1、目 錄摘要2引言21、電動刀架的控制原理411、電動刀架結構412、電動刀架的控制工作程序513、操作流程圖614、運行信號波形圖及說明72、PLC控制系統的確定及線路設計1021、電動刀架對PLC裝置的要求1022、PLC控制軟件的結構1023、 PLC I/O地址分配103、PLC程序134、PLC程序控制說明：1441、信號的處理1442、自動控制過程1443、手動控制過程1744、刀架選刀過程中的故障處理185、結束語20電動刀架的PLC控制摘要本文以日本FANUC數控系統內置PLC控制意大利Baruffaldi公司的12工位電動刀架為例，介紹多工位電動刀架通過FANUC數控系統中的邏

2、輯電路（PLC）來選擇刀具位置，并通過判斷回轉方向，實現最短路徑選刀，以縮短轉位時間，提高換刀速度。保證零件通過一次裝夾自動完成車削外圓、端面、圓弧、螺紋和鏜孔、切槽、切斷等加工工序。關鍵詞：PLC，轉位符合，最短路徑，邏輯互鎖引言隨著汽車、航空航天工業的發展，鋁合金和其他新材料的應用日益廣泛，對高效、高性能和高速加工的需求越來越強勁。21世紀世界機床工業正在日新月異、蓬勃發展的時刻，機床的高速化水平不斷提高，主軸轉速、進給移動速度、和輔助運動速度以達到新的水平。數控機床是一種靈活、高效能的自動化機床，較好地解決了復雜、精密、小批、多變零件的自動化加工問題。在零件的加工制造過程中，大量的時間用

3、于更換刀具、裝卸、測量和搬運零件等非切削時間上，切削加工時間僅占整個工時中較小的比例。為進一步提高數控機床的加工效率，數控機床向著工件在一臺機床裝卡完成多道工序或全部工序的方向發展。因此，帶有自動換刀裝置的數控機床得以迅速發展。在自動換刀數控機床上，對自動換刀裝置的基本要求是：換刀時間短，刀具重復定位精度高，足夠的刀具存儲量，刀庫占地面積小及安全可靠等。由于液壓對環境的污染以及系統笨重、效率低等原因，電動刀架的發展正在逐步取代傳統的液壓刀架刀架。并通過PLC合理地控制，在NC機床上得到了應用，換刀時間縮短了1/5，性能良好，工作穩定可靠。1、電動刀架的控制原理11、電動刀架結構1-電機 2-電

4、機齒輪 3-齒輪 4-行星齒輪 5-驅動齒輪6-滾輪架端齒 7-溝槽 8-滾輪架 9-滾輪 10-雙聯齒輪11-主軸 12-彈簧 13-插銷 14-動齒盤 15-定齒盤 16-箱體17-電磁鐵 18-預分度接近開關 19-鎖緊接近開關 20-蝶形彈簧21-角度編碼器 22-后蓋 23-空套齒輪12、電動刀架的控制工作程序該刀架采用三聯齒盤作為分度定位元件。由電機驅動后，通過一對齒輪和一套行星輪系進行分度傳動。工作程序為：PLC控制系統發出轉位信號后，刀架上的電機制動器松開，電源接通，電機開始工作，通過齒輪2、3帶動行星輪系4旋轉，這時小齒輪5為定齒輪，由于與行星輪4嚙合的齒輪5、23齒數不同，

5、行星輪4帶動空套齒輪23旋轉，空套齒輪帶動滾輪架8轉過預置角度，使端齒盤后面的端面凸輪松開，端齒盤向后移動脫開端齒嚙合，滾輪架8受到端齒盤后端面鍵槽的限制停止轉動，這時空套齒輪23成為定齒輪，行星齒輪4通過齒輪5帶動主軸11旋轉，實現轉位分度，當主軸轉到預選位置時，角度編碼器21發出信號，電磁鐵17向下將插銷13壓入主軸11的凹槽中，主軸11停止轉動，預分度接近開關18給電機發出信號，電機開始反向旋轉。通過齒輪2與3，行星齒輪4和空套齒輪23，帶動滾輪架8反轉，滾輪壓緊凸輪，使端齒盤向前移動，端齒盤重新嚙合，這時鎖緊接近開關19發出信號，切斷電機電源，制動器通電剎緊電機，電磁鐵斷電，插銷13被

6、彈簧彈回，轉位工作結束，主機可以開始工作。13、操作流程圖14、運行信號波形圖及說明（1）運行信號波形圖（2）編碼器真值表工位數12345678910111220101010101110210110011000102200011110000123000000011111選通111111111111奇偶校驗110100110010（3）刀架電器部件分布圖1-電機 2-溫控開關 3-制動裝置電磁鐵 4-預分度電磁鐵 5-預分度接近開關 6-鎖緊接近開關 7-編碼器（4）運行過程說明 運行信號波形圖畫除了刀架順時針方向由未知1到位置2和逆時針方向由位置2到位置11旋轉所遵循的順序。 刀架轉位必須先松

