数控加工中心刀库控制PLC设计及编程技巧

PLC是数控加工中心正常运行的软件核心，一个完善的PLC程序不仅能使数控加工中心正常运行，还要让人看起来一目了然，既为自己调试提供方便，还能帮助维修人员查找故障和分析原因。　　一、数控加工中心刀库控制PLC设计　　　　1 控制要求　　　　数控加工中心刀具库由六种刀具组成，按钮SB1-SB6分别为六种刀具选择按钮；ST1～ST6为刀具到位行程开关，由霍尔元件构成。　　　　1.1 初始状态时，PLC记录当前刀号。　　　　1.2 当按下按钮SB1～SB6中的任何一个时，PLC记录该刀号，然后刀盘按照离请求刀号*近的方向转动。转盘转动到达刀具位置时，到位指示灯发亮，机械手开始换刀，且换刀指示灯闪烁。5 S后换刀结束。　　　　1.3 换刀过程中，其它换刀请求信号均无效。换刀完毕，记录当前刀号，等待下一次换刀请求。　　　　2 程序设计　　　　2.1 数控加工中心刀库选择PLC控制输入、输出地址见表1。　　　　　　　　2.2 数控加工中心刀库选择PLC控制接线图如图1。　　　　　　　　图1 PLC控制接线图　　　　2.3 根据控制要求，数控加工中心刀库选择PLC控制梯形图如图2。　　　　　　　　图2 PLC控制梯形图　　　　3 程序说明　　　　3.1当1号刀具处在机械手的位置时，霍尔元件动作，即ST1动作，梯形图中X11闭合，将K1传人数据寄存器D0中；当2号刀具处在机械手的位置时，霍尔元件动作，即ST2动作，梯形图中X12闭合，将K2传人数据寄存器D0中。以此类推，记录当前的刀具号。　　　　3.2 当请求选择1号刀具时，按下请求刀具按钮SB1，将K1传人数据寄存器D1中，同时使M5置位，其它请求信号无效；同理，当请求选择2号刀具时，按下请求刀具按钮SB2，将K2传人数据寄存器D1中，同时使M5置位，其它请求信号无效。以此类推，记录当前请求的刀具号。　　　　3.3 M5置位后，比较指令使得　　　　3.3.1 如果数据寄存器D0>D1，则M0闭合，执行减法运算D0-D1，运算结果存人D3中，然后将D3进行比较。若D3>K3，则刀具盘离请求刀号逆转方向*近，M10闭合，使得M18闭合，继而Y2、Y3闭合，电动机带动刀具盘逆转；若D3=K3，则刀具盘离请求刀号顺转方向*近，M11闭合，使得M19闭合，继而Y2闭合，电动机带动刀具盘顺转；同理，若D3<K3，则电动机带动刀具盘顺转。　　　　3.3.2 如果数据寄存器DO=D1，则M1闭合，使得Y0闭合，到位指示灯亮，Y0常开触点闭合，机械手开始换刀，且Y1驱动换刀指示灯闪烁。经过5S后，T1动作，M5复位，换刀结束。　　　　3.3.3 当D0<D1时，M2闭合，M2常开触点闭合。由于DO<D1，直接相减是一个负数，结果出错，因而将D0加上刀具总数后减去D1，将得出的数据进行比较。重复以上过程，使得D0=D1，机械手进行换刀操作。　　二、数控加工中心机械手换刀PLC编程技巧　　　　首先简单介绍一下刀具交换装置的基本情况，刀库是可正反向旋转的链式刀库、装在刀具交换装置上的机械手用15个步骤将刀库中的刀具交换到主轴，并将主轴刀具还回刀库对应的刀套中。为尽量缩短换刀时间，我们采用刀具预选与零件加工同时进行的方式来压缩换刀时间。机械手动作顺序如下：　　　　步骤 1：平移缩回，抓刀库中预选的刀具：步骤2：拔刀伸出，拔出刀套中的刀具：步骤3：平移伸出，离开刀库侧抓刀位置：步骤4：拔刀缩回，机械手缩回：步骤 5：摇臂伸出，摇臂转向主轴侧：步骤6：平移伸出，抓主轴刀具：步骤7：拔刀伸出，拔出主轴中的刀具：步骤8：换刀正转或反转，刀具交换：步骤9：拔刀缩回，将预选刀具插入主轴：步骤10：平移缩回，机械手离开主轴：步骤11：摇臂缩回，摇臂转向刀库侧：步骤12：拔刀伸出，准备将主轴刀具送回刀库：步骤 13：平移缩回，机械手移向刀库：步骤14：拔刀缩回，将主轴刀具插入刀库：步骤15：平移伸出，离开刀库侧抓刀位置。　　　　以上15个步骤可分为如下4个阶段：　　　　第1阶段：抓新刀。Txx代码控制刀库按就近方向转动到编程刀具所在的位置，到位且有刀库定位I信号后启动机械手，经过步骤1→步骤2→步骤3→步骤4，将编程刀具抓在手上等待换刀。　　　　第2 阶段：换刀。M06启动换刀固定循环“TOOL。“TOOL控制各坐标移动到换刀位置，并用M90通知PLC启动换刀，PLC用M90信号请求NC “读入禁止并启动机械手换刀步骤5→步骤6→步骤7→步骤8→步骤9→步骤10→步骤11，同时用步骤5的到位信号控制刀库转到主轴刀号的位置。　　　　第3阶段：还刀。步骤5启动的刀库旋转停止且有刀库定位I信号后，启动机械手步骤12→步骤13→步骤14→步骤15，将主轴刀具还到刀库中并将记忆主轴刀号的存储器*新。步骤11完成后，取消“读入禁止，激活刀具参数，加工程序和机械手还同时进行。　　　　第4 阶段：抓预选新刀。在M06的下一段紧跟下道工序要用的刀具号Txx，刀库在完成还刀动作后可在零件加工的同时启动机械手步骤1→步骤2→步骤3→步骤 4，将下道工序所用的刀具预选抓到机械手上，等待M06启动后面的换刀动作，这样大大缩短了刀具交换的时间，提高了工作效率。　　　　注意事项：　　　　Txx和M06不能编在同一程序段内：　　　　在固定循环TOOL中，所有位移程序段应加G153(段有效)取消基本偏移：　　　　三个换刀过程：①装刀：主轴无刀，Txx/M06直接安装编程刀具：②换刀：主轴有刀，交换编程刀具和主轴刀具：③还刀：主轴有刀，编程T0，将主轴刀具还回刀库。　　　　主轴准停角度利用PLC浮点参数MD14514[0]：$MN_USER_DATA_FLOAT[0]　　　　本编程方法的核心是将机械手动作按时序分成共15个步骤。“步骤存储在一个中间的变量中，该中间变量点占一个字节，每个“步骤完成后将中间变量的值修改为下一个“步骤，而整个步骤全部完成后将中间变量置为零，下一个换刀指令到来后又从步骤1开始执行。这样不仅使PLC程序简单、直观，而且由于“步骤 是唯一的，这样就能避免信号之间的互相干扰，编程人员再也不用绞尽脑汁来为每一个输出信号加各种限制条件，巧妙利用“变量达到事半功倍的效果。加工程序和PLC程序关系见下图。　　　　　　　此外，数控加工中心刀库运转、托盘交换等也可以用这种方法来编程。东莞市国匠智控有限公司是一家股份制公司，旗下有 众创为智控科技有限公司，景哲机电有限公司，子帆机床服务公司 ，专注于数控设备的生产'，销售，研发，整机配套，和代工服务为一体的高薪技术企业。