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    數控加工中心刀庫控制PLC設計及編程技巧

     
      PLC是數控加工中心正常運行的軟件核心,一個完善的PLC程序不僅能使數控加工中心正常運行,還要讓人看起來一目了然,既為自己調試提供方便,還能幫助維修人員查找故障和分析原因。
      
    一、數控加工中心刀庫控制PLC設計
      
      1 控制要求
      
      數控加工中心刀具庫由六種刀具組成,按鈕SB1-SB6分別為六種刀具選擇按鈕;ST1~ST6為刀具到位行程開關,由霍爾元件構成。
      
      1.1 初始狀態時,PLC記錄當前刀號。
      
      1.2 當按下按鈕SB1~SB6中的任何一個時,PLC記錄該刀號,然后刀盤按照離請求刀號*近的方向轉動。轉盤轉動到達刀具位置時,到位指示燈發亮,機械手開始換刀,且換刀指示燈閃爍。5 S后換刀結束。
      
      1.3 換刀過程中,其它換刀請求信號均無效。換刀完畢,記錄當前刀號,等待下一次換刀請求。
      
      2 程序設計
      
      2.1 數控加工中心刀庫選擇PLC控制輸入、輸出地址見表1。
      
      PLC控制輸入、輸出地址表
      
      2.2 數控加工中心刀庫選擇PLC控制接線圖如圖1。
      
      PLC控制接線圖
      
      圖1 PLC控制接線圖
      
      2.3 根據控制要求,數控加工中心刀庫選擇PLC控制梯形圖如圖2。
      
      數控加工中心刀庫選擇PLC控制梯形圖
      
      圖2 PLC控制梯形圖
      
      3 程序說明
      
      3.1當1號刀具處在機械手的位置時,霍爾元件動作,即ST1動作,梯形圖中X11閉合,將K1傳人數據寄存器D0中;當2號刀具處在機械手的位置時,霍爾元件動作,即ST2動作,梯形圖中X12閉合,將K2傳人數據寄存器D0中。以此類推,記錄當前的刀具號。
      
      3.2 當請求選擇1號刀具時,按下請求刀具按鈕SB1,將K1傳人數據寄存器D1中,同時使M5置位,其它請求信號無效;同理,當請求選擇2號刀具時,按下請求刀具按鈕SB2,將K2傳人數據寄存器D1中,同時使M5置位,其它請求信號無效。以此類推,記錄當前請求的刀具號。
      
      3.3 M5置位后,比較指令使得
      
      3.3.1 如果數據寄存器D0>D1,則M0閉合,執行減法運算D0-D1,運算結果存人D3中,然后將D3進行比較。若D3>K3,則刀具盤離請求刀號逆轉方向*近,M10閉合,使得M18閉合,繼而Y2、Y3閉合,電動機帶動刀具盤逆轉;若D3=K3,則刀具盤離請求刀號順轉方向*近,M11閉合,使得M19閉合,繼而Y2閉合,電動機帶動刀具盤順轉;同理,若D3<K3,則電動機帶動刀具盤順轉。
      
      3.3.2 如果數據寄存器DO=D1,則M1閉合,使得Y0閉合,到位指示燈亮,Y0常開觸點閉合,機械手開始換刀,且Y1驅動換刀指示燈閃爍。經過5S后,T1動作,M5復位,換刀結束。
      
      3.3.3 當D0<D1時,M2閉合,M2常開觸點閉合。由于DO<D1,直接相減是一個負數,結果出錯,因而將D0加上刀具總數后減去D1,將得出的數據進行比較。重復以上過程,使得D0=D1,機械手進行換刀操作。
      
    二、數控加工中心機械手換刀PLC編程技巧
      
      首先簡單介紹一下刀具交換裝置的基本情況,刀庫是可正反向旋轉的鏈式刀庫、裝在刀具交換裝置上的機械手用15個步驟將刀庫中的刀具交換到主軸,并將主軸刀具還回刀庫對應的刀套中。為盡量縮短換刀時間,我們采用刀具預選與零件加工同時進行的方式來壓縮換刀時間。機械手動作順序如下:
      
