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基于PMAC的加工中心斗笠式刀庫自動換刀控制系統
閱讀：68 發布時間：2020-8-11數控加工中心控制系統的下位機軟件運行于Turbo PMAC中。系統有效地利用了 Turbo PMAC提供的資源，使大量實時控制功能在下位機中完成，減少了 PC與Turbo PMAC之 間的數據傳輸。當數控加工中心開始運行后，運動過程*不依賴于上位機軟件系統，即 使上位機出現軟件故障，也不會影響數控線軌加工中心運動目標的完成，使上位機系統在不影 響數控立式加工中心運行程序的情況下重新復位并恢復到正常狀態。
下位機軟件系統由PLC程序、運動程序、算法程序和相關變量定義構成。Turbo PMAC 內置了 PLC功能，且支持多程序運行，通過PLC程序實時監測設備運行狀態，并檢測和 執行上位機發來的指令信號，其主要功能包括安全運行監控、數控系統起停、機床I/O初 始化、刀庫自動換刀控制，數控系統矩陣鍵盤控制等。
4.3.1基于PMAC的加工中心斗笠式刀庫自動換刀控制系統
基于PMAC的CNC加工中心的刀庫采用的是10把刀斗笠式刀庫，該刀庫主 要由三相異步電機、限位開關、氣缸和刀盤等組成[53]。換刀時，根據目標刀具號和當前刀 具號的差值判斷刀庫電機正反轉，實現就近找刀；通過氣缸裝置使刀庫伸出或縮回，與主 軸相配合進行換刀，由氣動打刀缸來實現主軸的抓刀和松刀；在刀庫上設有刀具計數開關, 刀庫每轉過一個刀位，便產生一個脈沖信號，根據脈沖信號的個數判斷出刀庫轉過幾個刀 位，實現刀庫準停[54]。該刀庫采用固定刀位管理：刀套的編號即是刀具的號碼。
斗笠式刀庫自動換刀過程
U刀庫控制系統進行初始化。刀庫的一號刀位應該停在刀庫的換刀位置上，如果刀 庫沒有零點檢測信號，需要首先用手動方式將刀庫轉到一號刀位位置，然后才能執行初始 化命令。初始化后的結果是：刀庫停在一號刀位置上且不裝刀，刀庫其它位置裝刀，主軸 裝1號刀，將主軸刀號設置為1 , PLC刀庫計數器直接置1。在不發生亂刀、刀盤旋轉至 主軸目前刀號中斷和刀盤旋轉至目標刀號中斷的時候，只需初始化一次即可。
刀庫處于初始位置，此時刀庫遠離主軸[55]。刀庫氣缸磁性接近開關A發送信號到數控 機床的PLC中，對刀庫狀態進行確認，確認無誤后，中間變量P的值為1。
1.2數控系統接到換刀指令M06之后，NC將發給PLC—個內部信號，啟動自動換刀 程序。對指令的目標刀號和當前主軸刀號進行比較，如果相等，直接發出換刀完成信號， 如果不等，啟動換刀程序，進入下一步，中間變量P的值為2[55]。
Z軸運動到第一參考點位置，同時主軸準停，中間變量P的值為3。
1.4判斷主軸有沒有刀，假如沒刀，則刀庫不用進行取刀過程，可直接進入換取新刀 過程，中間變量P的值為4。跳轉到步驟1.5繼續執行換取新刀程序[56]。假設主軸有刀， 則要先取下舊刀再更換新刀，中間變量P的值為5。跳轉到步驟1.4.1執行取下舊刀程序[56]。
1.4.1主軸有刀時，需要進一步判斷當前主軸刀號與當前刀號是否相等，若不相等，調 用刀庫就近換刀子程序，命令刀庫旋轉，直到當前刀號與主軸刀號相等，刀庫停止旋轉。 中間變量P的值為6。
1.4.2 Z軸運動到第二參考點位置，將當前主軸上的刀具還到刀庫中對應的刀位上。 中間變量P的值為7。
1.4.3刀庫前進到換刀位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關B發送信號到數控機床的 PLC中，對刀庫狀態進行確認，確認無誤后，中間變量P的值為8。
1.4.4刀庫抓刀確認后，主軸上的打刀缸電磁閥得電，主軸吹氣松刀。主軸松刀后打 刀缸伸出限位開關C發送信號到數控機床的PLC中，確認本步動作執行完成，允許下一 步動作開始[56]。中間變量P的值為9。
