基于PLC控制的刀具库自动选刀的设计.pdf

圃固四唾匿殛 仿真 ， 建旗 I C AD I CA MI C AE I C AP P 基于P L C控制的刀具库自动选刀的设计 王俊彩 ， 乔丹 ， 胡长 中， 王福平 北 方民族大学 ， 银川 7 5 0 0 2 1 ] Th e De s i g n f o r t h e Aut o ma t i c To o I S e l e c t i o n o f t h e TO O l M a g a z i n e Ba s e d o n PLC Co nt r o l W A NG J u n - c a i ， QI AO Da n ， HU Ch a n g z h o n g ， WANG F u p i n g Be i f a n g Et h ni ， Un i v e r s i t y ．Yi n c hu a n 7 50 0 21 Ch i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r d e s i g n e d a p r o j e c t i n c h a n g i n g t o o l ma g a z i n e f o r C N C m a c h i n i n g c e n t r e b y S i e m e n s S 7 3 0 0 P I C ． F i r s t d e s c r i b e s t h e d e s i g n r e q u i l’ e l n e n t s ，t h e n d e s i g n s c h e me a c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e me n t s ， f o l l o wi n g d e t e r mi n e t h e I ／ O a d d r e s s a n d c o n t r o l w i r i n g o f P L C ， f i n a l d e s i g n t h e p r o g r a m a n d m a k e p h y s i c a l d e b u g g i n g ． T h i s p r o j e c t t o m e e t t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s a b s o l u t e l y ． Ke y wo r d s S 7 3 0 0 ； P L C； CN ma c h i n i n g e e n t l ‘e ； t u o l ma g a z i n e 数控加丁 中心在加 ] 二 _T件 时需要根据加 _ r 工艺的要 求进行刀具 库转位 自动选择刀具。由于数控加 _ r 中心在 实际加工 _ I 二 件 时多数采用任 意转位 自动选择 刀具 的方 式 ， 本文着重讨论 S 7 3 0 0 P L C在数控加 工中心刀具库控 制中 ， 采用任意转位 自动选择刀具的设计应用 1 1 - 2 。经在 实际加工中应用该方案 ，能有效地实现刀具库换刀准确 的 自动选择 ， 具有 良好的加 丁效率和加T精度。 1 设 计要 求 刀具库选刀的原则是采用最近方 向旋转 ，即根据程 序指令把下一T序要用的刀具移到换 刀位置时 ，都要 向 距换刀位置 l 8 0 。 的方 向旋转 ， 以减少换刀时 间。当选定 刀具旋转到换刀位置时 ， 刀具库转盘停止旋 转 ， 并 由取放 刀机械手进行换刀 图 1 。 该设 计 中按钮 S B O S B 7分别 为 8种供选择 刀具 的 选择按钮 ； S T O S T 7为各／ J 具旋转到位的行程开关 ， 南霍 尔元件 构成 ； Q O ． O Q 0 ． 1分别为 到位 指示灯 和换 刀指 示 9 4 j 机械工程师 2 0 1 0 年第 1 1 期 灯 ； QO ． 2 一 Q O ． 7用来控制步进电机的驱动 器。 2 硬件设计 根据设计方案要求 ，该数控 J J I 1 一 f 中心 刀具库转位控 制选择需要 l 6个输 入端和 4个输 端 ， 在保汪稳定的性 能和以后升级改造需要的前提下 ，我们采用西门子公 司 的 s 7 3 0 0 C P U 3 1 4 C 一 2 D P和众为兴技 术有 限公司 Q 2 一 B YG 4 0 3 B M二相 步进驱动器进行控制设计 。CP U 3 l 4 C 一 2 D P 是一个用于分布式结构的紧凑型 C P U， 内置 2 4个数 字量输入 所有输入都 可用作中断处理 和 l 6个数字量 输 出， 以及 4个模拟量输 入和 2 个模拟量输 m， 足以满足 该设计 及以后升级改造的需求 。 表 1 数控加工中心7 j 吴库转 位选择 P L C 的 输入腧 出口分配表 名 称 代号 输人口 编号 名 称 代号 输入口 编号 0 号刀具选择按钮 s B 0 10 0 1 号刀具选择按钮 S B I 10 ． 1 又 2 号 刀 具 选 择 按 钮 S B 2 10 ．2 噩 3 号 刀 具 选 择 按 钮 S B 3 1 0 3 4 号刀具选择按钮 S B 4 1 0 ．4 5 号刀具选择按钮 S B 5 1 0 ．5 6 号刀 具选择按钮 S B 6 1 0 ．6 7 号刀具选择按钮 S B 7 1 0 ．7 输出 到位指示灯 Q 0 ．0 信号 换刀指示灯 Q 0 ． 1 0 号刀具到位 行程开关 S T 0 1 1 ． 