基于西门子802DSl系统PLC分度轴的大小径刀具换刀控制方法.pdf

技 术 基于西门子 8 0 2 D S 1 系统 P L C分度轴的 大小径刀具换刀控制方法 梅靖 ，易孟青 ，柯健 广 1 机床厂有限公 司技术 中心 ， 广 东广州 5 1 1 4 3 0 刀库选刀的可靠性 。 关键词 8 0 2 D S 1 ；P L C轴 ；分度轴 ；大 小径刀具 中图分类号 T G 6 5 9 T P 2 7 1 -4 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 0 1 2 0 0 4 8 0 2 近年来 ．数 控机床产业蓬 勃发展 ，可一直 以来 。机床 刀库选 刀的可靠性始终是机 床可靠性 的一个瓶颈 。传统数 控 机床 刀库 由于 使用 三相 异步 电机或 者液 压 马达 作 为动 力 ，通过外 部的感应开关来判 断刀杯号 ，这不但造 成调试 困难 ，甚 至影响选刀精度 ，进 而降低 了选刀的可靠性 。 同 时 ，南于该方 法对刀库 的制造精度 要求较高 ．P L C程 序编 制复杂 ，大大降低 了机床企业 的生产效率 。如果选择一 种 新 的方 法 ，即基于西 门子 8 0 2 D S 1 系统 P L C分度 轴的大 小 径刀具换刀控制方法 ，将在一定 程度上 突破 传统机床 刀库 选 刀 的 瓶 颈 该方法核心 内容是 刀库采用 交流伺服 电机作为源 动 力 ，在 C N C中将 刀库旋 转运 动定义 为数 控 P L C轴 ．进 而 实现刀套定位 。其控 制过程 为 P L C接收操作 者的找刀指 令 rr x x后 ，向 C N C发 出运动请求 ，由 C N C控 制刀库 电机 的旋转 。由于使用了 P L C轴功能 ，刀库 电机旋转控制 的指 令 接 口 、参数化都 在 P L C程 序 中进行 ．同时 结合 C N C宏 程序 ，操作 者只需 使用 指令 T x x便 可实 现按 刀具号 找刀 ． 方便而可靠。 使用 P L C轴的控制方法有 以下优点 。 1 每次上 电后 执行 回零操 作 。坐标 系准确 ，同时交 流伺服的控制精度高 ，因而刀套定位非常准确可靠 。 2 由于 P L C轴 和其他 N C伺服轴相 同 ，可通过 C N C 的螺补参数进行各个 刀套的位置补 偿和反 向间隙补偿 ，可 以 弥 补 机 械 制 造 误 差 引 起 的 刀 套 位 置误 差 也 可 以通 过 零 点 偏 移修 正整 个 刀 库 的 位 置 偏 差 ⋯。 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 0 4 3 电气元件简单 伺 服 电机 、旋转 编码器 、回零减 速 开 关 。 4 定位速度可调 ，便 于安装调试 。 l换刀逻辑 1 刀具 设 定 规 则 大径刀的相l临两侧刀套 内必须为空 ，右 空中径刀的右 侧 刀套 内必 须为空 ，左空 中径 刀 的左 侧刀 套内必须 为空 ， 空刀套的刀具号设定 为一 l 2 7 也可设 定其他数字 ．P L C识 别为空 刀 。同时规定 l ～ 2 6号刀为小径刀 ，2 7 、2 9号刀为 左 空 中 径 刀 ，3 2、3 4号 刀 为 右 空 中径 刀 ，3 6、3 9号 刀 为 大径刀 假设为 4 0个刀套 。 2 刀库数据存储 刀 库 数 据 表保 存 在 系 统 的可 保 持 数 据 区 VB1 4 0 0 0 0 0 0～ V B 1 4 0 0 0 1 2 7中 ，初始化 后刀套 表 中每个刀 套中具 有与 刀 套号相同的刀具号 ，且规定主轴上无刀具且刀具表 中为 O 。 V B 1 4 0 o O 0 o 0 储 存 主 轴 刀 具 号 ． 刀 库 刀 具 储 存 在 VB1 4 0 o O 0 01 ～ VB1 4 0 0 0 l 2 7中 。 3 刀具 交换 规 则 规 则 如 下 主轴小径 刀与 刀库小径 刀交换 ，一次性换刀 ； 主轴 大径 刀与刀库 大径刀交换 ，一次性换刀 ； 主轴 右空 中径 刀 与刀库 右 空 中径刀 交换 ．一 次性 换 刀 主 轴 左 空 中 径 刀 与 刀 库 左 空 中径 刀 交 换 ． 一 次 性 换 刀 数 控 主轴 与 刀 库 不 同刀 径 刀 交换 ，第 一 次 主轴 刀具 换 到 数 据 表 中为 0的 刀 套 中 ，第 二 次 再 把 新 刀 具 换 到 主 轴 上 。 