數(shù)控車床電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李捷輝，應(yīng)明富

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數(shù)控車床電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李捷輝，應(yīng)明富

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動(dòng)化工程系，福建 漳州 363000）

介紹以華中數(shù)控系統(tǒng)PLC為控制核心，以LDB4-6132型電動(dòng)刀架為控制對(duì)象的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床系統(tǒng)中電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便，可靠性高，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可用于車床數(shù)控化改造和數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)。

PLC；電動(dòng)刀架；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

目前，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)擁有相當(dāng)數(shù)量的普通機(jī)床，其突出的矛盾是生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工精度低、適應(yīng)性差，不能加工復(fù)雜的零件，為了節(jié)約資金，降低成本，對(duì)原有普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，是提高普通機(jī)床數(shù)控化率，解決上述矛盾的一種有效途徑。

對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，換刀裝置的設(shè)計(jì)是一個(gè)必須解決的問題，在大多數(shù)普通車床的數(shù)控改造中，電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往采用PLC提供控制信號(hào)，然后通過繼電器和專門電路實(shí)現(xiàn)換刀控制，或者采用單片機(jī)和繼電器實(shí)現(xiàn)換刀控制。上述方案，要么控制電路復(fù)雜，要么成本提高。本文介紹了以華中數(shù)控系統(tǒng)PLC為控制核心，以LDB4-6132型電動(dòng)刀架為控制對(duì)象的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床系統(tǒng)中電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)的電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、可靠性高，為車床系統(tǒng)改造中的自動(dòng)換刀問題提供了一種有效的解決途徑。

2 LDB4-6132型電動(dòng)刀架簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)選用的電動(dòng)刀架為常州市新南數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LDB4-6132型電動(dòng)刀架，LDB4系列電動(dòng)刀架采用國(guó)際先進(jìn)的三端齒精定位，蝸桿傳動(dòng)，螺紋升降夾緊的工作原理，具有轉(zhuǎn)位快、定位精度快、定位精度高、工作可靠、剛性好、密封性能好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)采用無(wú)觸點(diǎn)霍爾開光發(fā)訊，使用壽命長(zhǎng)，使用于C0625以上各種車床，是各機(jī)床廠及用戶優(yōu)先采用的定型產(chǎn)品。LDB4-6132電動(dòng)刀架外形如圖1所示，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 LDB4-6132電動(dòng)刀架外形圖

表1 技術(shù)參數(shù)

3 LDB4-6132型電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

LDB3-6132型電動(dòng)刀架的控制信號(hào)接線共有9根，其中VCC和GNC是霍爾元件的24V工作電源和接地端，Ll、L2、L3為刀架電機(jī)的三相驅(qū)動(dòng)電源輸入，改變?nèi)魏蝺筛娫淳€的連接順序，可改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。本電動(dòng)刀架共有四個(gè)刀位，分別標(biāo)識(shí)為1號(hào)工位、2號(hào)工位、3號(hào)工位、4號(hào)工位。每個(gè)刀位對(duì)應(yīng)一個(gè)刀位信號(hào)，T1~T4即位霍爾元件輸出的刀位信號(hào)。當(dāng)某一刀位運(yùn)動(dòng)經(jīng)過當(dāng)前刀位時(shí)，該刀位霍爾元件發(fā)出相應(yīng)的低電平有效信號(hào)。

本刀架控制系統(tǒng)PLC I/O分配表如表2所示，硬件接線圖如圖2所示，主電路如圖3所示。其中VCC和GND分別連接24V直流工作電源和地，刀位信號(hào)T1~T4直接接于PLC的X1~X4接口，主電路中380V交流電源經(jīng)過交流接觸器KM1與KM2至刀架電機(jī)的三相電源輸入端，用于控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)PLC內(nèi)的Y0線圈通電時(shí)，KM1線圈通電，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)Y1線圈通電時(shí)，KM2線圈通電，刀架反轉(zhuǎn)。