      步驟 1:平移縮回,抓刀庫中預選的刀具:步驟2:拔刀伸出,拔出刀套中的刀具:步驟3:平移伸出,離開刀庫側抓刀位置:步驟4:拔刀縮回,機械手縮回:步驟 5:搖臂伸出,搖臂轉向主軸側:步驟6:平移伸出,抓主軸刀具:步驟7:拔刀伸出,拔出主軸中的刀具:步驟8:換刀正轉或反轉,刀具交換:步驟9:拔刀縮回,將預選刀具插入主軸:步驟10:平移縮回,機械手離開主軸:步驟11:搖臂縮回,搖臂轉向刀庫側:步驟12:拔刀伸出,準備將主軸刀具送回刀庫:步驟 13:平移縮回,機械手移向刀庫:步驟14:拔刀縮回,將主軸刀具插入刀庫:步驟15:平移伸出,離開刀庫側抓刀位置。
      
      以上15個步驟可分為如下4個階段:
      
      第1階段:抓新刀。Txx代碼控制刀庫按就近方向轉動到編程刀具所在的位置,到位且有刀庫定位I信號后啟動機械手,經過步驟1→步驟2→步驟3→步驟4,將編程刀具抓在手上等待換刀。
      
      第2 階段:換刀。M06啟動換刀固定循環“TOOL”。“TOOL”控制各坐標移動到換刀位置,并用M90通知PLC啟動換刀,PLC用M90信號請求NC “讀入禁止”并啟動機械手換刀步驟5→步驟6→步驟7→步驟8→步驟9→步驟10→步驟11,同時用步驟5的到位信號控制刀庫轉到主軸刀號的位置。
      
      第3階段:還刀。步驟5啟動的刀庫旋轉停止且有刀庫定位I信號后,啟動機械手步驟12→步驟13→步驟14→步驟15,將主軸刀具還到刀庫中并將記憶主軸刀號的存儲器*新。步驟11完成后,取消“讀入禁止”,激活刀具參數,加工程序和機械手還同時進行。
      
      第4 階段:抓預選新刀。在M06的下一段緊跟下道工序要用的刀具號Txx,刀庫在完成還刀動作后可在零件加工的同時啟動機械手步驟1→步驟2→步驟3→步驟 4,將下道工序所用的刀具預選抓到機械手上,等待M06啟動后面的換刀動作,這樣大大縮短了刀具交換的時間,提高了工作效率。
      
      注意事項:
      
      Txx和M06不能編在同一程序段內:
      
      在固定循環TOOL中,所有位移程序段應加G153(段有效)取消基本偏移:
      
      三個換刀過程:①裝刀:主軸無刀,Txx/M06直接安裝編程刀具:②換刀:主軸有刀,交換編程刀具和主軸刀具:③還刀:主軸有刀,編程T0,將主軸刀具還回刀庫。
      
      主軸準停角度利用PLC浮點參數MD14514[0]:$MN_USER_DATA_FLOAT[0]
      
      本編程方法的核心是將機械手動作按時序分成共15個步驟。“步驟”存儲在一個中間的變量中,該中間變量點占一個字節,每個“步驟”完成后將中間變量的值修改為下一個“步驟”,而整個步驟全部完成后將中間變量置為零,下一個換刀指令到來后又從步驟1開始執行。這樣不僅使PLC程序簡單、直觀,而且由于“步驟” 是唯一的,這樣就能避免信號之間的互相干擾,編程人員再也不用絞盡腦汁來為每一個輸出信號加各種限制條件,巧妙利用“變量”達到事半功倍的效果。加工程序和PLC程序關系見下圖。
      
     數控加工中心加工程序和PLC程序關系
      
      此外,數控加工中心刀庫運轉、托盤交換等也可以用這種方法來編程。

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