自动换刀装置在数控加工中的应用

自动换刀装置在数控加工中的应用

0plc及其定位控制器在大型数控机床主要部件费用比作为一门动态加工中心，刀库选刀是其核心之一，直接影响到刀库、机械手和操作员之间的自动变更。这对于机枪的加工效率和加工精度具有重要意义。经过长时期的发展,PLC已具有强大的运算能力,良好的通讯功能,极高的处理速度,已获得广泛的应用。对于高精尖的大型数控机床主要部件目前大部分都用的进口元件,费用高。PLC及其定位控制器用于刀库、机械手和主轴间的自动换刀控制,取代某些昂贵的进口元件,降低了设备费用,是降低费用的最佳的选择。对于小型加工中心的自动选刀控制,是一种理想的控制设备。1切割加工中心的选择方法1.1顺序选择刀选刀方式要求按工艺过程的顺序(即刀具使用顺序)将刀具安置在刀座中,使用时按刀具的安置顺序逐一取用,用后放回原刀座中。1.2随机选择刀(1)刀座代码与选刀对刀库各刀座编码,把与刀座编码对应的刀具一一放入指定的刀座中,编程时用地址T指出刀具所在刀座编码。(2)刀具存放地址不同刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器内,刀具存放地址改变,计算机记忆也随之改变。在刀库装有位置检测装置,刀具可以任意取出,任意送回。2随机选刀方式刀库中有30个刀座,属于连续型刀库,可以是圆盘型刀库,也可使用链式刀库,刀库类型虽有所不同,但选刀控制方式相似,使用步进电机正反转控制。采用随机选刀方式,刀库中30个刀座不一定都有刀具,其中的道具编号与刀座编号不一定相同。T指令输入时程序大致执行过程如下:在刀库中查找T指令要求的刀具,找到时判断其所在刀座与换到位的位置关系,刀库以比较短距离的方式(正转或反转)高速转至距离换刀位两个刀座差的位置,低速转到换刀位,向机床输出换刀信号。3t指令的设置CNC送至PLC的信息可由开关量输出信号(对CNC侧)完成,也可由CNC直接送入PLC的寄存器中。在本设计中,采用前一种方式,以开关量信号进行信息交换。本设计中,在初次运行时必须使PLC的信息与CNC同步,所以设置一个寄存器设置的接口触点X004;T指令是CNC的选刀信号,所以设置一个T指令接口触点X005。PLC的数据寄存器单个均为16bit,所以设置寄存器内容时除“寄存器设置”触点外,还要16个触点配合使用,用于二进制码输入。与T指令配合使用的刀具代号以BCD码方式输入,因此,寄存器中刀具代号均使用BCD码储存。T指令的BCD码与寄存器设置的二进制码使用相同接口。本系统需要的I/O点数较少,共需22个输入点和4个输出点,因此选用三菱FX2N-48MR型PLC机,它是基本单元,输入输出点数各24点。当PLC仅用作刀库自动选刀时,FX2N-48MR可满足要求,但还有其他用途时则可能需要更多点的型号。Y000和Y001可采用晶体管脉冲输出,也可采用继电器输出方式;其他输出均采用继电器输出方式。本设计输出口采用继电器输出方式。(续表)4梯子图和程序4.1x005.2ser指令采用X005上升沿输入并逻辑取反指令INV,作用是使从LDX005到标记P3之间的程序在X005上升沿这个扫描周期内执行一次,其余时间执行到LDPX005这一行时跳过而不执行。SER指令是数据搜索指令,当T指令输入时,在主轴和刀库中查找T指令所要求的刀具。T指令输入,在主轴和刀库中查找设定刀具,结果存于D0～D4。没有找到设定刀具,M11置位(用于报警输出),跳转至P3,报警输出;找到设定刀具,将设定刀具所在位置(存于D1)存入变址寄存器V0中(MOV指令),用于后续处理。设定刀具处于换刀位的刀座上,换刀标志M9置位;设定刀具在换刀位刀座或者主轴上时,刀库都不需转动,因此跳过脉冲输出等程序段。4.2c0与015数值范围的关系计算过程如下:(1)设定刀具所在刀座减去换刀位当前刀座位置,结果存于C0(SUB指令)。(2)判断刀座差(有正负)C0与0～15数值范围的关系,结果存于M0～M2(ZCP指令)。