基于PMAC的加工中心斗笠式刀庫自動換刀控制系統(tǒng)
精工加工中心控制系統(tǒng)的下位機軟件運行于TurboPMAC中。系統(tǒng)有效地利用了TurboPMAC提供的資源，使大量實時控制功能在下位機中完成，減少了PC與TurboPMAC之間的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)精工加工中心開始運行后，運動過程完全不依賴于上位機軟件系統(tǒng)，即使上位機出現(xiàn)軟件故障，也不會影響精工線軌加工中心運動目標(biāo)的完成，使上位機系統(tǒng)在不影響精工立式加工中心運行程序的情況下重新復(fù)位并恢復(fù)到正常狀態(tài)。下位機軟件系統(tǒng)由PLC程序、運動程序、算法程序和相關(guān)變量定義構(gòu)成。TurboPMAC內(nèi)置了PLC功能，且支持多程序運行，通過PLC程序?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，并檢測和執(zhí)行上位機發(fā)來的指令信號，其主要功能包括安全運行監(jiān)控、精工系統(tǒng)起停、機床I/O初始化、刀庫自動換刀控制，精工系統(tǒng)矩陣鍵盤控制等。4.3.1基于PMAC的加工中心斗笠式刀庫自動換刀控制系統(tǒng)基于PMAC的CNC加工中心的刀庫采用的是10把刀斗笠式刀庫，該刀庫主要由三相異步電機、限位開關(guān)、氣缸和刀盤等組成[53]。換刀時，根據(jù)目標(biāo)刀具號和當(dāng)前刀具號的差值判斷刀庫電機正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)就近找刀；通過氣缸裝置使刀庫伸出或縮回，與主軸相配合進行換刀，由氣動打刀缸來實現(xiàn)主軸的抓刀和松刀；在刀庫上設(shè)有刀具計數(shù)開關(guān),刀庫每轉(zhuǎn)過一個刀位，便產(chǎn)生一個脈沖信號，根據(jù)脈沖信號的個數(shù)判斷出刀庫轉(zhuǎn)過幾個刀位，實現(xiàn)刀庫準(zhǔn)停[54]。該刀庫采用固定刀位管理：刀套的編號即是刀具的號碼。斗笠式刀庫自動換刀過程U刀庫控制系統(tǒng)進行初始化。刀庫的一號刀位應(yīng)該停在刀庫的換刀位置上，如果刀庫沒有零點檢測信號，需要首先用手動方式將刀庫轉(zhuǎn)到一號刀位位置，然后才能執(zhí)行初始化命令。初始化后的結(jié)果是：刀庫停在一號刀位置上且不裝刀，刀庫其它位置裝刀，主軸裝1號刀，將主軸刀號設(shè)置為1,PLC刀庫計數(shù)器直接置1。在不發(fā)生亂刀、刀盤旋轉(zhuǎn)至主軸目前刀號中斷和刀盤旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)刀號中斷的時候，只需初始化一次即可。刀庫處于初始位置，此時刀庫遠離主軸[55]。刀庫氣缸磁性接近開關(guān)A發(fā)送信號到精工機床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為1。1.2精工系統(tǒng)接到換刀指令M06之后，NC將發(fā)給PLC—個內(nèi)部信號，啟動自動換刀程序。對指令的目標(biāo)刀號和當(dāng)前主軸刀號進行比較，如果相等，直接發(fā)出換刀完成信號，如果不等，啟動換刀程序，進入下一步，中間變量P的值為2[55]。Z軸運動到第一參考點位置，同時主軸準(zhǔn)停，中間變量P的值為3。1.4判斷主軸有沒有刀，假如沒刀，則刀庫不用進行取刀過程，可直接進入換取新刀過程，中間變量P的值為4。跳轉(zhuǎn)到步驟1.5繼續(xù)執(zhí)行換取新刀程序[56]。假設(shè)主軸有刀，則要先取下舊刀再更換新刀，中間變量P的值為5。跳轉(zhuǎn)到步驟1.4.1執(zhí)行取下舊刀程序[56]。1.4.1主軸有刀時，需要進一步判斷當(dāng)前主軸刀號與當(dāng)前刀號是否相等，若不相等，調(diào)用刀庫就近換刀子程序，命令刀庫旋轉(zhuǎn)，直到當(dāng)前刀號與主軸刀號相等，刀庫停止旋轉(zhuǎn)。中間變量P的值為6。1.4.2Z軸運動到第二參考點位置，將當(dāng)前主軸上的刀具還到刀庫中對應(yīng)的刀位上。中間變量P的值為7。1.4.3刀庫前進到換刀位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)B發(fā)送信號到精工機床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為8。1.4.4刀庫抓刀確認(rèn)后，主軸上的打刀缸電磁閥得電，主軸吹氣松刀。主軸松刀后打刀缸伸出限位開關(guān)C發(fā)送信號到精工機床的PLC中，確認(rèn)本步動作執(zhí)行完成，允許下一步動作開始[56]。中間變量P的值為9。1.4.5Z軸運動到第一參考點位置。中間變量P的值為10。跳轉(zhuǎn)到步驟2.6繼續(xù)執(zhí)行換取新刀程序。