0 引言

　　經濟型數控車床都配有電動回轉刀架，回轉刀架除了必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工的切削力和定位精度外，同時通過數控系統內置PLC或獨立PLC和控制電路完成回轉刀架的自動回轉及找刀定位的全部動作，所以自動回轉刀架的PLC程序設計對刀架的運行效率和穩定性具有重要的作用。

1 電動回轉刀架工作過程

　　電動刀架一般有四工位或六工位，由電動機、機械換刀機構、發訊盤等組成，當系統發出換刀信號，刀架電機正轉，通過減速機構和升降機構將上刀體上升至一定位置，離合盤起作用，帶動上刀體旋轉到所選擇刀位，發訊盤發出刀位到位信號，刀架電機反轉，完成初定位后上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精確定位，并通過升降機構鎖緊刀架。

2 控制系統設計

　　刀架的換刀過程通過PLC對控制刀架的所有I／O信號進行邏輯處理及計算，實現刀架的順序控制，另外為了保證換刀能夠正確進行，系統還要設置一些相應的系統參數來對換刀過程進行調整。本設計采用西門子S7—200編程軟件進行程序設計。

　　2.1 控制電路硬件接線圖

　　刀架電氣控制部分如圖1所示。圖1中的(a)是刀架控制的主電路，主要是通過控制刀架電機的正轉和反轉來控制刀架的正轉和反轉；圖(b)是刀架控制的PLC輸入輸出控制回路。每把刀具都有一固定刀號，通過霍爾開關(一般為NPN型，因此我們在接入PNP型PLC時要并接一電阻)進行到位檢測。

 圖

1刀架控制原理圖

　　2.2 PLC控制流程圖

　　數控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。手動換刀是指將機床調至手動狀態，通過刀位選擇按鍵進行目的刀位選擇，有的系統是利用波段開關的形式進行實現，有的系統是利用記數的形式來實現，比如說通過檢測刀位選擇信號的狀態，如果按下刀位選擇按鍵，計數器的數值會發生改變，系統選擇也會發生相應的改變。也可以采用單鍵換刀，一個短促的按鍵可以換下一個刀位。T指令換刀是直接通過編程刀號作為目的刀位進行換刀。刀架電機順時針旋轉時為選刀過程，逆時針旋轉時為鎖緊過程，選刀監控時間和鎖緊監控時間由PLC定時器決定。其控制流程如圖2。

圖2換刀程序流程圖

　　2.3 PLC軟件設計

　　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、正轉尋刀監控及反轉鎖緊延時監控等，限于篇幅，只給出自動換刀部分梯形圖如圖3。

圖3自動換刀梯形圖

　　圖3是自動換刀控制的PLC梯形圖，在梯形圖中，用字節傳送指令將當前刀位開關信號I0.0-I0.3轉換成當前刀號存放到Tc中，在T選通信號的作用下，將指令刀號T。和當前刀號T。進行比較，如果不相等則置位Q0.0，復位Q0.1，KM．吸合，刀架電機正轉，刀架開始旋轉；刀架在正向旋轉的過程中不停的對刀位輸入信號進行檢測，每把刀具各有一個霍爾位置檢測開關，各刀具按順序依次經過發磁體位置產生相應的刀位信號。當產生的刀位信號和指令刀號相一致的時候，PLC認為所選刀具已經到位。刀具到位以后，刀架仍繼續正向旋轉一段時間，這一時間由時間繼電器T，設定，不能過長，過長會造成手動或自動換刀時目的刀位不正確，過短對有些刀架會造成換不到位，特別是手動換刀時會找不到下一個刀位而在原位轉換，這個時間的設定在調試時具體調定。自動換刀時延時一段時間以后，Q0.0復位，Q0.1置位，電機停止正向旋轉，刀架開始反轉，反轉過程其實就是刀架鎖緊的過程，此過程延續一段時間，直到刀架鎖緊到位，但反轉時間不宜過長或過短。過長就有可能燒壞電機或造成電機過熱空開跳閘，時間過短有可能造成刀架不能夠鎖緊。刀架鎖緊以后，整個換刀過程結束。

　　當然，在梯形圖的設計中還要考慮一些保護和安全因素，如刀架電動機長時間旋轉，而檢測不到刀位信號，則認為刀架出現故障，立即停止刀架電動機，以防止將其損壞并報警提示；刀架電動機過熱報警時，停止換刀過程，并禁止自動加工等。

3 結論

　　本設計程序和數控系統配合已成功地應用于經濟型數控機床的刀架部分改造，實踐證明，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，可靈活地修改刀位數、正轉尋刀監控時間、正轉找到刀位后的延遲時間、和反轉鎖緊監控時間等，使刀架的運行效率高并穩定可靠。