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加工中心斗笠式刀庫自動換刀控制系統如何運用PMAC

引言
可編程多軸運動控制器( Programmable   Multi-Axis
Controller，PMAC) 是由 Delta Tau 公司設計制造的低成本、高精度的多軸運動控制器，是工業領域最常用的運動控制器之一，廣泛應用于各數控系統中。本文基于 PMAC 的 VNCZT-545 加工中心的刀庫采用的是由
10 把刀組成的斗笠式刀庫，該刀庫主要由三相異步電動機、限位開關、氣缸和刀盤等組成［1］。換刀時，根據目標刀具號和當前刀具號的差值判斷刀庫電動機正反轉，實現就近找刀［2］; 通過氣缸裝置使刀庫伸出或縮回，與主軸相配合進行換刀，由氣動打刀缸來實現主軸的抓刀和松刀; 在刀庫上設有刀具計數開關，刀庫每轉過一個刀位，便產生一個脈沖信號，根據脈沖信號的個數判斷刀庫轉過幾個刀位，以此實現刀庫準停［3］。該刀庫采用固定刀位管理，刀套的編號即是刀具的號碼。
1   斗笠式刀庫自動換刀過程
斗笠式刀庫換刀時，首先比較刀庫中當前刀具號是否與主軸刀具號一致，若不一致，先旋轉刀庫，使整個刀庫向主軸方向平行移動，取下主軸上原刀具，當主軸上的原刀具進入刀庫的卡槽時，主軸向上移動脫開刀具，主軸移動到安全位置后，這時刀庫轉動，當目標刀具對正主軸正下方時，主軸下移，使刀具進入主軸錐孔內，刀具夾緊后，刀庫退回遠離主軸位置，換刀過程結束［9］; 若當前刀具號與主軸刀具號一致，則換刀過程結束［9］。圖 1 所示為斗笠式刀庫換刀過程動作圖。刀庫具體換刀動作過程如下。
步驟 1: 刀庫控制系統進行初始化。刀庫的 1 號刀位應該停在刀庫的換刀位置上，如果刀庫沒有零點檢測信號，需要首先用手動方式將刀盤轉到 1   號刀位位置，然后才能執行初始化命令。初始化后刀盤停在
1   號刀位置上且不裝刀，刀盤其他位置裝刀，主軸裝 1
號刀，將主軸刀具號設置為 1，PLC 刀庫計數器直接置
1。在不發生亂刀、刀盤旋轉至當前主軸刀具號中斷和刀盤旋轉至目標刀具號中斷的時候，只需初始化一次即可。
刀庫處于初始位置如圖 1a 所示，此時刀庫遠離主軸。刀庫氣缸的磁性接近開關 A 閉合后發送信號到數控機床的 PLC 中，對刀庫狀態確認無誤后，將每個步驟存儲在一個中間變量 P 中，令 P = 1。
步驟 2: 數控系統接到換刀指令之后，將發給 PLC一個內部信號，啟動自動換刀程序。對指令中的目標刀具號和當前主軸刀具號進行比較，如果一致，直接發出換刀完成信號; 如果不一致，啟動換刀程序，進入步驟 3，中間變量 P = 2。
步驟 3: Z 軸運動到第一參考點位置如圖 1c 所示 ( Z 軸脫離刀柄的安全位置，一般為 Z 軸的第一參考點位置) ，同時主軸準停，中間變量 P = 3［4］。
步驟 4: 判斷主軸有沒有刀。若沒刀，則刀庫不用進行取刀過程，可直接進入換取新刀過程，中間變量P = 4，跳轉到步驟 5 執行換取新刀程序; 若主軸有刀，則要先取下舊刀再更換新刀，中間變量P = 5，跳轉到步驟 4． 1 執行取下舊刀程序。
步驟 4． 1: 主軸有刀時，需要進一步判斷當前主軸刀具號與當前刀具號是否相同，若不相同，調用刀庫就近換刀子程序，命令刀盤旋轉如圖 1d 所示，直到當前主軸刀具號與當前刀具號相同，刀盤停止旋轉，中間變量 P = 6。
步驟 4． 2 : Z 軸運動到第二參考點位置如圖 1e 所示( 主軸和刀卡槽配合好的位置) ，將當前主軸上的刀具退回到刀庫中對應的刀位上［5］，中間變量 P = 7。
步驟 4． 3: 刀庫整體前進到換刀位置如圖 1b 所示，到位后刀庫氣缸的磁性接近開關 B 閉合后發送信號到數控機床的 PLC 中，對刀庫狀態確認無誤后，中間變量 P = 8。
步驟 4． 4: 刀庫抓刀確認后，主軸上的打刀缸電磁閥通電，主軸吹氣松刀。主軸松刀后打刀缸伸出限位開關 C 閉合后發送信號到數控機床的 PLC 中，確認本步動作執行完成，允許下一步動作開始，中間變量 P = 9。
步驟 4． 5: Z 軸運動到第一參考點位置如圖 1c 所示。中間變量 P = 10，跳轉到步驟 6 繼續執行換取新刀程序。
步驟 5: 主軸無刀時，刀庫整體前進到換刀位置如圖 1b 所示，到位后刀庫氣缸的磁性接近開關 B 閉合后發送信號到數控機床的 PLC 中，對刀庫狀態確認無誤后，中間變量 P = 11。
步驟 6: 調用刀庫就近換刀子程序，刀盤旋轉如圖1d 所示，中間變量 P = 12。
步驟 7: Z 軸運動到第二參考點位置，如圖 1e 所示，氣動打刀缸電磁閥斷電，主軸抓刀。主軸抓刀后打刀缸收回限位開關 D 閉合后發送信號到數控機床的 PLC 中，中間變量 P = 13。
步驟 8: 刀庫整體后退到初始位置，如圖 1f 所示，到位后刀庫氣缸的磁性接近開關 A 閉合后發送信號到數控機床的 PLC 中，對刀庫狀態確認無誤后，中間變量 P = 14。
步驟 9: Z 軸運動到第一參考點位置，如圖 1c 所示，換刀結束，主軸定位解除，向數控系統發送換刀完成信號［5］，中間變量 P = 0。

圖 1    斗笠式刀庫換刀過程動作圖
編程方法的重點是將刀庫換刀的動作進行分步［6］。每個步驟存儲在一個中間變量 P 中，刀庫換刀時，每一個動作正確完成后，中間變量 P 的值都會改變，成為下一個動作啟動的必要條件，整個換刀動作完成以后將中間變量 P 置零，下一個換刀命令到來后又從步驟 1 開始執行。這樣不僅使 PLC 程序簡單、直觀，還能避免信號之間的互相干擾，保證了刀庫換刀的安全可靠，并可對每一個動作的執行情況進行監控，避免出現事故［7］。

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3 結語
本文研發了一種基于 PMAC 運動控制器構成的開放式數控系統，以常用加工中心斗笠式刀庫自動換刀系統為例，對刀庫控制系統進行了分析研究。該刀庫控制方法簡單，巧妙利用“中間變量”使 PLC 程序的編寫達到事半功倍的效果，方便調試及維修，編制的的控制程序已在 VNCZT-545 加工中心上應用，換刀動作準確，可靠。

標簽：加工中心

分類：加工中心

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