7、開制動裝置，然后才能給電機供電，按選擇方向旋轉。當編碼器前一工位的選通信號下降沿到達時，則預分度電磁鐵立即供電（選通信號下降沿到達至電磁鐵供電最大延遲須小于60ms）。 電磁鐵得電后，待預定位電磁鐵插銷插入主軸等分鍵槽內，回轉被迫停止，預分度接近開關發出信號（由“0”上跳為“1”），PLC收到此信號后，使電機立即停止，以50ms暫停后，電機反向旋轉使刀架鎖緊定位。 刀架鎖緊定位后，鎖緊接近開關輸出有“0”跳變到“1”。該信號發出立即使電機停止，制動裝置線圈得電（鎖緊接近開關發出信號至電機停止，制動最大延遲小于60ms）。 鎖緊開關發出鎖緊信號后，PLC控制系統應進行位置檢測，以發出允許刀架進行

8、切削加工工件的指令。200ms后預分度電磁鐵斷電。特別注意：1）要求預分度電磁鐵、制動線圈配置但當電源（容量不小于100VA）；編碼器、傳感器要求使用系統電源，且與系統之間連接不能由中間繼電器。2）刀架電機的保護：刀架轉位過程中，一定時間（約6秒）內找不到工位時，電機斷電；預分度電磁鐵通電1.5秒后，如果見不到預分度傳感器信號，應立即給電機斷電；刀架電機反轉鎖緊過程中，2秒鐘之內見不到鎖緊傳感器信號，應立即給電機斷電。3）如果刀架在轉位過程中電控部分故障急停，再次啟動時必須沿停止前的運動方向重新開始。2、PLC控制系統的確定及線路設計21、電動刀架對PLC裝置的要求 定時器最小設定單位：48m

9、s。 時間響應快 , 控制精度高 , 可靠性好。22、PLC控制軟件的結構 FANUC 0i數控系統配有內裝的PLC，在CRT上可以動態顯示PLC程序并實時監測運行狀態。程序中用到的地址有R（內部繼電器）、A（報警信息請求）、T（定時器）、C（計數器）、K（保持繼電器）、D（數據表）、F（CNC-PLC）、G（PLC-CNC）、X（PLC輸入信號）、Y（PLC輸出信號）23、 PLC I/O地址分配（1） 輸入信號設有：自動狀態按鈕SB1（X40.0）；手動狀態按鈕SB2（X42.5）；手動選刀按鈕SB3（X44.4）；急停按鈕SB4（X8.4）；編碼器信號20（X5.0）, 21（X5.1）

10、, 22（X5.2）, 23（X5.3），奇偶校驗信號（X5.4），選通信號（X5.5）；預定位檢測開關SQ29（X5.6）；電機過熱檢測開關SQ27（X6.0）；刀架鎖緊檢測開關SQ28（X6.7）；（2） 輸出信號設有：刀架電機正轉控制KA1（Y4.4）；刀架電機反轉控制KA2（Y4.5）；刀架電機制動電磁鐵控制KA3（Y4.6）；刀架預分度電磁鐵控制KA4（Y5.7）；自動狀態指示燈EL1（Y8.0）；手動狀態指示燈EL2（Y10.5）；手動選刀指示燈EL3（Y12.4）； （3） 控制線路圖（4）控制說明 系統設有自動和手動兩種工作狀態。當SB1按鈕接通時，LE1指示燈亮，自動工作狀態

11、有效，通過輸入T代碼來自動選刀，1工位工位的代碼為01001200。當SB2按鈕接通時，LE2指示燈亮，手動工作狀態有效，通過按手動選刀按鈕可進行調整工作。3、PLC程序如圖所示。4、PLC程序控制說明：通過MDI數據輸入鍵在CRT顯示器上輸入D0000=12（刀架工位數）D0002=13（選刀號T代碼限制）。41、信號的處理首先由N0001N0004行處理輸入PLC的工位檢測信號（X5.0X5.3）只有在選通信號（X5.5）為高電平1時才有效。R9091.0常OFF信號和R9091.1常ON信號作為后面比較指令和旋轉指令的控制條件。N0005行執行“數據轉換DCNV”SUB14功能指令，將當

12、前刀位數值二進制代碼轉換為BCD代碼后送至R560地址中。N0006行執行“數據轉換DCNV”SUB14功能指令，將目標刀位數值二進制代碼轉換為BCD代碼后送至R610地址中。42、自動控制過程1）首先按自動狀態按鈕SB1（X40.0），指示燈（Y8.0）亮，自動狀態有效。通過MDI數據輸入鍵在CRT顯示器上輸入T碼選刀指令（如T0200），T碼選通信號F7.3為1，F7.3信號是NC向PLC發出的執行T碼指令的信號，目標位已存在F26地址中，R561是存儲刀具現在位置的地址。2）N0014 行執行“符合檢查COIN”SUB16功能指令，把目標位（在R610中）和刀具現在位（在R560中）進行