1.4.5 Z軸運動到第一參考點位置。中間變量P的值為10。跳轉到步驟2.6繼續執行換 取新刀程序。
1.5主軸無刀時，刀庫前進到換刀位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關B發送信號到 數控機床的PLC中，對刀庫狀態進行確認，確認無誤后，中間變量P的值為11。
1.6調用刀庫就近換刀子程序，中間變量P的值為12。
1.7 Z軸運動到第二參考點位置，氣動打刀缸電磁閥失電，主軸抓刀。主軸抓刀后打刀 缸收回限位開關D發送信號到數控機床的PLC中。中間變量P的值為13。
1.8刀庫后退到初始位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關A發送信號到數控機床的 PLC中，對刀庫狀態進行確認，確認無誤后，中間變量P的值為14。
1.9 Z軸運動到第一參考點位置，換刀結束，主軸定位解除，向數控系統發送換刀完成 信號。中間變量P的值為0。
本編程方法的重點是將刀庫換刀的動作進行分步。“步”存儲在一個中間變量P中，刀 庫換刀時，每一個動作正確完成后，中間變量P的值都會改變，成為下一個動作啟動的必 要條件，整個換刀動作完成以后將中間變量P置零，下一個換刀命令到來后又從步1開始 執行[57]。這樣不僅使PLC程序簡單、直觀，而且由于“步驟”是的，這樣就能避免信 號之間的互相干擾，保證了刀庫換刀的安全可靠，并可對每一個動作的執行情況進行監控， 避免出現事故。
換刀系統程序設計
為了方便刀庫的調試，刀庫控制系統設有自動和手動兩種工作方式。在自動工作方式 下，給定目標刀號，刀庫就能夠實現就近找刀，自動換刀，并能夠對換刀過程的每一個動 作是否到位進行監控，以保證換刀過程的安全可靠。在手動工作方式下，實現刀庫調試與 維修時用到的各種手動操作功能，這些功能包括刀庫正、反轉，主軸松、緊刀，刀庫伸出， 刀庫后退和刀庫返回原點等。
2.1自動就近換刀
在自動運行模式下，系統按照換刀流程，順序完成各步動作，其中如何根據目標刀具 號和當前刀具號的差值判斷刀庫應該正轉還是反轉，從而實現就近找刀，是PLC程序的一
項重要任務。刀庫就近換刀流程圖如圖4-10所示。
當收到調用刀庫就近換刀子程序命令后，比較當前刀號和目標刀號的數值的大小，當 前刀號等于目標刀號的時候，刀庫停止轉動，發送換刀完成指令[58];當前刀號大于目標刀 號的時候，其差值等于當前刀號減去目標刀號；當前刀號小于目標刀號的時候，其差值等 于當前刀號加上刀庫總數然后再減去目標刀號。再比較差值與5的大小，如果差值小于或 等于5,旋轉步數等于差值，刀盤正轉；如果差大于5,旋轉步數等于刀庫總數減去差值， 刀盤反轉。在刀庫上設有刀具計數開關，刀庫每轉過一個刀位，便產生一個脈沖信號，旋 轉步數相應減一，直到等于零時，刀庫停止旋轉[58]。為了刀庫能準確的停在換刀位置上， 可延長刀庫停止的時間。同時，不斷更新當前刀號，根據刀庫旋轉方向的不同，當前刀號 加1或者減1,當加到大值或者減到小值時，當前刀號寄存器重新賦初值[58]。其關鍵 程序見附錄二。
2.2手動換刀
在手動運行模式下，刀庫旋轉有點動和連續，如何根據刀庫旋轉方向的不同，實時更 新當前刀號，以及按鈕松開后刀庫準確的停在換刀位置上，是手動換刀PLC程序的一項重 要任務。
對于按鈕開關作為輸入信號時產生的抖動，可采用軟件延時的方法進行消抖；對于如 何判斷點動和連續，可啟用一個簡單的計數器，根據計數器值的大小來確認點動或連續； 對于刀庫能準確的停在換刀位置上，可延長刀庫停止的時間；對于實時更新當前刀號，可 根據刀庫旋轉方向的不同，當前刀號加1或者減1，當加到大值或者減到小值時，當 前刀號寄存器重新賦初值，如果更新完的當前刀號與刀庫停止時的刀號不一致，可在計數 前適當加上一定延時。其關鍵程序見附錄二。
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