1.5主軸無刀時，刀庫前進到換刀位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)B發(fā)送信號到精工機床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為11。1.6調(diào)用刀庫就近換刀子程序，中間變量P的值為12。1.7Z軸運動到第二參考點位置，氣動打刀缸電磁閥失電，主軸抓刀。主軸抓刀后打刀缸收回限位開關(guān)D發(fā)送信號到精工機床的PLC中。中間變量P的值為13。1.8刀庫后退到初始位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)A發(fā)送信號到精工機床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為14。1.9Z軸運動到第一參考點位置，換刀結(jié)束，主軸定位解除，向精工系統(tǒng)發(fā)送換刀完成信號。中間變量P的值為0。本編程方法的重點是將刀庫換刀的動作進行分步。“步”存儲在一個中間變量P中，刀庫換刀時，每一個動作正確完成后，中間變量P的值都會改變，成為下一個動作啟動的必要條件，整個換刀動作完成以后將中間變量P置零，下一個換刀命令到來后又從步1開始執(zhí)行[57]。這樣不僅使PLC程序簡單、直觀，而且由于“步驟”是唯一的，這樣就能避免信號之間的互相干擾，保證了刀庫換刀的安全可靠，并可對每一個動作的執(zhí)行情況進行監(jiān)控，避免出現(xiàn)事故。換刀系統(tǒng)程序設(shè)計為了方便刀庫的調(diào)試，刀庫控制系統(tǒng)設(shè)有自動和手動兩種工作方式。在自動工作方式下，給定目標(biāo)刀號，刀庫就能夠?qū)崿F(xiàn)就近找刀，自動換刀，并能夠?qū)Q刀過程的每一個動作是否到位進行監(jiān)控，以保證換刀過程的安全可靠。在手動工作方式下，實現(xiàn)刀庫調(diào)試與維修時用到的各種手動操作功能，這些功能包括刀庫正、反轉(zhuǎn)，主軸松、緊刀，刀庫伸出，刀庫后退和刀庫返回原點等。2.1自動就近換刀在自動運行模式下，系統(tǒng)按照換刀流程，順序完成各步動作，其中如何根據(jù)目標(biāo)刀具號和當(dāng)前刀具號的差值判斷刀庫應(yīng)該正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)就近找刀，是PLC程序的一項重要任務(wù)。刀庫就近換刀流程圖如圖4-10所示。當(dāng)收到調(diào)用刀庫就近換刀子程序命令后，比較當(dāng)前刀號和目標(biāo)刀號的數(shù)值的大小，當(dāng)前刀號等于目標(biāo)刀號的時候，刀庫停止轉(zhuǎn)動，發(fā)送換刀完成指令[58];當(dāng)前刀號大于目標(biāo)刀號的時候，其差值等于當(dāng)前刀號減去目標(biāo)刀號；當(dāng)前刀號小于目標(biāo)刀號的時候，其差值等于當(dāng)前刀號加上刀庫總數(shù)然后再減去目標(biāo)刀號。再比較差值與5的大小，如果差值小于或等于5,旋轉(zhuǎn)步數(shù)等于差值，刀盤正轉(zhuǎn)；如果差大于5,旋轉(zhuǎn)步數(shù)等于刀庫總數(shù)減去差值，刀盤反轉(zhuǎn)。在刀庫上設(shè)有刀具計數(shù)開關(guān)，刀庫每轉(zhuǎn)過一個刀位，便產(chǎn)生一個脈沖信號，旋轉(zhuǎn)步數(shù)相應(yīng)減一，直到等于零時，刀庫停止旋轉(zhuǎn)[58]。為了刀庫能準(zhǔn)確的停在換刀位置上，可延長刀庫停止的時間。同時，不斷更新當(dāng)前刀號，根據(jù)刀庫旋轉(zhuǎn)方向的不同，當(dāng)前刀號加1或者減1,當(dāng)加到******值或者減到最小值時，當(dāng)前刀號寄存器重新賦初值[58]。其關(guān)鍵程序見附錄二。2.2手動換刀在手動運行模式下，刀庫旋轉(zhuǎn)有點動和連續(xù)，如何根據(jù)刀庫旋轉(zhuǎn)方向的不同，實時更新當(dāng)前刀號，以及按鈕松開后刀庫準(zhǔn)確的停在換刀位置上，是手動換刀PLC程序的一項重要任務(wù)。對于按鈕開關(guān)作為輸入信號時產(chǎn)生的抖動，可采用軟件延時的方法進行消抖；對于如何判斷點動和連續(xù)，可啟用一個簡單的計數(shù)器，根據(jù)計數(shù)器值的大小來確認(rèn)點動或連續(xù)；對于刀庫能準(zhǔn)確的停在換刀位置上，可延長刀庫停止的時間；對于實時更新當(dāng)前刀號，可根據(jù)刀庫旋轉(zhuǎn)方向的不同，當(dāng)前刀號加1或者減1，當(dāng)加到******值或者減到最小值時，當(dāng)前刀號寄存器重新賦初值，如果更新完的當(dāng)前刀號與刀庫停止時的刀號不一致，可在計數(shù)前適當(dāng)加上一定延時。其關(guān)鍵程序見附錄二。本文采摘自“基于PMAC的加工中心開放式精工系統(tǒng)研究”，因為編輯困難導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明