链式刀库控制体系设计研究

1、链式刀库控制体系设计研究选刀过程的分析在自动换刀装置开始换刀动作之前，链式刀库应准确 地将需要用到的刀具送到换刀位置。刀库的运动由伺服电机 控制，伺服电机通过驱动圆柱分度凸轮旋转来带动刀库运 动，凸轮旋转一周，刀库运动一个刀位。刀库中存有32把 刀具，假设x号刀具现在处于换刀位置，要求重新选取y号 刀具。为了将y号刀具送到换刀位置，必须正确判断电机的 转向和记忆经过换刀位置的刀号4。在人机界面中将目标 刀号y输到plc的内部寄存器中。plc将目标刀号y与当前 刀号x进行比较，若x二y,自动换刀装置开始换刀;若x>y, 将的值与16相比较，若大于则电机反转，反之正转;若x<y, 将的

2、值与16比较，若大于则电机反转，反之正转。利用plc 内的c221增减计数器来记录当前刀号x。当电机正转时,c221 的数值加1,反之减1。换刀过程的时序分析选刀过程完成以后，则需将刀库中的刀具和机床主轴 上的刀具进行交换，整个过程由气缸和机械手配合完成。气 缸中的活塞杆通过连杆与拨叉连接在一起，拨叉用于实现刀 套的翻转和回转。拨叉随着活塞的运动而进行往复运动，从 而拨动换刀位置上的刀套，使其完成90°往复翻转。活塞的 运动由一个二位五通电磁阀来控制，同时，在气缸上安装了 两个磁性开关，用于检测气缸在完成刀套翻转和回转时活塞 的位置。当磁性开关检测到刀套的回转信号后，机械手开始 动作

3、，机械手由atc电机来控制。在换刀过程中，刀库、气 缸和机械手三者之间应准确配合，若三者之间的配合不准 确，将造成换刀动作的失败2。为了避免在换刀过程中各 个动作发生相互干涉，本系统设计了刀库及自动换刀装置的 动作时序。当plc接收到机床发出的换刀指令1时，伺服电 机开始旋转。当目标刀具到达换刀位置时，plc发出刀库定 位信号2,使伺服电机停止旋转。伺服电机停止旋转后，翻 刀电磁阀信号3接通，气缸内活塞缩回，刀套翻转，同时回 刀磁性开关断开。当刀套翻转完成后，翻刀磁性开关闭合， 发出翻刀定位信号4。待气缸内气压充足后，接通atc电机 信号5,机械手开始旋转完成整个换刀动作3。当机械手 完成换刀

4、动作后，plc发出atc电机停止信号60 atc电机停 止转动后，回刀电磁阀接通，气缸内活塞伸出，翻刀磁性开 关断开。当回刀磁性开关闭合时，发出回刀定位信号7,回 刀电磁阀断电，换刀过程结束。刀库及自动换刀装置的驱动设计1刀库的驱动设计本控制系统利用伺服电机来驱动刀库的运动。伺服电 机带有编码器，能够实现伺服电机的闭环控制，使刀库能够 准确、快速定位。本设计中伺服电机选用安川 sgmgv-13adc61,伺服驱动器选用安川sgdv-120a01a。伺服 驱动器有三种控制模式:转矩控制模式、速度控制模式和位 置控制模式。本设计采用位置控制模式，以plc输入到驱动 器中的脉冲频率来控制刀库的运行速

5、度，以脉冲数来控制刀 库的位置。刀库的驱动设计图如图4所示。其中，cn2部分 与旋转编码器相连，cnl部分与plc相连。由于plc是集电 极开路输出，因此将plc与驱动器的脉冲、方向及清除信号 端口连接时须各串联一个2kq的上拉电阻。cnl单元中/s-on 为使能输入，当/s-on没有信号输入时电机停止转动。sign 和/sign控制电机转动方向，当sign和/sign接通时伺服电 机正转;反之，伺服电机反转。puls和/puls为脉冲输入端 口。2自动换刀装置的驱动设计本设计中，自动换刀装置由交流电机驱动。自动换刀 装置在运行过程中要求电机启动平滑、制动快速，这里釆用 三菱变频器来控制交流电

6、机。自动换刀装置的驱动设计图如 图5所示，分为主回路和控制回路。主回路包括电源输入和 电机控制输出；控制回路有5个多功能输入端子，rh、rm和 rl控制电机多速选择，stf和stl控制电机正转和反转。plc 通过控制回路的多功能端子使电机在不同转速下运行。软件设计本控制系统的操作界面采用北京亚控科技有限公司的 组态王来设计，组态王适应性强、开放性好、易于扩展，能 有效的实现对自动换刀装置的实时监测与控制。1组态王与plc的连接组态王与三菱fx1n系列plc的 连接协议有:三菱协议、fx2-485协议、三菱ezsocket协议。 本设计中采用三菱协议，同时，利用plc的编程电缆将plc 的编程端口与计算机的串行口相连，实现两者之间的通讯。 为了使组态王和fx1n能正常通讯，组态王和plc中的串口 通讯参数应设为一致，本系统的通讯参数中波特率设为 9600、数据位长度设为7、停止位长度设为1、奇偶检验位 设为偶检验。2人机界面的设计控制系统的人机界面如图6所示。人 机界面包括三部分:刀库运动的模拟、自动换刀装置的监控、 刀库运行的参数设置。结束语通过对换刀过程的分析，设计了刀库及自动刀装置的 驱动系统，同时利用组态王设计了人机界面，实现了人机对 话。