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目录摘要...............................................................................................................................................2引言...............................................................................................................................................21、电动刀架的控制原理.............................................................................................................41．1、电动刀架结构...................................................................................................................41．2、电动刀架的控制工作程序...............................................................................................51．3、操作流程图.......................................................................................................................61．4、运行信号波形图及说明...................................................................................................72、PLC控制系统的确定及线路设计.......................................................................................102．1、电动刀架对PLC装置的要求........................................................................................102．2、PLC控制软件的结构.....................................................................................................102．3、PLCI/O地址分配.....................................................................................................103、PLC程序...............................................................................................................................134、PLC程序控制说明：...........................................................................................................144．1、信号的处理.....................................................................................................................234．2、自动控制过程.................................................................................................................234．3、手动控制过程.................................................................................................................264．4、刀架选刀过程中的故障处理.........................................................................................275、结束语...................................................................................................................................29电动刀架的PLC控制摘要本文以日本FANUC数控系统内置PLC控制意大利Baruffaldi公司的12工位电动刀架为例，介绍多工位电动刀架通过FANUC数控系统中的逻辑电路（PLC）来选择刀具位置，并通过判断回转方向，实现最短路径选刀，以缩短转位时间，提高换刀速度。保证零件通过一次装夹自动完成车削外圆、端面、圆弧、螺纹和镗孔、切槽、切断等加工工序。关键词：PLC，转位符合，最短路径，逻辑互锁引言随着汽车、航空航天工业的发展，铝合金和其他新材料的应用日益广泛，对高效、高性能和高速加工的需求越来越强劲。