1PG 是三菱公司FX 係列PLC 的單軸定位模塊, 常稱為脈衝發生單元PGU ( pulse g eneration unit) 。PLC 通過1PG 向伺服（fú）或步進（jìn）電機驅動器提供指定數（shù）量的脈衝, 可以完成一個獨立軸（zhóu）的定位控製（zhì）, 脈衝輸出最大可達100 kp/ s。刀庫（kù）是加工中心（xīn）的（de）主要部件, 其結構有盤式、鏈式和格子式等種類, 因盤式刀庫結（jié）構緊湊、簡單, 不需機械手, 一般用於小型加工中心及高校機電一體化（huà）技術實踐教學中。單軸定位模塊1PG 用於無機械手圓（yuán）盤形刀（dāo）庫的換刀控製, 采用在刀庫與主軸之間（jiān）直（zhí）接換刀, 其換刀簡單（dān）、定位準確。本文以臥式微加工中心為例討（tǎo）論1PG 在刀庫中的控（kòng）製技術[ 1, 2] 。

      1 係統硬件接口

      在臥式微加工（gōng）中（zhōng）心中, 主軸水平進給, 加工工件的垂直麵, 圓盤式刀庫的旋轉軸與主軸平行, 刀庫中垂（chuí）直主（zhǔ）軸的圓盤上均勻地分布著（zhe）8 把刀, 通過刀庫的移動直接將加工刀具送到主軸上換刀。係統中X 軸和Z 軸由PLC 通過20 GM 控製步進電機實現兩軸聯動, Y 軸直接由（yóu）PLC 控製, 拖動主軸前（qián）後移動（dòng）進給（gěi）完成深度加工, 刀庫由PLC 通（tōng）過1PG 控製步進電機（jī）, 驅動刀庫圓盤旋轉實現（xiàn）選刀。刀庫控製部分的（de）硬件接口如圖1 所示。

      VIN 為1PG 脈衝輸出的電源端, 接+ 5 V; FP 為（wéi）脈衝輸出端（duān）, 接步進電機驅動器的步進脈衝 輸入端CP; RP 為脈衝方向輸出端, 接步進電機驅動器的方向電平輸（shū）入端DIR; COM0 為脈衝輸出的公共端, 接5 V 地; VIN, FP, RP, COM0 構成（chéng）1PG 的輸出口, 控製步進電機驅動器及步進（jìn）電機運動（dòng）。DOG 為機器原位信號輸入端, 接刀庫原位接近開關傳感器, 作為（wéi）刀庫回原位的控製（zhì）信號; S/ S 為24 V 電源端, 接24 V 地, 用（yòng）於DOG 輸入。刀庫移動及鬆（sōng）刀用到了3 個接近開關, 它們是主軸鬆刀傳感器接（jiē）PLC 的X40、刀庫前（qián）進到位接X41、刀庫後退到位接（jiē）X42。刀庫移動和鬆刀都是用液壓驅動完成的, 因此換刀控製必須要先啟動油泵電機。PLC 的Y35, Y36, Y37 分別用於油泵的啟/ 停、主軸鬆刀/ 夾緊、刀庫前進/ 後退的控製。JOG+ 、JOG- 接X43, X44, 為刀庫旋轉的點動控製按鈕, JOG+ 控製刀庫步進電機正（zhèng）轉, JOG- 控（kòng）製反轉。回原位接X45, 作刀庫點動回原位按鈕。

      2 刀庫控製

      2. 1 參（cān）數（shù）設（shè）置（zhì）

      1PG 內部設置有32 個緩衝存儲器( BFM) ,用來存放參數設置值、狀態信息和命令字, PLC對1PG 的控製, 實際上是通過FROM/ T O 指令操作1PG 的這些緩（huǎn）衝（chōng）存儲器來實現的。1PG 的每一個緩（huǎn）衝存儲器為16 位長數據, 而32 位數據則由連續的（de）2 個BFM 組成, 如設置最高速度用DT O 指令寫32 位數據給2 個緩衝存儲器BFM# 5 和# 4。1PG 的初始化設置如下:

      其中（zhōng）BFM # 3 為係統參數設置, 其它BFM為速度和定位數據的設置。當設置單位係統為電機係統時, BFM # 0、# 1 和# 2 不需（xū）要設置。本係統參數設置為2500H, 其含義（yì）如表1 所示。主要是設置（zhì）單位係統為以（yǐ）脈衝為單位的（de）電機係統; 脈衝輸出格（gé）式為帶方向( DIR) 的脈衝輸出, FP 為脈衝輸出端, RP 為方向信號輸出（chū）端, 控製步進電機一般采（cǎi）用此種脈衝（chōng）輸出（chū）方式; DOG 輸入極性為當工件接（jiē）近原位時, DOG 接近開關ON, 圓盤式刀庫（kù）旋轉隻設置一個傳感器, 作原位DOG 輸入（rù）,采用常開型對應該設置[ 3, 4] 。

