刀架，作為數(shù)控車床類產(chǎn)品上最重要，最核心的機(jī)械部件之一，主要用于夾持切削用的刀具，許多刀架還直接參與切削工作，因此刀架可靠性的好壞，性能的優(yōu)劣，都直接影響到機(jī)床的切削性能和切削效率等。隨著刀架結(jié)構(gòu)，技術(shù)的成熟，性能的提高及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)價(jià)格的降低，在數(shù)控車床上已越來越多地選擇配置液壓伺服刀架

　　本文主要基于西門子802D sl數(shù)控系統(tǒng)，針對(duì)臥式12工位伺服刀架展開對(duì)回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)，數(shù)控系統(tǒng)的接口，伺服控制器的接口等進(jìn)行介紹，并編程分析了伺服刀架的控制原理及過程。

1 伺服刀架控制系統(tǒng)的工作原理

　　1.1 回轉(zhuǎn)刀架介紹

　　數(shù)控車刀架一般分為3類，排刀式刀架一般用于小規(guī)格的數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主；當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，通常采用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置；本項(xiàng)目中采用的即為數(shù)控車床中最常用的一種典型換刀刀架-回轉(zhuǎn)刀架，其是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置?；剞D(zhuǎn)刀架上回轉(zhuǎn)頭各刀座主要用于安裝各種不同用處的刀具，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀就是通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)，分度和定位來實(shí)現(xiàn)的。

　　回轉(zhuǎn)刀架主要分為立式刀架和臥式刀架兩種，立式回轉(zhuǎn)軸垂直于機(jī)床主軸，多用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，臥式回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸平行于機(jī)床主軸，可徑向與軸向安裝刀具。

　　1.2 數(shù)控系統(tǒng)的接口

　　西門子的820D sl系統(tǒng)的核心是PPU，它主要包括NCK，PLC，HMI，閉環(huán)控制和一些通信任務(wù)。在控制系統(tǒng)中，NCK與PLC通過數(shù)據(jù)塊進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳遞。

　　該項(xiàng)目中的臥式伺服刀架部分主要采用SFW系列刀架驅(qū)動(dòng)控制器進(jìn)行控制，刀架動(dòng)力頭采用西門子伺服電機(jī)，其由西門子802D sl數(shù)控系統(tǒng)配置的伺服控制器直接控制。

　　數(shù)控車床的伺服刀架操作為PLC通過I/O模塊與機(jī)床各個(gè)機(jī)構(gòu)的輸入輸出點(diǎn)連接。PLC主要通過輸出點(diǎn)進(jìn)行伺服刀架控制器的工作模式選擇，工位的定位及選刀啟動(dòng)，并通過輸入點(diǎn)進(jìn)行當(dāng)前工位的判斷，報(bào)警信息的讀取等。在伺服刀架的機(jī)構(gòu)控制中主要兩個(gè)電磁閥QY0，QY1用于控制刀架及動(dòng)力頭的卡緊松開，兩個(gè)卡緊松開到位檢測(cè)開關(guān)B0，B1。在完成伺服刀架控制的動(dòng)作過程中PLC接受NCK的控制命令并對(duì)輸出接口模塊進(jìn)行輸出控制來執(zhí)行相應(yīng)的操作。

　　1.3 伺服刀架的伺服控制器接口及其功能

　　圖1所示為該項(xiàng)目使用的SFW系列刀架伺服控制器的接口，其中主要接口的基本功能介紹如下：

　　CN1：控制器主電源接口；

　　CN4：伺服電機(jī)編碼器接口；

　　CN8：伺服刀架傳感器信號(hào)接口；

　　CN10：信號(hào)輸出接口，PLC通過該接口讀取當(dāng)前工位數(shù)，報(bào)警信息等；

　　CN11：信號(hào)輸入接口，主要用于工作模式的設(shè)定，工位的選擇等。

　　1.4 伺服刀架的工作過程

　　伺服刀架的工作過程主要包括，刀架的回零和手動(dòng)，自動(dòng)換刀過程。刀架正常換刀的前提是準(zhǔn)確回零以建立刀架計(jì)數(shù)參考系。與此同時(shí)，刀架每次動(dòng)作之前都需要對(duì)動(dòng)力頭準(zhǔn)確定位，以保證動(dòng)力頭和相應(yīng)的離合器系統(tǒng)準(zhǔn)確的嚙合與脫開。

