基于PLC刀库控制系统研究.pdf

第 2期 2 0 1 5年 2月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o d ul a r M a c h i n e To o l Au t o ma t i c M a n u f a c t ur i ng Te c h ni q u e N0． 2 Fe b．20 1 5 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 5 0 2 0 1 0 7 0 3 D O I 1 0 ． 1 3 4 6 2 ／ j ． c n k i ． mm t a mt ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 3 0 基于 P L C刀库控制系统研究 水 杨伯金 ， 张跃明 ， 牟宏明 ， 杨 宇 1 ． 北京工业大学 机械工程与应用电子技术学院 北京 1 0 0 1 2 4 ； 2 ． 呼和浩特众环 集 团 有 限责任公 司， 呼和浩特0 1 0 0 5 1 摘要 刀库及 自动换 刀装置作为加工 中心的重要 功能部件 ， 其性能直接影响加工效率。对刀库及 自 动换刀装置控制逻辑进行分析 ， 从 总体方案设计、 刀库控制逻辑和程序设计等方面阐述 了对 P L C控 制 系统的应用研 究。重点研 究了刀库换刀动作 时序及控制 系统进行刀库就近选刀定位、 刀套翻转及 机械手快速换刀等的逻辑控制。刀库通过 P L C程序 实现 刀库就近选刀与 自动换 刀控制。经 实际应 用验证该 系统性能稳定， 结构简单 ， 操作方便 ， 动作快速 ， 准确能够满足应用要 求。 关键词 刀库 ； 自动换刀装置； P L C； 控制 系统 中图分类号 T H1 2 2 ； T G 6 5 9 文献标识码 A Th e Re s e ar c h o f t h e PLC Con t r o l Sy s t e m f o r t he To o l M a g a z i ne Y A N G B o - j i n ， Z H A N G Y u e - m i n g ， MU Ho n g - mi n g ， Y A N G Y u 1 ．C o l l e g e o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n d A p p l i e d E l e c t r o n i c s T e c h n o l o g y ， B e ij i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy ， B e i j i n g 1 0 0 1 2 4 ， C h i n a ； 2 ． H u h h o t Z h o n g H u a n G r o u p C O ． ， L T D ． ， H u h h o t 0 1 0 0 5 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e t o o l ma g a z i n e a n d a u t o ma t i c t o o l c h a n g e r i s an i mp o r t a n t f u n c ti o n c o mp o n e n t i n t h e ma c h i ． n i n g c e n t e r ，wh i c h a c t u a l p e r f o r man c e d i r e c t l y a f f e c t s the e f fic i e nc y o f ma c h i n i n g c e n t e r ．I n t h i s p a p e r，i t i n t r o d u c e s the a p p l i c a ti o n o f the c o n t r o l s ys t e m f r o m s e v e r a l a s p e c t s o f t h e o v e r a l l p r o g r a m d e s i g n，the c o n tro l o f t o o l ma g a z i n e an d t h e c o n 仃o l o f a u t o ma tic t oo l c h a ng e r ．Th i s P a p e r f o c u s e s o n the c o n t r o l o f t h e t o o l ma g a z i n e f o r t h e p o s i t i o n o f the t o o l ，t h e fli p o f t oo l h o l d e r a n d the t oo l c h a n g e r o f man i p u l a t o r d u r i ng the o p e r a tio n．Th e PLC p r o g r a m C an c o mp l e t e the s e l e c ti o n o f too l ma g a z i n e n e a r e s t t o o l a n d the c o n t r o l o f a n t o ma t i c too l c h an g e r ．Th i s s ys t e m i s c e r t i fie d to me e t the a p p l i c a ti o n r e q u i r e me n t s wi th the s t a b l e p e rfo r m- a l i c e，s i mp l e s t r u c t u r e，e a s y o p e r a ti o n a n d the r a pi d a n d a c c u r a t e a c tio n ． Ke y wo r dsthe too l ma g a z i n e；a u t o ma tic t o o l c h a n g e r；P LC；c o n tro l s y s t e m 0 引言 刀库及 自动换刀装置是实现刀具储备及 自动交换 的重要功能部件 ， 是 高档加工 中心和重型加工中心的 重要组成部分” 。刀库储备加工刀具， 根据换刀指令 将刀具送至换刀位置 ， 刀套翻转 ， 机械手将主轴上的刀 具与 目标刀具进行交换。刀库及 自动换刀装置控制系 统的稳定运行是实现多工序连续加工的关键 。随着加 工中心向高 自动化集成 、 高精度 、 高效率方 向发展 ， 对 刀库及 自动换刀装置控制 系统性能提 出了更高的要 求。在刀库及 自动换刀装置选刀换刀过程 中， 控制系 统需要按照严格的逻辑关系和动作时序控制各机构运 动完成相应动作 。自动换刀装置的换刀动作较多 ， 且 动作的相互协调关系复杂 ， 容易发生故障。因此， 刀库 及 自动换刀装置的控制便成为加工中心控制系统中非 常重要的环节 。本文以众环公司 B T 4 0 - 2 0 L型 圆盘 式刀库为研究对象 。阐述刀库及 自动换刀装置的逻辑 控制、 硬件和程序设计等方面的研究 ， 设计完成刀库及 自动换刀装置 P L C控制系统。 1 控制方案总体设计 控制系统硬件主要由 P L C， 伺服驱动器 ， 变频器等 组成 ， 主要完成刀具定位、 刀套翻转以及机械手换刀等 动作。通过对输入输 出信号的精确统计和余量考虑 ， 确定选用三菱 F Xl N - 4 0 M T型 P L C 。伺服电机驱动刀库 运动 ， 实现选刀与刀具精确定位 。通过二位五通电磁 阀控制进气和排气 ， 气缸带动刀套翻转。机械手的运 动由电机和凸轮箱联合控制 ， 并由机械手位置反馈装 置检测机械手的旋转信号， 然后将旋转信号反馈给 P L C， 实现机械手启停运动的控制 。设计人机界面 与 P L C进行通讯 ， 实现了对换刀过程 的模拟及监控。 控制系统的总体结构如图 1 所示。 收稿 日期 2 0 1 4一 o 60 6 基金项 目 3 3 库及 自动换刀装置规模化制造关键技术与装置的研发 2 0 1 2 Z X 0 4 0 0 2 0 5 1 作者简介 杨伯金 1 9 8 8一 ， 男， 山东潍坊人 ， 北京工业大学硕士研究生 ， 研究方 向为刀库及 自动换刀装置控制 ， Em a i l y a n g b o j i n 1 2 6 ． t o m。