0 l 号 刀具到位行程开关 S T I I I 1 2 号刀具到位行程开关 S T 2 1 1 ． 2 3 号刀具到位行程开关 S T 3 j 1 ． 3 4 号刀具到位行程开关 S T 4 1 1 ． 4 5 号刀具到位行程开关 S T 5 1 1 ． 5 6 号刀具到位行程开关 s T 6 1 1 ． 6 7 号刀具到位行程开关 S 1 “7 1 1 ． 7 控制步进电 机驱动器 Q o ．2 一 Q o ．7 Q 2 一 B YG 4 0 3 B M 二相步进驱 动器 ，n 丁 驱 动二相 四、 六 、 八线混合式 4 2、 5 6、 8 5、 8 6系列步进电机 。 在该方案中 用来控制步进 电机的转 向及速 度。在给定 l l 作方式正序 换 相通 电 ， 步进 电机带动 刀具库正转 ； 按反序通 电换相 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 则步进电机带动刀具库反转。并且可根据调整 P L C发出 的脉 冲频率 ， 对步进电机进行调速 。 按照方案将 P L C的输 入／ 输出 口 表 1 进行分配 以及对数控加工中心刀具库转 位选择进行接线设计 图 2 。 3 软件设计 按设计方案要求 ， 首先记录当前刀号和请求刀号 ， 其 次计算判断其旋转方 向， 最后 执行如何旋转的顺 序E 3 3 ， 设 计出的刀具库转位流程图如 图 3 。 初始状态下 ， 由 P L C记录当前刀具号 ； 当按下按钮 中 的任意一个时， P L C记 录该请求刀具号 ， 然后刀具库转盘 按照距请求刀具 1 8 0 。 的方向旋转。当请求刀具旋转到换 刀位置时 ， 到位指示灯发亮 ， 机械手开始换刀 ， 同时换刀 指示灯闪烁 。5 s 后换刀结束 ， 换刀指示灯熄灭 ； 要求在换 刀过程 中， 其他换刀请求信号无效 。待换 刀完毕 ， 则 P L C 记录当前 刀具号 ， 等待下一次换刀请求 。 采用西门子 S T E P 7软件并用梯形图方式进行刀具库 转位编程 4 ,5 i ， 如图 4 ， ， 过程说明如下 1 当刀具处在换 刀位置 时， 则 该到位行程开关 S T * 闭合 ， 并将其刀具号传至输 出寄存器 QW8中， 记录 当前 的刀具号 。当请求选择刀具时 ， 将按下请求刀具选择按钮 S B * ， 将请求刀具号传至输 出寄存器 Q W2中； 与此同时 ， 将 寄存器 MO ． 5置位 ， 使 其它请 求信号无效 ， 直至刀具库 转盘旋转动作完成后再将 MO ． 5复位 。 2 将当前值 Q W8与请求 值 Q w2进行 比较 。若丽 值相 等 ， 则 刀具库 转盘 无动作 ， 到位指 示灯 亮 ， 且 同时 仿真 ， 建旗 I C AD I CA MI CA E I CA P P 制造业信总化 开始换 刀动作 ； 若 当前值 Q W8大于请 求值 Q w2 ， 则将 两 值 直接相 减 ， 并 将结 果传 至输 出寄存 器 Q W6 ； 若 当 前 值 Q w8小于请求 值 Q w2 ， 则 将 当前 值 Q w8加总 刀 数 8 后再 与请求值 Q W2相减 ， 并 将结果传 至输出奇存 器 Q w6 。此 时 ， 再将输 出寄存 器 Q W6的值与刀具 总数 的一半 即 4进行 比较 ，若 大于等 于 4则将 M 2 。 2置位 ， 控 制驱动器使步进 电机带 动刀具库转盘反 转 ；若小 于 4则将 M 2 ． 4置 位 ， 控制 驱动器使 步进 电机带 动刀具库 转 盘正转 。 3 待刀具旋转到位 ， 此时换刀指示灯 闪烁 ， 进行换 刀 ； 5 s 后将 M0 ． 5 复位 ， 同时换刀指示灯熄灭 ， 换刀结束。 4结语 P L C控制 的数控加工 中心刀具库 自动选择的应用设 计 ，适用 于经济型数控加工 中心和普通数控加工 中心的 改造。采用该设计方案数控加工中心 ，能够缩短换 刀时 间， 优化数控加工中心设备的加工性能 ， 提高数控加工中 心的工作效率和经济效益。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 李方园．西 门子 s 7系列 P L C电气控制 精解 [ M] ． 北京 化学 工业 出版社 ， 2 O 1 O ． 【 2 ] 胡 健． 西门子 s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C工程应 用[ M] ． 北 京 北 京航空 航 天出版 社 ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 黄泽正， 刘冲， 陈志辉．加工中心 自动换刀装置的设计[ j ] ． 机械 工程与 自动化 ， 2 0 0 7 1 1 2 4 1 2 5 [ 4 ] S I E ME N S ． S I MA T I C s 7 3 0 0和 M7 3 0 0可编程 序控 制 器模板 规范参考 手册 [ M] ． 2 O O 1 ． [ 5 ] S I E ME N S ． S I MA T I C s 7 3 0 0和 M7 3 0 0梯 形 图 L A D 编 程参 考手册 [ M] _2 0 0 4 ． 编辑 立明 作者 简介 王俊彩 1 9 8 5 一 ， 男， 工学硕 士， 助教 ， 主要研 究方向为计 算 机控制及电气 自动化 。 收 稿 日期 2 0 1 0 0 8 1 9 机械工程师 2 0 1 0 年第1 1 期l 9 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m