M0～M2接通条件如下:M0,C0为负数;M1,C0为不大于15的非负数;M2,C0大于15。(3)M0通(C0为负数),M3置位,用于标识刀座差值原为负值,C0取补(NEG指令),跳转再次执行计算步骤(2),判断C0与0～15数值范围的关系。(4)M1通(C0为不大于15的非负数),将C0值传至C1(MOV指令)。(5)M2通(C0大于15),30减去C0值,差值存于C1(SUB指令)。(6)方向计算:以M1～M3最终状态来计算反转条件(Y001通):M3通(C0原为负数),M1通(C0绝对值不大于15);或者M3不通(C0原为非负数),M2通(C0绝对值大于15)。正转条件(Y001不通):M3通(C0原为负数),M1不通(C0绝对值大于15);或者M3不通(C0原为非负数),M2不通(C0绝对值不大于15)。M1与M2在判断时形成对立的通断状态,所以方向计算时不会同时接通或同时断开。(7)换刀处理,在第一次判断C0与0～15数值范围的关系时将主轴刀具代号(存储在D208)与设定刀具所在刀座(D208V0)的刀具代号交换(XCH指令),同时把设定刀具所在刀座位置存到D201(MOV指令),实现程序中的换刀操作。逻辑关系如图2所示。4.3m7连通条件(1)判断C1是否为0,为0则将换刀标志M9置位,将刀座差符号标志M3和用于流程控制M4复位,跳过脉冲输出程序。当C1不为0,则继续执行脉冲输出程序。(2)C1与2比较,结果存于M5开始的3个中间继电器中。M5～M7接通条件如下:M5,C1小于2(即等于1);M6,C1等于2;M7,C1大于2。注:C1在刀座差计算程序中获得的数据是设定刀具所在刀座与换刀位上当前刀座间的差值(非负数)。在此将它与2比较的意义在于,看刀库应该是高速运转还是低速运转,假如C1大于2,则需要高速运转至刀座差为2再低速运转;假如C1不大于2,则只要低速运转即可。(3)当C1不大于2(M7不通,常闭触点不动作),则执行低速脉冲输出,输出脉冲量使刀库转过一个刀座位置。(4)刀库转过一个刀座位置后,C1减1。在此设计中,转动完成以DPLSR语句影响的完成标志M8029接通来判断。(5)C1不大于2(M7不通),则不需要高速脉冲输出,因此跳过高速脉冲输出程序。如图3所示。4.4转速所需的脉冲数(1)C1大于2(M7通),则将C1减去2,结果存到C2。(2)用C2计算刀库高速旋转所需的脉冲数,结果存于D5～D8。M8置位,避免下次再次重复(1)(2)两步操作,以免产生错误,并用于启动高速脉冲输出。(3)M8接通时启动高速脉冲输出,高速脉冲输出完成(M8029接通)后,把C1内容改为2,用于低速脉冲输出;M8复位,断开高速脉冲输出。4.5脉冲信号输出SH-20402A控制电机转向时,应确保方向信号领先脉冲信号至少5μs建立,可避免驱动器对脉冲的错误响应。因此,PLC方向信号的输出应先于脉冲信号输出一个扫描周期。(1)方向计算并输出后,M4置位并跳过脉冲输出。(2)下一扫描周期时,由于M4接通,所以跳转至P2实际是继续执行脉冲输出程序,这样使脉冲信号比方向信号迟一个扫描周期输出到SH-20402A,这样可以避免产生错误。(3)当脉冲输出完成,C1变为0时,M4复位,M9置位,调至换刀信号输出。4.6变址分拣时,变址分拣时,a程序采用上升沿输入方式,接通X004前,相应寄存器设置内容(二进制码)必须先输入,以免设置错误,从D201到D240(变址寄存器V1从0到38,当V1=38时,V1清零)按顺序逐一设置其内容。旋转一个刀座位置所需脉冲数(二进制)、高速最高脉冲频率(二进制)、低速最高脉冲频率(二进制)计算确定后分开高十六位与低十六位分别输入,这些数据与刀库传动机构、步进电机参数有关。4.7更换刀的信号输出和更换刀完成信号输入(1)M9在程序中作为换刀信号,当M9通时,Y004接通,电磁阀YV0接通,机床换刀。(2)换刀完成后,X003接通,M9复位。4.8源和事件调整(1)M10通,表示主轴和刀库中找不到设定刀具,因此要报警输出。