      2. 2 點（diǎn）動（dòng）和回原（yuán）位控製

      PLC 控製（zhì）刀庫點動、回（huí）原位程序, 以及1PG 的狀態信息、控製命令的讀（dú）寫程序如圖2 所示。其中M176 為選擇操作刀庫（kù）, M140 為點動操作, M144為（wéi）自動換刀, 構成點動、自動操作刀（dāo）庫的條件。

      刀（dāo）庫點動操作有點動回原位、點動正轉、點動反轉, 可以用於刀庫的定位調（diào）試。係統設計按下X43, X44, X45 按鈕, 使（shǐ）對應的M124, M125, M126 得（dé）電, 分別驅動刀庫正向（xiàng）點（diǎn）動( JOG+ ) 、反向點動（dòng）( JOG- ) 、回原位。而M127 則始終為0,表（biǎo）示刀庫旋轉采用絕對（duì）位置。M124, M125, M126, M127 命令信號通過M8000 驅（qū）動/ T O K0K25 K4M120 K10指令, 實時寫入1PG 的命令緩衝存儲（chǔ）器BFM# 25 的b4, b5, b6, b7 位, 如表（biǎo）2所示。實（shí）際上該指令是將PLC 中的（de）M120 ~M135 共（gòng）16 點數據全部實時地寫入BFM# 25, 因此PLC 的任何命令信息都能及（jí）時（shí）發送到1PG中, 控製刀庫步進電機運動。

      BFM# 25 的b8~ b12 為各種（zhǒng）操作模式, 隻能選擇其中之一, 同時選兩種（zhǒng）以上無（wú）效, 本刀庫控製采用單速定位模式b8。選好刀具（jù）後, 程序驅動M128 得電, 則（zé）b8= 1 啟動單速定位操作, 驅動刀庫步進電機運動（dòng）, 按設置的（de）脈衝數旋轉到位後（hòu）停下, 這個過程就是刀庫（kù）定位。M300 為自動換刀時（shí）, 驅動刀庫回原位用的。

      程序中通過M8000 驅動, 用FROM 指令實時將1PG 中的（de）狀態信息( BFM# 28) 讀到PLC 的M80~ M95, 以獲得刀庫原位返回結束、單速定位結（jié）束標誌, 其內容如表3 所示。刀庫控製（zhì）中用到了兩個標誌位b2 和b8。b2= 1 表示（shì）原位返回結（jié）束, b8= 1 表示定位結束, 分別使M82, M88 接通, 然後PLC 順序控製（zhì）程序用M82, M88 去驅動係統轉入下一（yī）步操（cāo）作（zuò）。

      2. 3 刀庫定位控製

      換刀（dāo）是一個準確定位的過程, 為了實現高精度定位, 係統采用了細分驅動及蝸輪蝸杆減（jiǎn）速（sù）傳動。刀庫步進電機步距角1. 8b, 細分驅動（dòng）器設置為64 細分, 蝸輪（lún）蝸杆傳動減速比為1 B 38, 則脈衝當（dāng）量為( 0. 74 @ 10- 3 )b( 1. 8b/ ( 64 @ 38) ) 。刀庫圓盤上均勻分布著8 把刀, 按（àn）絕對位置計算, 可得到各刀具距離原位的旋轉脈衝數, 如表4 所示（shì）。

      換刀時, 首先將刀具的位置脈衝數通過（guò）DMOV( 如DMOV, K121621, D212, 選3 號刀) 指（zhǐ）令傳送給D212, 然後用DT O 指令將D212 的數據傳送給1PG 的位置存儲器BFM # 17 和# 18,並程序驅動（dòng）M128 為ON, 啟動單速定位操（cāo）作。刀（dāo）庫定位結（jié）束（shù）會置標誌位（wèi）BFM# 28 的b8 為1,使M88 為ON, 順控程（chéng）序用M88 驅動進行（háng）下一步操作。指令如下:

      3 自動換刀程序

      換刀過程就是把已用刀具取下放到刀庫上, 換上新刀具繼續加工。自動換刀過程涉及到一係（xì）列的順（shùn）序控製, 包括Y 軸回原位與（yǔ）刀庫回原位、Y 軸後退、刀庫前（qián）進、主軸鬆刀、Y 軸後退( 取下已用（yòng）刀具) 、刀庫旋轉、Y 軸前進、主軸夾刀、刀庫後退( 換上新刀具) 、Y 軸前（qián）進( 準備加工（gōng）) , 如（rú）圖4 所示。其中Y 軸的前進與後退控製, 各次的前進/ 後退參數中, 隻有脈衝數不同, 脈衝速率及對脈衝計數器清0 都相同, 為DMOV, K5000, D102, DMOVP, K0, D8142。因此, 在順控程序（xù）中後麵隻列出脈衝數, 不再列脈衝速率及對（duì）脈衝計數器清0 項。

       4 結束語

      自動換（huàn）刀程序是以一次換刀為例設計的, 對該程序進行適當（dāng）改進即可用於（yú）多次換刀控製。文中介紹的1PG 開發技術及程序設計（jì）方法, 同樣可用（yòng）於其它（tā）高精度（dù）位置控製係統中, 對類似運動控製係統開發具有很好的參考價值。