基于802D的盘式刀库自动换刀控制

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

自动换刀系统主要是将加工所需刀具，从刀库中传送到主轴夹持机构上，由刀库、机械手、驱动系统等构成。配备自动换刀系统后-次装夹后能完成多次工序加工 ，能够缩短非切削时间、降低生产成本，同时减少多次安装造成的定位误差，提高加工精度。

自动换刀系统是加工中心关键功能部件之-，其性能直接影响到机床的加工精度和加工效率。自动换刀系统配备的刀库形式多种多样，常用的有盘式和链式两种。作为应该最广泛的-种刀库形式，现针对盘式刀库进行 自动换刀系统控制程序的设计。

1 盘式刀库自动换刀结构及换刀动作分析本课题所用盘式刀库主要由模拟主轴、刀库电动机、凸轮机构、机械手推动气缸、装刀机械手以及定位插销组成。盘式刀库如图 1所示。

刀库由交流电动机驱动刀盘的正反转，刀库到位后定位插销伸出，由气缸推动装刀机械手上升向主轴装刀，主轴的上下左右移动已经松刀拉刀动作则由液压驱动。当前大多数盘式刀库的选刀需要刀库向主轴移动，而本课题用刀库是主轴向刀库移动，由于主轴较刀库的运动惯量小很多，因而可以提供换刀精度。刀库到位后，由气缸推动机械手上升来完成插刀拔刀动作。

图 1 盘式刀库盘式刀库选用刀套编码方式，换刀时刀库旋转，在刀库的当前刀位处装有刀位信号开关 ，刀库旋转经过时 ，会产生-个脉冲信号到 PLC，来确定是否到达目的位置 。

由于采用刀套编码方式，每把刀具 只能放在固定的刀套中 J，盘式刀库的自动换刀实际由两个基本动作合成 ：还刀和取刀。还刀为把主轴上的刀具还到刀库相应的刀位上；取刀为主轴上无刀，根据目标刀具的编码，在刀库中找到这把刀，然后安装到主轴上。因此盘式刀库的自动换刀程序可分解为还刀子程序和取刀子程序。自动换刀开始后先判断主轴上是否有刀具，若无刀则先调用就近选刀子程序使 目标刀具以最短距离移动到换刀位置，然后调用取刀子程序将刀具装载到主轴上；若主轴已有刀，则先调用就近选刀子程序和还刀子程序将主轴刀具还到刀库 目标基金项目：国家科技重大专项(2010ZX04014-013)作者简介：王贺伟(1987-)，男，河南周口人，硕士研究生，主要从事数控编程开发，机电测试技术等。

· l68· http：fZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainajourna1.net.ca《机械制造与自动化》· 电气技术与自动化 · 王贺伟 ，等 ·基于802D的盘式刀库 自动换刀控制位置，然后在将目标刀具取到主轴上。盘式刀库 自动换刀的还刀和取刀子程序流程如图 2和图 3。

开始气缸上升气缸上升到位是 l k- - - - - - l- ---主轴移动向换刀位置主轴移动到位否否主轴松刀主轴松刀刀位是气缸下降拔刀主轴后退至准停位置结束图 2 还刀子程序流程图开始确自至换到点是 l - 否主轴紧刀轴紧刀到位主轴后退至准停位置气缸退回刀库结束图3 取刀子程序流程图2 自动换刀控制程序设计否否2.1 PLC输入输出定义在设计PLC程序之前，必须先定义好 PLC的输入输出信号。

在设计中，定义 10.0为急停按钮，以保证发生紧急情况时能够快速按下此按钮进行保护。11.1为主轴有无刀具判断信号，等于1时主轴有刀。在刀库上设有刀具计数开关，刀库每转过-个刀位，开关产生-个脉冲信号，将此脉冲信号输人 PLC以判断刀库当前刀位。刀库换刀时，Machine Building 8 Automation， 2013，42(4)：168～171每-个动作完成是下-个动作启动的必要条件 J。为了保证动作的正确完成，必须选用可靠的传感器，如主轴松刀紧刀位置检测开关， 轴和 轴的换刀点检测开关等。

将这些传感器的检测信号作为 PLC的输入来判断是否执行下步动作。

换刀时，需要判断刀库应该正转还是反转，以实现就近选刀，减少换刀时间。为了保证换刀的效率和精确性，刀库还需要能够快速转动和慢速转动 J。选刀时，当目标刀位和当前刀位相差 1个以上刀位时，刀库快转 ；相差1个刀位时，刀库开始慢速转动，以保证刀库精确到位。

刀库采用西门子 802D数控系统控制 ，内含 S7-200PLC，并且配备有-输入输出拈 PP72/48。表 1中列出了刀库运转所必须的输入输出点。

表 1 刀库 PLC输入输出分配表10.0 急停按钮刀具计数气缸上升到位气缸下降到位轴在换刀点轴在换刀点主轴紧刀到位主轴松刀到位刀具零位刀库电动机顺转刀库电动机逆转刀库电动机快速刀库电动机慢速轴至换刀点轴至零点轴至换刀点轴至零点主轴刀具放松(1)/主轴刀具夹紧(0)汽缸上升插刀汽缸下降拔刀2.2 刀库就近选刀子程序为了减少换刀时间，需要实现刀库就近选刀，使每次刀库的旋转角度都小于 180。。-般根据 目标刀号 Pnum和当前 刀号 Pcurr之差 Diference来 判断刀 库 的旋 转方向。。 。

刀库正转选刀的条件：Diference>0且 Difference>Tmax/2或者 Diference<0且 Diference>-Tmax/2刀库反转选刀的条件：Diference>0且 Diference