同 时 设 置 主 轴 大 小 刀 标 志 符 地 址 为 VB 4 9 0 0 0 0 0 2 指 令 刀 具 号 大小 刀 标 志 地 址 为 VB 4 9 0 0 0 0 0 4 VB4 9 0 0 0 0 0 0 ～ V B 4 9 0 0 0 5 1 2为 P L C和 N C公共 存储器 ，此数 据 区可 以进 行 P L C 和 N C 的 数 据 交 换 通 过 比 较 V B 4 9 0 0 0 0 0 2和 VB 4 9 0 0 0 0 0 4来 判 断 是 否 为相 同刀 径 。 以上交换规则如图 1 所示 图 1 刀 具交 换 规 则 4刀 套 表 刷 新 在 机 械 手 将 刀套 内 的 刀 具 与 主 轴 上 的 刀具 交 换 后 ．必 须刷新 刀表 ，即原 主轴上 的刀具号写入 当前刀套 表中 ．编 程 刀具 号 写 入 主 轴 刀套 表 。如 表 1所 示 。 表 1 主轴刀套表 刀具 刀套表 初始 化 T l 硼 T 2 圳 5 T 2 7 5 6 T 3 6 怕 T 3 9 6 主轴 V B 1 4 0 0 0 0 0 0 0 1 2 0 2 7 0 3 6 3 9 刀套 1 V B 1 4 0 0 0 0 0 l 1 0 0 2 2 2 2 2 刀套2 V B l 4 0 O 0 0 O 2 2 2 l l l l 1 l 刀套2 7 V B 1 4 0 0 0 0 2 7 2 7 2 7 2 7 2 7 0 2 7 2 7 2 7 刀套2 8 V B l 4 0 O O 0 2 8 1 2 7 1 2 7 - 1 2 7 1 2 7 1 2 7 一 l 2 7 1 2 7 一 l 2 7 刀套3 5 v B 1 4 0 0 0 0 3 5 1 2 7 - 1 2 7 1 2 7 1 2 7 - 1 2 7 - 1 2 7 1 2 7 1 2 7 刀套3 6 V B I 4 0 0 0 0 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 0 0 刀套3 7 V B I 4 0 0 0 0 3 7 1 2 7 1 2 7 - l 2 7 1 2 7 一 l 2 7 1 2 7 1 2 7 1 2 7 刀套3 8 V B I 4 0 0 0 0 3 8 1 2 7 1 2 7 一 l 2 7 1 2 7 1 2 7 1 2 7 一 l 2 7 1 2 7 刀套3 9 V B 1 4 0 0 0 0 3 9 3 9 3 9 3 9 3 9 3 9 3 9 3 9 3 6 刀套4 0 V B 1 4 0 0 0 0 4 0 1 2 7 1 2 7 1 2 7 - 1 2 7 - 1 2 7 1 2 7 1 2 7 1 2 7 2 P L C分度轴的应用 P L C轴 的 硬 件 配 置 和 其 他 NC 伺 服 轴 相 同 ，P L C轴 的 显示和其他伺服轴相 同 ，显示 在 8 0 2 D S 1 的轴 显示 区域 。 如 图 2所 示 。 在 某 些 应 用 情 况 下 ， 进 给 轴 总 是 只 定 位 在 一 些 特 定 位 置 ，这 些 特 定 位 置 称 为 分 度 位 置 ， 相 关 的 进 给 轴 被 称 为 “ 分度 轴 ” 。 而 P L C分 度 轴 就 是 设 定 为 分度 方 式 的 P L C轴 图 2 P L C轴 的显 示 对 于每根 分度 轴 ，它相 应 的分度 位置 单 位为 毫米 或。 都必须作为机床数据保存在表格 中。因此 ．各个分度 位置的距离可 以为任意不同的值 ，在这 里就把每个刀套间 的位置设定在参数中 ，当选择 了相应 的刀具 后 ，相应 的分 度轴 就 能 走 相 应 的 分 度 位 置 ． 分度 轴 功 能 大 大 简 化 了 P L C 编程 。 3人机界面的诊断 机床操作者经常需要查 看或修改刀库数据表 ，因此刀 库数据表 的人机接 口就显得特别重要 。8 0 2 D S 1 的系统操作 区提供 了刀库 数据表的诊断功 能。通 过在“ P L C状态 ”界 面输入 “ 操作数 ”就可 以在 “ 值 ”这一栏查看刀杯 中的刀 号 。如 图 3所 示 。 4结束语 运用该方法的加T 巾心运行 1年来 ，换刀过程灵活 ． 『 _____ ___曩 再 厂 T ■ ■ ● _ _ - ■ ’_1 L登 ．．