蔡宗福

（安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，合肥 安徽 230011）

目前，我國機(jī)械制造業(yè)擁有相當(dāng)數(shù)量的普通機(jī)床，其生產(chǎn)效率低、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。

在對普通車床的數(shù)控化改造中，換刀裝置的設(shè)計(jì)是一個必須解決的問題，在大多數(shù)普通車床的數(shù)控改造中，電動刀架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往采用單片機(jī)提供控制信號，然后通過繼電器和專門電路實(shí)現(xiàn)換刀控制，或者采用PLC和繼電器實(shí)現(xiàn)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(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床系統(tǒng)中電動刀架控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)的電動刀架控制系統(tǒng)電路簡單，可靠性高，為車床數(shù)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(zhuǎn)刀架的傳動，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

2 六工位立式電動刀架下位機(jī)PLC換刀電氣控制

數(shù)控機(jī)床刀架是由機(jī)床PLC來進(jìn)行控制，刀架的換刀過程實(shí)質(zhì)就是通過PLC對控制刀架的所有I/O信號進(jìn)行邏輯處理及計(jì)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(jī)、PLC、正反轉(zhuǎn)控制。電機(jī)電路是電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的強(qiáng)電路，PLC控制電路是PLC輸入輸出來控制的電路。正反轉(zhuǎn)控制電路時(shí)用低壓繼電器控制強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(shè)計(jì)

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(zhuǎn)尋刀監(jiān)控及反轉(zhuǎn)鎖緊延時(shí)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(yīng)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(yīng)電源。正常工作時(shí)刀架沒有到位該霍爾元件為截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)?shù)都艿竭_(dá)位置時(shí)，霍爾片磁化，導(dǎo)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(jìn)入PLC的電壓為24VDC，輸入有效。

開關(guān)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(fù)合開關(guān)，即開關(guān)在自動狀態(tài)時(shí)，手動換刀按鈕無效。急停按鈕直接使輸出端復(fù)位，它和急停電路上的按鈕聯(lián)動（即同時(shí)動作）。連接Q0.1（正轉(zhuǎn)）、Q0.2（反轉(zhuǎn)）的引線是正反轉(zhuǎn)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(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)換刀過程。

2.4 上下位機(jī)的通訊程序設(shè)計(jì)

由于刀架電機(jī)換刀存在自動換刀，即當(dāng)輸入T0101表示1號刀位，1號刀補(bǔ)，而對于四刀位自動刀架只需要輸入目標(biāo)刀號是多少，至于刀補(bǔ)值暫不傳遞。本文用上位機(jī)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(jī)的RS232與PLC的RS485相連。接收指令啟動或結(jié)束接收信息功能。通過指定端口接收的信息存儲于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。發(fā)送指令激活發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。二者的數(shù)據(jù)格式如圖3所示。

圖3 發(fā)送、接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)格式

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

表1 參數(shù)表

3 應(yīng)用

本設(shè)計(jì)程序和數(shù)控系統(tǒng)配合應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的刀架部分改造,其運(yùn)行可靠性好,在調(diào)試中根據(jù)不同的刀架性能,配合數(shù)控系統(tǒng),可靈活地修改刀位數(shù)、正轉(zhuǎn)尋刀監(jiān)控時(shí)間、正轉(zhuǎn)找到刀位后的延遲時(shí)間、和反轉(zhuǎn)鎖緊監(jiān)控時(shí)間等,使刀架的運(yùn)行效率高并穩(wěn)定可靠。另外，在上下位機(jī)通信的過程中需要加上校驗(yàn)碼，這樣是為了傳輸數(shù)據(jù)的完整性，防止數(shù)據(jù)由于干擾等原因出現(xiàn)丟失或亂碼等錯誤，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定與安全。

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