蔡宗福

（安徽职业技术学院机械工程系，合肥 安徽 230011）

目前，我国机械制造业拥有相当数量的普通机床，其生产效率低、加工精度低、适应性差，不能加工复杂的零件。为了节约资金、降低成本，对原有普通机床进行数控化改造，是提高普通机床数控化率，解决上述矛盾的一种有效途径。

在对普通车床的数控化改造中，换刀装置的设计是一个必须解决的问题，在大多数普通车床的数控改造中，电动刀架控制系统的设计往往采用单片机提供控制信号，然后通过继电器和专门电路实现换刀控制，或者采用PLC和继电器实现换刀控制。本文介绍以SIEMENS S7-200 PLC控制CPU和六工位立式电动刀架为控制对象的经济型数控车床系统中电动刀架控制系统的软硬件设计与实现方法，设计的电动刀架控制系统电路简单，可靠性高，为车床数控改造中的自动换刀问题提供了一种有效的解决途径。

1 六工位立式电动刀架换刀原理

六工位立式电动回转刀架的传动，结构示意图如图1所示：

图1 结构示意图

2 六工位立式电动刀架下位机PLC换刀电气控制

数控机床刀架是由机床PLC来进行控制，刀架的换刀过程实质就是通过PLC对控制刀架的所有I/O信号进行逻辑处理及计算。

2.1 电气原理控制

电气原理控制可以划分为三个方面:电机、PLC、正反转控制。电机电路是电动机正反转的强电路，PLC控制电路是PLC输入输出来控制的电路。正反转控制电路时用低压继电器控制强电路交流接触器的电路。

2.2 PLC控制流程图

电动刀架换刀有两种模式，一种是手动换刀，另一种是通过T指令进行自动换刀。T指令换刀是直接通过编程刀号作为目的刀位进行换刀。

整个换刀动作的流程图如图2所示。

图2 整个换刀动作的流程图

2.3 PLC的程序设计

PLC程序部分包括换刀刀号或编程刀号的读入、刀位判断比较、正转寻刀监控及反转锁紧延时监控等。

六个霍尔元件引出的接线分别代表一、二、三、四、五、六号刀位号，其对应PLC输入为I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6。该霍尔元件是UGN3120, 采用24VDC供应电源。正常工作时刀架没有到位该霍尔元件为截止状态。当刀架到达位置时，霍尔片磁化，导通三极管，输出为0V，但是PLC有效电平为高电平，为此需串联一个PNP型三极管，使进入PLC的电压为24VDC，输入有效。

开关QS、SB1、SB2分别为自动/手动切换按钮、手动换刀按钮、急停按钮。其中自动/手动切换按钮是复合开关，即开关在自动状态时，手动换刀按钮无效。急停按钮直接使输出端复位，它和急停电路上的按钮联动（即同时动作）。连接Q0.1（正转）、Q0.2（反转）的引线是正反转输出端的互锁接线脚，来它们控制正反控制电路，从而控制刀架电机正反转，实现换刀过程。

2.4 上下位机的通讯程序设计

由于刀架电机换刀存在自动换刀，即当输入T0101表示1号刀位，1号刀补，而对于四刀位自动刀架只需要输入目标刀号是多少，至于刀补值暂不传递。本文用上位机控制控制该输入，通过VB编写的换刀界面来输入换刀指令。PC机的RS232与PLC的RS485相连。接收指令启动或结束接收信息功能。通过指定端口接收的信息存储于数据缓冲区中。发送指令激活发送数据缓冲区。二者的数据格式如图3所示。

图3 发送、接收缓冲区数据格式

上位机用VB软件编程。VB6．0把与串行通信有关的操作都封装在Mscomm控件里，用户只需设置和监视MSComm控件的属性和事件，就可以轻而易举的实现串行通信。它的主要几个参数见Mscomm属性表。

表1 参数表

3 应用

本设计程序和数控系统配合应用于经济型数控机床的刀架部分改造,其运行可靠性好,在调试中根据不同的刀架性能,配合数控系统,可灵活地修改刀位数、正转寻刀监控时间、正转找到刀位后的延迟时间、和反转锁紧监控时间等,使刀架的运行效率高并稳定可靠。另外，在上下位机通信的过程中需要加上校验码，这样是为了传输数据的完整性，防止数据由于干扰等原因出现丢失或乱码等错误，使系统更加稳定与安全。

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