2 控制方式設(shè)計(jì)及PLC程序?qū)崿F(xiàn)

　　2.1 動(dòng)力頭回零與定位

　　動(dòng)力頭定位是刀架一切動(dòng)作的前提。該項(xiàng)目中的動(dòng)力頭電機(jī)配置的是增量編碼器增量式編碼器，所以定位前需要先旋轉(zhuǎn)主軸一周進(jìn)行主軸回零操作，繼而完成動(dòng)力頭的定位功能。動(dòng)力頭的回零與定位功能是通過西門子802D sl系統(tǒng)的異步子程序功能完成的。其異步子程序如下

　　2.2 刀架的回零

　　執(zhí)行刀架動(dòng)作之前需要先將伺服刀架回零以建立伺服刀架計(jì)數(shù)參考坐標(biāo)系。進(jìn)行刀架回零動(dòng)作時(shí)，首先要將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為回參考點(diǎn)模式，在該模式下按下刀架回零按鈕，當(dāng)變量V10000001.7為1后執(zhí)行刀架回零動(dòng)作，刀盤開始旋轉(zhuǎn)，并搜尋零點(diǎn)信號(hào)，接受到零點(diǎn)信號(hào)后，刀盤停止旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，刀盤旋轉(zhuǎn)完成信號(hào)M8.8變?yōu)?時(shí)，并在PLC中對(duì)刀盤回零信號(hào)M44.5置位。回零信號(hào)M44.5為1時(shí)即代表刀盤回零完成，此時(shí)將整數(shù)1賦值給當(dāng)前工位數(shù)據(jù)塊VD14000084。

　　2.3 自動(dòng)換刀程序的實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)控系統(tǒng)通過M6調(diào)用NC程序時(shí)需要設(shè)置相應(yīng)的機(jī)床數(shù)據(jù)，主要包括：MD10715=6，系統(tǒng)通過M06調(diào)用換刀程序；MD10716=“TOOL”，換刀程序名為“TOOL”；MD22550=1，M代碼激活刀具參數(shù)。在自動(dòng)方式下通過M06調(diào)用NC換刀程序 “TOOL”，其主要用于完成動(dòng)力頭的定位功能，當(dāng)PLC程序檢測(cè)的動(dòng)力頭定位完成，即進(jìn)行刀盤旋轉(zhuǎn)之前的動(dòng)力頭刀套退回操作，一切準(zhǔn)備就緒后開始進(jìn)行換刀，換刀系統(tǒng)接收到換刀指令后，系統(tǒng)首先讀取刀號(hào)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的當(dāng)前到位號(hào)碼，并將該存儲(chǔ)單元中的刀位號(hào)數(shù)據(jù)塊VD14000084與換刀指令T代碼中給出的刀位號(hào)數(shù)據(jù)塊VD25002000比較，如果相同，則不需換刀，系統(tǒng)繼續(xù)向下執(zhí)行程序；如果當(dāng)前刀位號(hào)碼與換刀指令給出的到位號(hào)不相同，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，并不斷檢測(cè)刀位到位信號(hào)，等待換刀完成；直到刀位到位信號(hào)來之后程序結(jié)束。換刀完成后將T碼后面數(shù)值VD25002000賦值給刀架旋轉(zhuǎn)目標(biāo)工位VD14000084。

3 結(jié)束語

　　本文針對(duì)該伺服刀架的特有控制方式，基于西門子802D sl數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)該伺服刀架的有效控制。