的數控車（chē）床換刀形式。數控刀塔可以（yǐ）在（zài）保持原車床工件最大回轉直徑的條件（jiàn）下，提供選多把刀的（de）可能性，且通（tōng）用性好。刀塔的運行效率（lǜ）高，並穩定可靠。通過這（zhè）次的分析研究，對FANUC係統有了（le）更新（xīn）的認識，對數控（kòng）車床的專業（yè）知識的掌握程度及運用能力也有（yǒu）了更大的提高，同時也加深了數控專業知識的掌握程度。

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