表2 PLC I/O分配表

圖3 主電路圖

系統(tǒng)換刀過程為：系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)，Y0線圈通電，導(dǎo)致KM1線圈通電，刀架正轉(zhuǎn)；通過蝸桿提升上齒盤至一定位置后，離合盤帶動(dòng)定位銷將刀位旋轉(zhuǎn)至所需刀位，信號(hào)盤上相應(yīng)霍爾元件檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)體電磁鐵，輸出相應(yīng)刀位信號(hào)至PLC，PLC檢測(cè)到相對(duì)應(yīng)刀位信號(hào)后，Y0線圈斷電，停止刀架正轉(zhuǎn)，同時(shí)Y1線圈通電，使刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷粗定位，上齒盤下降，齒牙盤嚙合，刀架定位鎖緊，精定位完成，Y1線圈斷電，電機(jī)停止反轉(zhuǎn)。

4 LDB4-6132型電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)既可由刀位選擇及刀位轉(zhuǎn)換按鈕實(shí)現(xiàn)換刀，也可以根據(jù)指令中給出的刀位號(hào)碼實(shí)現(xiàn)絕對(duì)換刀。電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。

軟件執(zhí)行過程為：換刀系統(tǒng)接受到換刀指令后，首先判斷是否為手動(dòng)按鈕換刀。如果是，再判斷選擇的刀號(hào)與當(dāng)前刀號(hào)是否一致，如果一致，放棄換刀指令信號(hào)，否則Y0線圈通電，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，電機(jī)正轉(zhuǎn)的同時(shí)，PLC不斷檢測(cè)所選擇的刀位與傳感器反饋回來的刀位信號(hào)是否一致，如果一致，Y0線圈斷電，電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，Y1線圈通電，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器（電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)間必須嚴(yán)格控制，時(shí)間過短，刀架無(wú)法鎖緊，時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載而燒毀，本系統(tǒng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)間為1S）。定時(shí)時(shí)間一到，Y1線圈斷電，電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，即完成手動(dòng)換刀。程控?fù)Q刀和手動(dòng)換刀的程序執(zhí)行流程基本相似，只是在換刀過程中，系統(tǒng)首先讀取刀號(hào)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的當(dāng)前刀位號(hào)，并將該存儲(chǔ)單元中的刀位信號(hào)與換刀指令給出的刀位號(hào)進(jìn)行比較。如果相同，則不需換刀，系統(tǒng)繼續(xù)向下執(zhí)行程序，如果當(dāng)前刀位號(hào)與換刀指令給出的刀位號(hào)不相同，則控制刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，并不斷檢測(cè)刀位到位信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到刀位到位信號(hào)后，PLC發(fā)出電機(jī)停止正轉(zhuǎn)信號(hào)及電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)，并延時(shí)，延時(shí)時(shí)間一到，停止反轉(zhuǎn)。即完成程控?fù)Q刀。

圖4 刀架控制系統(tǒng)軟件流程圖

5 結(jié)論

本文介紹了以三菱PLC為控制核心，以LDB4-6132型電動(dòng)刀架為控制對(duì)象的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床系統(tǒng)中電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便，可靠性高，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可用于車床數(shù)控化改造和數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)。在使用過程中，要注意以下幾點(diǎn)：

（1）該控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通用性，適用于任何以PLC為控制核心的數(shù)控車床系統(tǒng)。

（2）由于不同類型及型號(hào)的電動(dòng)刀架換刀時(shí)間與鎖緊時(shí)間略有差異，故系統(tǒng)若使用其他型號(hào)刀架，需調(diào)整電機(jī)反轉(zhuǎn)延時(shí)時(shí)間。

[1] 祝紅芳.PLC及其在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社，2007：205-211.

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[3] 馮寧.可編程控制器技術(shù)應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社，2009：191-203.

The Design and Implem entation of Electric Turret Control System for Economical CNC Lathe

LI Jie-hui，YING Ming-fu

（Department of Mechanical and Automation Engineering,Zhongzhou Insitute of Technology,Zhangzhou 363000,China）

This paper introduces the software&hardware design and realization method of electric turret control system for the economic numerical control lathes system,in which the control core is PLC and the control object LDB-6132 electric turret,The system has the merits such as simplicity in structure,convenient in installation,high reliability and low cost etc,and can be used for CNC control system reform and experiment development.

PLC；LDB4-6132 electric；turret control system design

2010－09－10

李捷輝(1980－),男,福建漳浦縣人,助教,工學(xué)學(xué)士。

TG659

A

1673-1417（2010）04-0001-04