基于西門子系統(tǒng)的液壓刀架PLC控制研究

雷楠南

（三門峽職業(yè)技術學院 ， 河南 三門峽 472000）

一、引言

數(shù)控車床換刀裝置根據(jù)控制原理分為電動刀架、液壓刀架、電、液組合驅動刀架、伺服驅動刀架幾種[1]94-96。其中，電動刀架和液壓刀架應用最為廣泛，電動刀架和液壓刀架分別應用在普通數(shù)控車床和中、高端數(shù)控車床上。液壓刀架相比較電動刀架，其優(yōu)點是控制的刀具數(shù)量多、換刀過程轉位速度快、轉位平穩(wěn)[2]164-166，主要應用于中、高端的大型數(shù)控車床上。在數(shù)控車床上實現(xiàn)液壓刀架的PLC控制相比普通電動刀架較復雜[3]5-6，表現(xiàn)在刀架的雙向就近選擇轉位方向，本文主要基于西門子系統(tǒng)廠家提供的換刀控制SBR47子程序，來研究西門子系統(tǒng)數(shù)控車床上液壓刀架的PLC控制實現(xiàn)方法。

二、液壓刀架捷徑選擇PLC控制

數(shù)控機床液壓刀架主要應用于各類中高檔數(shù)控車床，其特點是具有編碼器刀位檢測信號、能夠雙向就近換刀，換刀效率較高[4]231-232。在西門子系統(tǒng)數(shù)控車床上，對液壓刀架的控制主要是基于子程序SBR47(TURRET2)來實現(xiàn)換刀控制[5]168-169，同時在該子程序中又調(diào)用了刀架轉向的捷徑選擇子程序SBR48來實現(xiàn)轉向的捷徑選擇控制[6]。此處，主要介紹捷徑選擇子程序功能如圖1所示。在圖1所示子程序中，輸入信號如下：Tmax為刀架或刀庫的最大刀位數(shù)；Pnum為編程刀具號；Pcurr為刀架或刀庫當前位置。輸出信號有：P_INDXo為預停刀位，即在就近找刀方向上，目標刀位的前一個刀位；DIR為換刀方向，若DIR信號為“1”，表示刀架正轉（CW）；DIR信號為“0 ”，表示刀架反轉（CCW）。

圖1 刀架捷徑選擇控制子程序SBR48

與普通的電動刀架換刀控制相比較，液壓刀架控制的特點是能夠判斷出就近找刀的方向，從而快速換刀。而捷徑選擇控制子程序SBR48的功能便是用來判斷出就近找刀的方向以及預停刀位（既在就近方向上，目標刀具的前一個刀位）。判斷的條件是刀架或刀庫的最大刀位數(shù)和編程的刀具號。該子程序可以用于車床的刀架或加工中心刀庫的就近找刀控制，刀架或刀庫的刀位數(shù)范圍為2～64。

為進一步說明刀架轉向及預停刀位的判斷方法，以圖2所示刀架轉向及預停刀位判別來舉例。如當前刀位為7，目標刀位為2，由圖2可知刀架反轉時可快速旋轉至2號刀位；在反轉接近目標刀位方向上，目標刀具的前一個刀位為1號刀位，故預停刀位為1號刀位。再舉例如當前刀位為7，目標刀位為5，由圖2可知刀架正轉時可快速旋轉至5號刀位；在正轉接近目標刀位方向上，目標刀具的前一個刀位為6號刀位，故預停刀位為6號刀位。

圖2 刀架轉向示意圖

三、西門子系統(tǒng)液壓刀架PLC控制

（一）自動換刀控制PLC程序實現(xiàn)

液壓刀架在換刀前，應先作刀架初始化程序處理如圖3所示。其中，LD0中存儲最大刀位數(shù)，V31000000.0、V31000000.1分別為自動AUTO方式與MDA工作方式生效信號，V27000000.1為急停信號。系統(tǒng)執(zhí)行換刀子程序時，先利用系統(tǒng)標志位SM0.0信號接通ADD_DI雙整數(shù)相加功能指令，將最大刀位數(shù)LD0加1傳送給LD8；然后復位刀架正、反轉信號L7.1、L7.2及刀架鎖緊信號L7.3。因為液壓刀架可控制2～64把刀具，所以利用比較指令來判斷LD0是否在2～64范圍內(nèi)，若不在可控制范圍，便可利用RET指令直接結束換刀子程序。此外，當系統(tǒng)處于急停、或在自動和MDA方式下進行程序測試時，也可利用RET指令直接結束換刀子程序。

圖3 刀架初始化處理程序

圖4 讀入當前刀位控制程序

如圖4所示為讀入當前刀位控制PLC程序，在執(zhí)行換刀子程序時，利用換刀選通信號L6.5接通功能指令WAND_B與MOV_DW，將當前刀位數(shù)值存儲于VD14000064。

