PLC是數(shù)控加工中心正常運(yùn)行的軟件核心，一個(gè)完善的PLC程序不僅能使數(shù)控加工中心正常運(yùn)行，還要讓人看起來(lái)一目了然，既為自己調(diào)試提供方便，還能幫助維修人員查找故障和分析原因。
一、數(shù)控加工中心刀庫(kù)控制PLC設(shè)計(jì)
1 控制要求
數(shù)控加工中心刀具庫(kù)由六種刀具組成，按鈕SB1-SB6分別為六種刀具選擇按鈕；ST1～ST6為刀具到位行程開(kāi)關(guān)，由霍爾元件構(gòu)成。
1.1 初始狀態(tài)時(shí)，PLC記錄當(dāng)前刀號(hào)。
1.2 當(dāng)按下按鈕SB1～SB6中的任何一個(gè)時(shí)，PLC記錄該刀號(hào)，然后刀盤(pán)按照離請(qǐng)求刀號(hào)*近的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)刀具位置時(shí)，到位指示燈發(fā)亮，機(jī)械手開(kāi)始換刀，且換刀指示燈閃爍。5 S后換刀結(jié)束。
1.3 換刀過(guò)程中，其它換刀請(qǐng)求信號(hào)均無(wú)效。換刀完畢，記錄當(dāng)前刀號(hào)，等待下一次換刀請(qǐng)求。
2 程序設(shè)計(jì)
2.1 數(shù)控加工中心刀庫(kù)選擇PLC控制輸入、輸出地址見(jiàn)表1。
2.2 數(shù)控加工中心刀庫(kù)選擇PLC控制接線圖如圖1。
圖1 PLC控制接線圖
2.3 根據(jù)控制要求，數(shù)控加工中心刀庫(kù)選擇PLC控制梯形圖如圖2。
圖2 PLC控制梯形圖
3 程序說(shuō)明
3.1當(dāng)1號(hào)刀具處在機(jī)械手的位置時(shí)，霍爾元件動(dòng)作，即ST1動(dòng)作，梯形圖中X11閉合，將K1傳人數(shù)據(jù)寄存器D0中；當(dāng)2號(hào)刀具處在機(jī)械手的位置時(shí)，霍爾元件動(dòng)作，即ST2動(dòng)作，梯形圖中X12閉合，將K2傳人數(shù)據(jù)寄存器D0中。以此類推，記錄當(dāng)前的刀具號(hào)。
3.2 當(dāng)請(qǐng)求選擇1號(hào)刀具時(shí)，按下請(qǐng)求刀具按鈕SB1，將K1傳人數(shù)據(jù)寄存器D1中，同時(shí)使M5置位，其它請(qǐng)求信號(hào)無(wú)效；同理，當(dāng)請(qǐng)求選擇2號(hào)刀具時(shí)，按下請(qǐng)求刀具按鈕SB2，將K2傳人數(shù)據(jù)寄存器D1中，同時(shí)使M5置位，其它請(qǐng)求信號(hào)無(wú)效。以此類推，記錄當(dāng)前請(qǐng)求的刀具號(hào)。
3.3 M5置位后，比較指令使得
3.3.1 如果數(shù)據(jù)寄存器D0>D1，則M0閉合，執(zhí)行減法運(yùn)算D0-D1，運(yùn)算結(jié)果存人D3中，然后將D3進(jìn)行比較。若D3>K3，則刀具盤(pán)離請(qǐng)求刀號(hào)逆轉(zhuǎn)方向*近，M10閉合，使得M18閉合，繼而Y2、Y3閉合，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀具盤(pán)逆轉(zhuǎn)；若D3=K3，則刀具盤(pán)離請(qǐng)求刀號(hào)順轉(zhuǎn)方向*近，M11閉合，使得M19閉合，繼而Y2閉合，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀具盤(pán)順轉(zhuǎn)；同理，若D3<K3，則電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀具盤(pán)順轉(zhuǎn)。
3.3.2 如果數(shù)據(jù)寄存器DO=D1，則M1閉合，使得Y0閉合，到位指示燈亮，Y0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，機(jī)械手開(kāi)始換刀，且Y1驅(qū)動(dòng)換刀指示燈閃爍。經(jīng)過(guò)5S后，T1動(dòng)作，M5復(fù)位，換刀結(jié)束。
3.3.3 當(dāng)D0<D1時(shí)，M2閉合，M2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。由于DO<D1，直接相減是一個(gè)負(fù)數(shù)，結(jié)果出錯(cuò)，因而將D0加上刀具總數(shù)后減去D1，將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。重復(fù)以上過(guò)程，使得D0=D1，機(jī)械手進(jìn)行換刀操作。