13、比較，當目標值與現在值不同時，輸出R500.2為0，執行選刀程序；當目標值與現在值符合相等時，輸出R500.2為1，直接傳送到T代碼完成信號（R1.7），選刀結束。3）N0010 行執行“旋轉指令ROTB” SUB26功能指令，旋轉指令的控制條件為：RN0=1刀架的起始位置從1開始；DIR=1旋轉方向選擇短路徑；POS=1計算目標前一位的位置；INC=1計算位置數； ACT為執行條件，當F7.3（T碼指令）為1，R500.2為（符合輸出）0時，執行此旋轉指令。指令中的D0000地址存儲的數據為旋轉分度數，R561為刀具現在位置地址，F26為目標位置地址，R530為目標前一位置的計算結果輸出地址

14、。短路徑的旋轉方向輸出至R501.1，當R501.1=0時方向為正向，當R501.1=1時方向為反向。4）N0021 行輸出R583.3為刀架自動選刀指令。5）N0021行輸出R503.1為刀架手動選刀指令。N0024行R583.3和R503.1共同組成刀架轉位指令R583.5。6）N0026行在轉位指令R583.5為1， Y4.6輸出為0，直流繼電器KA3斷電，電機制動裝置打開。7）N0027行3號定時器在N0026行R525.6輸出為1的狀態下，開始計時，到達預定時間100ms后輸出R510.3為1，在這段時間里使電機制動裝置完全打開，再進行刀架轉位。8）N0032行輸出刀架正轉Y4.4（

15、直流繼電器KA1得電）或N0033行輸出刀架反轉Y4.5（直流繼電器KA2得電），由短路徑的旋轉功能指令輸出R501.1的狀態決定選擇正向或反向轉位。9）在轉位過程中，每轉到一個工位，由N0015行的符合檢查指令進行比較，直到目標前一位符合輸R500.3輸出為1。 10）N0019行N0020行的程序為前一工位選通信號的下降沿輸出R583.1為1。這時N0035行的Y5.7輸出為1，直流繼電器KA4得電，使預定位電磁鐵得電，執行插銷動作。當預分度接近開關為1時，使N0024行刀架轉位指令R583.5輸出為0。刀架停止轉動。11）N0029行4號定時器在N0024行R583.5輸出為1的狀態下，

16、開始計時，到達預定時間50ms后輸出R510.1為1，使刀架反轉鎖緊。12）N0030行刀架進行反向鎖緊時，鎖緊接近開關為1，使刀架反轉控制信號R583.7輸出為0。刀架停止轉動。Y4.6輸出為0，直流繼電器KA3斷電，電機制動裝置抱緊。13）N0034行5號定時器在N0014行符合檢查指令進行比較R500.2輸出為1，鎖緊接近開關為1的狀態下，開始計時，到達預定時間200ms后N0035行的Y5.7輸出為0，直流繼電器KA4斷電，使預定位電磁鐵失電，執行拔銷動作。14）N0013行執行“符合檢查COIN”SUB16功能指令，在刀架鎖緊并拔銷后，把目標位（在R610中）和刀具現在位（在R560

17、中）再次進行比較，當目標值與現在值符合相等時，輸出R1.6為1，直接傳送到T代碼完成信號R1.7，選刀結束。15）N0045行T碼完成信號R1.7為1，使N0046行G4.3為1，把刀具已旋轉到位完成信號發送給NC系統，使F7.3為0，并把F26清0。下一次換刀在重復以上程序。43、手動控制過程 1） N0039行在手動狀態下，按下轉位按鈕SB3（X44.4），手動選刀指令輸出R503.1為1。N0024行刀架轉位指令R583.5輸出為1。2）同自動控制過程的6）3）同自動控制過程的7）4）N0032行輸出刀架正轉Y4.4為1（直流繼電器KA1得電），使刀架手動選刀按正方向旋轉。5）同自動控制

18、過程的10）6）同自動控制過程的11）7）同自動控制過程的12）8）N0034行5號定時器在手動方式，鎖緊接近開關為1的狀態下，開始計時，到達預定時間200ms后N0035行的Y5.7輸出為0，直流繼電器KA4斷電，使預定位電磁鐵失電，執行拔銷動作。9）至此一個工位的點動控制完成，如果想連續手動旋轉多工位，只要一直按著按鈕，刀架就一直旋轉，直到松開按鈕，刀架在最近的工位鎖緊。44、刀架選刀過程中的故障處理1）N0011行執行“數值大小判斷COMP”SUB15功能指令，如果輸入的選刀T代碼大于或等于D0002中的13時，輸出R501.5為1，不執行選刀。N0012行執行“符合檢查COIN”SUB16功能指令，如果輸入的選刀T代碼為0，輸出R501.6為1，不執行選刀。防止誤操作輸入非法指令。2）N0025行的2號定時器在N0024行刀架轉位指令R583.5為1時，開始計時（計時時間為刀架轉一周的時間），到達預定時間后R510.5輸出為1，使N0047行的報警信息指令A1.0輸出為1，NC輸出復置信號F1.1為1，切斷N0024行刀架轉位指令R583.5為0刀架停止轉位，同時相應的