圖5 自動換刀時刀架轉向判斷程序

因為液壓刀架上刀具數(shù)量較多，所以為便于快速找到目標刀具，在換刀時刀架的轉向可通過捷徑選擇來確定刀架的轉向，使刀架快速地旋轉到目標刀位。如圖5所示為自動換刀時刀架轉向判斷PLC程序，其中MD160中存儲捷徑選擇時的預停刀位，MD164中存儲目標刀位。在自動或MDA工作方式下進行自動換刀時，首先V31000000.0或V31000000.1信號生效，即觸點接通；若編程T代碼數(shù)值大于最大刀位數(shù)，即VD25002000數(shù)值大于LD8中的數(shù)值，則利用RET指令結束該子程序；或者當編程T代碼數(shù)值等于當前刀位，即VD25002000數(shù)值等于VD14000064中的數(shù)值時，亦可利用RET指令結束該子程序；反之，利用MOV_DW功能指令將VD25002000數(shù)值傳送給MD164。

在調(diào)用捷徑選擇子程序進行刀架轉動方向判別時，M168.0為就近換刀方向信號,輸出“1”信號時，刀架正向（CW）轉動；輸出“0”信號時，刀架反向（CCW）轉動。因此，當M168.0輸出“1”信號時，利用置位指令使刀架正轉信號M156.0線圈接通，同時復位刀架反轉信號M156.1線圈。反之，若M168.0輸出“0”信號時，則利用置位指令使刀架反轉信號M156.1線圈接通，同時復位刀架正轉信號M156.0線圈。在刀架旋轉換刀時，為保證機床運行安全，應利用CNC系統(tǒng)中的“讀入禁止使能”信號V32000006.1禁止加工程序的執(zhí)行，所以可利用置位指令接通V32000006.1線圈。

（二）手動換刀控制PLC程序實現(xiàn)

在數(shù)控機床上，通過手動方式選擇相應刀具在某些場合應用較多。如圖6所示為手動換刀方式刀架轉向判別控制PLC程序，其中V31000000.2為手動JOG工作方式生效信號；L7.0為機床MCP面板上的手動換刀按鍵信號。在機床處于手動工作方式下，按下機床操作面板上的換刀按鍵時，利用L7.0接通時的上升沿信號使M168.0和M168.1線圈置位為“1”。因為M168.0輸出“1”信號時，刀架正向（CW）轉動，所以手動換刀時刀架只能正向轉動。M168.1線圈為“1”信號時，表示刀架找刀完畢到位信號。接著，利用雙整數(shù)相加功能指令，使當前刀位VD14000064中的數(shù)值加1，并存儲于MD164中。由程序可知，手動換刀時，MD164中的數(shù)值只能從1增大到最大刀位數(shù)值，所以當MD164中的數(shù)值大于最大刀位數(shù)，即MD164大于LD8時，刀具應重新從刀具1開始計數(shù)。因此，當MD164中的數(shù)值大于最大刀位數(shù)LD8時，程序中利用MOV_DW功能指令將數(shù)值1傳送給MD164。

圖6 手動換刀時刀架轉向判斷程序

（三）刀架轉向控制PLC程序實現(xiàn)

圖7 刀架位置控制PLC程序

如圖7所示為刀架位置控制PLC程序，M168.1為刀架找刀完畢到位信號，在該信號觸點接通情況下，手動換刀時利用圖中第一行程序控制刀架正轉換刀。M168.2為刀架鎖緊命令信號，當?shù)都苄D經(jīng)過預停刀位時，利用刀架預停傳感器信號L6.7的下降沿復位刀架正、反轉信號M156.0或M156.1線圈，同時置位M168.2線圈、發(fā)出刀架鎖緊命令；接著，若刀架正轉，則利用M168.0觸點接通并置位刀架反轉信號M156.1線圈；反之，接通并置位刀架正轉信號M156.0線圈，同時利用定時器T28控制其鎖緊時間。M168.3為刀架電磁鐵鎖緊信號，在當前刀位VD14000064數(shù)值等于目標刀位數(shù)值MD164時，利用選通位L6.5的下降沿信號接通并置位M168.3線圈，發(fā)出刀架電磁鐵鎖緊命令。

四、結語

液壓刀架主要應用于中高端數(shù)控車床如斜床身數(shù)控車床上，研究換刀控制的前提是弄清楚刀架工作原理。在實現(xiàn)刀架控制時，基于西門子系統(tǒng)換刀控制子程序SBR47進行修改使用可有效地提高編程效率。此外，要特別注意捷徑選擇子程序SBR48的調(diào)用。文中限于篇幅，未能詳細介紹捷徑子程序的具體內(nèi)容；對于大部分編程人員而言，只需弄清楚子程序輸入、輸出變量含義，在編制主程序時正確調(diào)用子程序即可實現(xiàn)相應功能。西門子數(shù)控系統(tǒng)PLC控制的優(yōu)勢在于廠家為用戶提供了豐富的子程序，因此在編程時建議大家基于子程序進行修改使用，實現(xiàn)機床相應控制功能。