21世纪世界机床工业正在日新月异、蓬勃发展的时刻，机床的高速化水平不断提高，主轴转速、进给移动速度、和辅助运动速度以达到新的水平。数控机床是一种灵活、高效能的自动化机床，较好地解决了复杂、精密、小批、多变零件的自动化加工问题。在零件的加工制造过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸、测量和搬运零件等非切削时间上，切削加工时间仅占整个工时中较小的比例。为进一步提高数控机床的加工效率，数控机床向着工件在一台机床装卡完成多道工序或全部工序的方向发展。因此，带有自动换刀装置的数控机床得以迅速发展。在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。由于液压对环境的污染以及系统笨重、效率低等原因，电动刀架的发展正在逐步取代传统的液压刀架刀架。并通过PLC合理地控制，在NC机床上得到了应用，换刀时间缩短了1/5，性能良好，工作稳定可靠。1、电动刀架的控制原理1．1、电动刀架结构1-电机2-电机齿轮3-齿轮4-行星齿轮5-驱动齿轮6-滚轮架端齿7-沟槽8-滚轮架9-滚轮10-双联齿轮11-主轴12-弹簧13-插销14-动齿盘15-定齿盘16-箱体17-电磁铁18-预分度接近开关19-锁紧接近开关20-蝶形弹簧21-角度编码器22-后盖23-空套齿轮1．2、电动刀架的控制工作程序该刀架采用三联齿盘作为分度定位元件。由电机驱动后，通过一对齿轮和一套行星轮系进行分度传动。工作程序为：PLC控制系统发出转位信号后，刀架上的电机制动器松开，电源接通，电机开始工作，通过齿轮2、3带动行星轮系4旋转，这时小齿轮5为定齿轮，由于与行星轮4啮合的齿轮5、23齿数不同，行星轮4带动空套齿轮23旋转，空套齿轮带动滚轮架8转过预置角度，使端齿盘后面的端面凸轮松开，端齿盘向后移动脱开端齿啮合，滚轮架8受到端齿盘后端面键槽的限制停止转动，这时空套齿轮23成为定齿轮，行星齿轮4通过齿轮5带动主轴11旋转，实现转位分度，当主轴转到预选位置时，角度编码器21发出信号，电磁铁17向下将插销13压入主轴11的凹槽中，主轴11停止转动，预分度接近开关18给电机发出信号，电机开始反向旋转。通过齿轮2与3，行星齿轮4和空套齿轮23，带动滚轮架8反转，滚轮压紧凸轮，使端齿盘向前移动，端齿盘重新啮合，这时锁紧接近开关19发出信号，切断电机电源，制动器通电刹紧电机，电磁铁断电，插销13被弹簧弹回，转位工作结束，主机可以开始工作。1．3、操作流程图电机停止转位时间过长报警刀架选刀结束检测位置，确认锁紧接近开关为高电平延时200ms后预分度电磁铁失电电机制动装置抱紧高电机停止低锁紧接近开关高电平识别停50ms后电机反转电机停止高低预分度接近开关高电平识别预定位电磁铁供电到不到到否前一工位选通信号下降沿目标电机反转电机正转顺时逆时方向选择不符合符合电机制动装置打开目标位与当前位选刀指令1．4、运行信号波形图及说明（1）运行信号波形图10011001101100110011001t1t2工位2(起动)工位11(锁住)允许延迟=60mst1=50mst2=200mst2t1工位2(锁住)1工位1(起动)CCWCW6三相电机01105制动装置4预分度电磁铁013锁紧接近开关2预分度接近开关1001100110011001选通奇偶1232°2221编码器输出（2）编码器真值表工位数12345678910111220101010101110210110011000102200011110000123000000011111选通111111111111奇偶校验110100110010（3）刀架电器部件分布图1-电机2-温控开关3-制动装置电磁铁4-预分度电磁铁5-预分度接近开关6-锁紧接近开关7-编码器（4）运行过程说明运行信号波形图画除了刀架顺时针方向由未知1到位置2和逆时针方向由位置2到位置11旋转所遵循的顺序。刀架转位必须先松开制动装置，然后才能给电机供电，按选择方向旋转。当编码器前一工位的选通信号下降沿到达时，则预分度电磁铁立即供电（选通信号下降沿到达至电磁铁供电最大延迟须小于60ms）。电磁铁得电后，待预定位电磁铁插销插入主轴等分键槽内，回转被迫停止，预分度接近开关发出信号（由“0”上跳为“1”），PLC收到此信号后，使电机立即停止，以50ms暂停后，电机反向旋转使刀架锁紧定位。刀架锁紧定位后，锁紧接近开关输出有“0”跳变到“1”。该信号发出立即使电机停止，制动装置线圈得电（锁紧接近开关发出信号至电机停止，制动最大延迟小于60ms）。锁紧开关发出锁紧信号后，PLC控制系统应进行位置检测，以发出允许刀架进行切削加工工件的指令。200ms后预分度电磁铁断电。＊特别注意：1）要求预分度电磁铁、制动线圈配置但当电源（容量不小于100VA）；编码器、传感器要求使用系统电源，且与系统之间连接不能由中间继电器。2）刀架电机的保护：①刀架转位过程中，一定时间（约6秒）内找不到工位时，电机断电；②预分度电磁铁通电1.5秒后，如果见不到预分度传感器信号，应立即给电机断电；③刀架电机反转锁紧过程中，2秒钟之内见不到锁紧传感器信号，应立即给电机断电。3）如果刀架在转位过程中电控部分故障急停，再次启动时必须沿停止前的运动方向重新开始。2、PLC控制系统的确定及线路设计2．1、电动刀架对PLC装置的要求①定时器最小设定单位：48ms。②时间响应快,控制精度高,可靠性好。2．2、PLC控制软件的结构FANUC0i数控系统配有内装的PLC，在CRT上可以动态显示PLC程序并实时监测运行状态。程序中用到的地址有R（内部继电器）、A（报警信息请求）、T（定时器）、C（计数器）、K（保持继电器）、D（数据表）、F（CNC-PLC）、G（PLC-CNC）、X（PLC输入信号）、Y（PLC输出信号）2．3、PLCI/O地址分配（1）输入信号设有：自动状态按钮SB1（X40.0）；手动状态按钮SB2（X42.5）；手动选刀按钮SB3（X44.4）；急停按钮SB4（X8.4）；编码器信号20（X5.0）