刀架，作為數控車床類產品上最重要，最核心的機械部件之一，主要用于夾持切削用的刀具，許多刀架還直接參與切削工作，因此刀架可靠性的好壞，性能的優劣，都直接影響到機床的切削性能和切削效率等。隨著刀架結構，技術的成熟，性能的提高及伺服驅動系統價格的降低，在數控車床上已越來越多地選擇配置液壓伺服刀架

　　本文主要基于西門子802D sl數控系統，針對臥式12工位伺服刀架展開對回轉刀架的結構，數控系統的接口，伺服控制器的接口等進行介紹，并編程分析了伺服刀架的控制原理及過程。

1 伺服刀架控制系統的工作原理

　　1.1 回轉刀架介紹

　　數控車刀架一般分為3類，排刀式刀架一般用于小規格的數控車床，以加工棒料或盤類零件為主；當由于某種原因需要數量較多的刀具時，通常采用帶刀庫的自動換刀裝置；本項目中采用的即為數控車床中最常用的一種典型換刀刀架-回轉刀架，其是一種最簡單的自動換刀裝置。回轉刀架上回轉頭各刀座主要用于安裝各種不同用處的刀具，數控機床的自動換刀就是通過回轉頭的旋轉，分度和定位來實現的。

　　回轉刀架主要分為立式刀架和臥式刀架兩種，立式回轉軸垂直于機床主軸，多用于經濟型數控車床，臥式回轉刀架的回轉軸平行于機床主軸，可徑向與軸向安裝刀具。

　　1.2 數控系統的接口

　　西門子的820D sl系統的核心是PPU，它主要包括NCK，PLC，HMI，閉環控制和一些通信任務。在控制系統中，NCK與PLC通過數據塊進行數據信息傳遞。

　　該項目中的臥式伺服刀架部分主要采用SFW系列刀架驅動控制器進行控制，刀架動力頭采用西門子伺服電機，其由西門子802D sl數控系統配置的伺服控制器直接控制。

　　數控車床的伺服刀架操作為PLC通過I/O模塊與機床各個機構的輸入輸出點連接。PLC主要通過輸出點進行伺服刀架控制器的工作模式選擇，工位的定位及選刀啟動，并通過輸入點進行當前工位的判斷，報警信息的讀取等。在伺服刀架的機構控制中主要兩個電磁閥QY0，QY1用于控制刀架及動力頭的卡緊松開，兩個卡緊松開到位檢測開關B0，B1。在完成伺服刀架控制的動作過程中PLC接受NCK的控制命令并對輸出接口模塊進行輸出控制來執行相應的操作。

　　1.3 伺服刀架的伺服控制器接口及其功能

　　圖1所示為該項目使用的SFW系列刀架伺服控制器的接口，其中主要接口的基本功能介紹如下：

　　CN1：控制器主電源接口；

　　CN4：伺服電機編碼器接口；

　　CN8：伺服刀架傳感器信號接口；

　　CN10：信號輸出接口，PLC通過該接口讀取當前工位數，報警信息等；

　　CN11：信號輸入接口，主要用于工作模式的設定，工位的選擇等。

　　1.4 伺服刀架的工作過程

　　伺服刀架的工作過程主要包括，刀架的回零和手動，自動換刀過程。刀架正常換刀的前提是準確回零以建立刀架計數參考系。與此同時，刀架每次動作之前都需要對動力頭準確定位，以保證動力頭和相應的離合器系統準確的嚙合與脫開。

2 控制方式設計及PLC程序實現

　　2.1 動力頭回零與定位

　　動力頭定位是刀架一切動作的前提。該項目中的動力頭電機配置的是增量編碼器增量式編碼器，所以定位前需要先旋轉主軸一周進行主軸回零操作，繼而完成動力頭的定位功能。動力頭的回零與定位功能是通過西門子802D sl系統的異步子程序功能完成的。其異步子程序如下

　　2.2 刀架的回零

　　執行刀架動作之前需要先將伺服刀架回零以建立伺服刀架計數參考坐標系。進行刀架回零動作時，首先要將系統轉換為回參考點模式，在該模式下按下刀架回零按鈕，當變量V10000001.7為1后執行刀架回零動作，刀盤開始旋轉，并搜尋零點信號，接受到零點信號后，刀盤停止旋轉，此時，刀盤旋轉完成信號M8.8變為1時，并在PLC中對刀盤回零信號M44.5置位。回零信號M44.5為1時即代表刀盤回零完成，此時將整數1賦值給當前工位數據塊VD14000084。

　　2.3 自動換刀程序的實現

　　數控系統通過M6調用NC程序時需要設置相應的機床數據，主要包括：MD10715=6，系統通過M06調用換刀程序；MD10716=“TOOL”，換刀程序名為“TOOL”；MD22550=1，M代碼激活刀具參數。在自動方式下通過M06調用NC換刀程序 “TOOL”，其主要用于完成動力頭的定位功能，當PLC程序檢測的動力頭定位完成，即進行刀盤旋轉之前的動力頭刀套退回操作，一切準備就緒后開始進行換刀，換刀系統接收到換刀指令后，系統首先讀取刀號存儲單元中存儲的當前到位號碼，并將該存儲單元中的刀位號數據塊VD14000084與換刀指令T代碼中給出的刀位號數據塊VD25002000比較，如果相同，則不需換刀，系統繼續向下執行程序；如果當前刀位號碼與換刀指令給出的到位號不相同，刀架電機正轉，并不斷檢測刀位到位信號，等待換刀完成；直到刀位到位信號來之后程序結束。換刀完成后將T碼后面數值VD25002000賦值給刀架旋轉目標工位VD14000084。

3 結束語

　　本文針對該伺服刀架的特有控制方式，基于西門子802D sl數控系統實現對該伺服刀架的有效控制。