- _ ． L 一一I 图 3 人 机 界 面 下转 第 6 5页 工业 自 图 6 系统 主程 序 流 程 图 采集 的数据 取 1 ／ 1 0后累加保 存到 全局变量 的数组 中 ，然 后将 采 集 的 数据 丢 弃 这 样 可 尽 量 少 的 占用 数 据 存 储 器 空 间 ，增 加 了 系统 的 可 扩展 能 力 。 考 虑 到 湿 度 变 化 的 缓 慢 特 性 ，增加 了延时程序 ，确保传感器采样 的可靠性。 控 制 子 程 序 主要 是 对 各通 道 的 湿 度 均 值 与设 定 的 湿 度 上下限进行 比较判断 ．发 出控 制信号 ，从而实现对 除湿机 的自动控制。封存环境 的最佳湿度值为 4 5 ％R H ～ 5 5 ％R H之 间。当各个通道的湿度值都小于 O ． 4 5时 ，关闭除湿机 当 各个通道的湿度值有 一个大于 0 ． 5 5时 ，开启除湿机 ，从 而 实现了封存环境中的湿度值始终保持在最佳湿度值范 围内。 该监控系统 已应用于某军 用仓 库中 ，其核心控 制部分 如 图 7所 示 。该 仓 库 地 处 南 方 沿 海 ，常 年 空 气 湿 度 值 较 高 ，装备保养维护任务重 、效率低 ，特别是精密仪 器，维 护不便 。采用该系统封存武器装备 提高了封存质量 、延 长 了封存时问 、减少了维护工作 量 ，从整体上提高 了武 器装 备维护管理水平 ．促进 了部队正规化建 设。封套封存 的武 器装备一经启封即可在短时间 内完成平 战转换 。提高 了部 队快速 反应 能力 ．有利于战备和应付 突发事件 。 4结束语 装 备存 放环境的好坏直接影响着装 备的性能状态 。关 系 到 我 军 的 战 斗 力 。 本 文 简 要 介 绍 了一 种 将 装 备 封 存 ， 同 时 利 用 转 轮 除 湿 机 控 制 其 封 存 环 境 内部 湿 度 的 方 法 ，详 细 说 明了监控系统核心部件的设计思路 。该湿 度监控系统最 罔 7 湿度监控系统控制板实物网 多 能 够 采 集 8个 测 点 的 湿 度 值 ，将 得 到 的湿 度 值 进行 分 析 处理 ．与设定的湿度上下限进行 比较 、判断 ，发 出控制信 号 ，控 制除 湿机 的启停 ．实 现封 存环境 中湿 度 的 自动 控 制 。系统运行 可靠 ，通 用性 强 ，不仅可应用 于装备封 存环 境下 的湿度监控 ，而且 还可应 用在各种需对环境湿度进行 控 制的场合 ，给湿度 的 自动监控设 计提供 了一个成 本低 、 研发周期短 、可靠 性强 的方案 。 参考文献 『 1 1欧阳琰 ，陈先桥 ，万剑 ．等．F r e e s c a l e单 片机 的低成本 货梯 控 制 系统 [ J ]．单片机 与嵌入 式系统应用 ，2 0 0 9 1 5 9 6 O． [ 2 ]张敏．基 于单片机的 多点湿度监测 系统设计[ J ]．中国仪 器 仪表 ，2 0 0 8 0 6 7 4 7 6 ． [ 3 ]周 立功．L P C 9 0 0系列单 片机应 用设计[ M]．北 京北京航 空航天大学 出版社．2 O o 4 ． 第一作者简介 江鹏程 ，男 ，1 9 7 9年生 ，湖北黄冈人 ，硕士。研 究领域 军用 车辆 机电系统状态检测与故障诊断。已发表论文 1 O 篇。 编 辑 向 飞 上接 第 4 9页 故障率较传 统加T中心低 ．同时刀库管理 的可视化 ．提高 了 自动 刀 具 交 换 管 理 安 全性 。 通过 以上实例分析 ，不难看出大小径换 刀的应用简化 了刀库 电气元件 的配置 ，同时又实现 了大小径 刀具便捷换 刀 ，进 而提 高了刀库换刀效率 ，而且该方法 以其 高精度定 位 增 强 了刀 库 选 刀 的 可靠 性 。 参 考 文 献 [ 1 ]黎 明．应用西 门子 8 4 0 C数控 系统 实现链 式刀库的控制[ J ]． 工具 技 术 ，2 0 0 4，3 8 1 2 1 4 2 0 ． [ 2 ]S I N U ME R I K ． 2 0 0 9 ． [ 3 ]S I N U ME R I K ． 2 0 0 7 ． [ 4 ]S I N U ME R I K ． 8 0 2 D S o l u t i o n L i n e P L C子程 序库 说 明 [ Z ] 8 0 2 D s l车削 、铣 削、 步冲 功 能手 册[ Z] 8 0 2 D S o l u t i o n L i n e 简明调试手册 [ Z]． 2 0 0 8 第一作者简介 梅靖 ，男 ，1 9 8 1年生 ，浙江嘉兴人 ，硕士 。研 究领域 机 电一体化。已发表论文 2篇 。 编 辑 向 飞