蔡宗福

（安徽職業(yè)技術學院機械工程系，合肥 安徽 230011）

目前，我國機械制造業(yè)擁有相當數量的普通機床，其生產效率低、加工精度低、適應性差，不能加工復雜的零件。為了節(jié)約資金、降低成本，對原有普通機床進行數控化改造，是提高普通機床數控化率，解決上述矛盾的一種有效途徑。

在對普通車床的數控化改造中，換刀裝置的設計是一個必須解決的問題，在大多數普通車床的數控改造中，電動刀架控制系統(tǒng)的設計往往采用單片機提供控制信號，然后通過繼電器和專門電路實現換刀控制，或者采用PLC和繼電器實現換刀控制。本文介紹以SIEMENS S7-200 PLC控制CPU和六工位立式電動刀架為控制對象的經濟型數控車床系統(tǒng)中電動刀架控制系統(tǒng)的軟硬件設計與實現方法，設計的電動刀架控制系統(tǒng)電路簡單，可靠性高，為車床數控改造中的自動換刀問題提供了一種有效的解決途徑。

1 六工位立式電動刀架換刀原理

六工位立式電動回轉刀架的傳動，結構示意圖如圖1所示：

圖1 結構示意圖

2 六工位立式電動刀架下位機PLC換刀電氣控制

數控機床刀架是由機床PLC來進行控制，刀架的換刀過程實質就是通過PLC對控制刀架的所有I/O信號進行邏輯處理及計算。

2.1 電氣原理控制

電氣原理控制可以劃分為三個方面:電機、PLC、正反轉控制。電機電路是電動機正反轉的強電路，PLC控制電路是PLC輸入輸出來控制的電路。正反轉控制電路時用低壓繼電器控制強電路交流接觸器的電路。

2.2 PLC控制流程圖

電動刀架換刀有兩種模式，一種是手動換刀，另一種是通過T指令進行自動換刀。T指令換刀是直接通過編程刀號作為目的刀位進行換刀。

整個換刀動作的流程圖如圖2所示。

圖2 整個換刀動作的流程圖

2.3 PLC的程序設計

PLC程序部分包括換刀刀號或編程刀號的讀入、刀位判斷比較、正轉尋刀監(jiān)控及反轉鎖緊延時監(jiān)控等。

六個霍爾元件引出的接線分別代表一、二、三、四、五、六號刀位號，其對應PLC輸入為I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6。該霍爾元件是UGN3120, 采用24VDC供應電源。正常工作時刀架沒有到位該霍爾元件為截止狀態(tài)。當刀架到達位置時，霍爾片磁化，導通三極管，輸出為0V，但是PLC有效電平為高電平，為此需串聯(lián)一個PNP型三極管，使進入PLC的電壓為24VDC，輸入有效。

開關QS、SB1、SB2分別為自動/手動切換按鈕、手動換刀按鈕、急停按鈕。其中自動/手動切換按鈕是復合開關，即開關在自動狀態(tài)時，手動換刀按鈕無效。急停按鈕直接使輸出端復位，它和急停電路上的按鈕聯(lián)動（即同時動作）。連接Q0.1（正轉）、Q0.2（反轉）的引線是正反轉輸出端的互鎖接線腳，來它們控制正反控制電路，從而控制刀架電機正反轉，實現換刀過程。

2.4 上下位機的通訊程序設計

由于刀架電機換刀存在自動換刀，即當輸入T0101表示1號刀位，1號刀補，而對于四刀位自動刀架只需要輸入目標刀號是多少，至于刀補值暫不傳遞。本文用上位機控制控制該輸入，通過VB編寫的換刀界面來輸入換刀指令。PC機的RS232與PLC的RS485相連。接收指令啟動或結束接收信息功能。通過指定端口接收的信息存儲于數據緩沖區(qū)中。發(fā)送指令激活發(fā)送數據緩沖區(qū)。二者的數據格式如圖3所示。

圖3 發(fā)送、接收緩沖區(qū)數據格式

上位機用VB軟件編程。VB6．0把與串行通信有關的操作都封裝在Mscomm控件里，用戶只需設置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，就可以輕而易舉的實現串行通信。它的主要幾個參數見Mscomm屬性表。

表1 參數表

3 應用

本設計程序和數控系統(tǒng)配合應用于經濟型數控機床的刀架部分改造,其運行可靠性好,在調試中根據不同的刀架性能,配合數控系統(tǒng),可靈活地修改刀位數、正轉尋刀監(jiān)控時間、正轉找到刀位后的延遲時間、和反轉鎖緊監(jiān)控時間等,使刀架的運行效率高并穩(wěn)定可靠。另外，在上下位機通信的過程中需要加上校驗碼，這樣是為了傳輸數據的完整性，防止數據由于干擾等原因出現丟失或亂碼等錯誤，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定與安全。

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