二、數(shù)控加工中心機(jī)械手換刀PLC編程技巧
首先簡(jiǎn)單介紹一下刀具交換裝置的基本情況，刀庫(kù)是可正反向旋轉(zhuǎn)的鏈?zhǔn)降稁?kù)、裝在刀具交換裝置上的機(jī)械手用15個(gè)步驟將刀庫(kù)中的刀具交換到主軸，并將主軸刀具還回刀庫(kù)對(duì)應(yīng)的刀套中。為盡量縮短換刀時(shí)間，我們采用刀具預(yù)選與零件加工同時(shí)進(jìn)行的方式來(lái)壓縮換刀時(shí)間。機(jī)械手動(dòng)作順序如下：
步驟 1：平移縮回，抓刀庫(kù)中預(yù)選的刀具：步驟2：拔刀伸出，拔出刀套中的刀具：步驟3：平移伸出，離開(kāi)刀庫(kù)側(cè)抓刀位置：步驟4：拔刀縮回，機(jī)械手縮回：步驟 5：搖臂伸出，搖臂轉(zhuǎn)向主軸側(cè)：步驟6：平移伸出，抓主軸刀具：步驟7：拔刀伸出，拔出主軸中的刀具：步驟8：換刀正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，刀具交換：步驟9：拔刀縮回，將預(yù)選刀具插入主軸：步驟10：平移縮回，機(jī)械手離開(kāi)主軸：步驟11：搖臂縮回，搖臂轉(zhuǎn)向刀庫(kù)側(cè)：步驟12：拔刀伸出，準(zhǔn)備將主軸刀具送回刀庫(kù)：步驟 13：平移縮回，機(jī)械手移向刀庫(kù)：步驟14：拔刀縮回，將主軸刀具插入刀庫(kù)：步驟15：平移伸出，離開(kāi)刀庫(kù)側(cè)抓刀位置。
以上15個(gè)步驟可分為如下4個(gè)階段：
第1階段：抓新刀。Txx代碼控制刀庫(kù)按就近方向轉(zhuǎn)動(dòng)到編程刀具所在的位置，到位且有刀庫(kù)定位I信號(hào)后啟動(dòng)機(jī)械手，經(jīng)過(guò)步驟1→步驟2→步驟3→步驟4，將編程刀具抓在手上等待換刀。
第2 階段：換刀。M06啟動(dòng)換刀固定循環(huán)“TOOL”。“TOOL”控制各坐標(biāo)移動(dòng)到換刀位置，并用M90通知PLC啟動(dòng)換刀，PLC用M90信號(hào)請(qǐng)求NC “讀入禁止”并啟動(dòng)機(jī)械手換刀步驟5→步驟6→步驟7→步驟8→步驟9→步驟10→步驟11，同時(shí)用步驟5的到位信號(hào)控制刀庫(kù)轉(zhuǎn)到主軸刀號(hào)的位置。
第3階段：還刀。步驟5啟動(dòng)的刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)停止且有刀庫(kù)定位I信號(hào)后，啟動(dòng)機(jī)械手步驟12→步驟13→步驟14→步驟15，將主軸刀具還到刀庫(kù)中并將記憶主軸刀號(hào)的存儲(chǔ)器*新。步驟11完成后，取消“讀入禁止”，激活刀具參數(shù)，加工程序和機(jī)械手還同時(shí)進(jìn)行。
第4 階段：抓預(yù)選新刀。在M06的下一段緊跟下道工序要用的刀具號(hào)Txx，刀庫(kù)在完成還刀動(dòng)作后可在零件加工的同時(shí)啟動(dòng)機(jī)械手步驟1→步驟2→步驟3→步驟 4，將下道工序所用的刀具預(yù)選抓到機(jī)械手上，等待M06啟動(dòng)后面的換刀動(dòng)作，這樣大大縮短了刀具交換的時(shí)間，提高了工作效率。
注意事項(xiàng)：
Txx和M06不能編在同一程序段內(nèi)：
在固定循環(huán)TOOL中，所有位移程序段應(yīng)加G153(段有效)取消基本偏移：
三個(gè)換刀過(guò)程：①裝刀：主軸無(wú)刀，Txx/M06直接安裝編程刀具：②換刀：主軸有刀，交換編程刀具和主軸刀具：③還刀：主軸有刀，編程T0，將主軸刀具還回刀庫(kù)。
主軸準(zhǔn)停角度利用PLC浮點(diǎn)參數(shù)MD14514[0]：$MN_USER_DATA_FLOAT[0]
本編程方法的核心是將機(jī)械手動(dòng)作按時(shí)序分成共15個(gè)步驟。“步驟”存儲(chǔ)在一個(gè)中間的變量中，該中間變量點(diǎn)占一個(gè)字節(jié)，每個(gè)“步驟”完成后將中間變量的值修改為下一個(gè)“步驟”，而整個(gè)步驟全部完成后將中間變量置為零，下一個(gè)換刀指令到來(lái)后又從步驟1開(kāi)始執(zhí)行。這樣不僅使PLC程序簡(jiǎn)單、直觀，而且由于“步驟” 是唯一的，這樣就能避免信號(hào)之間的互相干擾，編程人員再也不用絞盡腦汁來(lái)為每一個(gè)輸出信號(hào)加各種限制條件，巧妙利用“變量”達(dá)到事半功倍的效果。加工程序和PLC程序關(guān)系見(jiàn)下圖。
此外，數(shù)控加工中心刀庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)、托盤(pán)交換等也可以用這種方法來(lái)編程。
