基于西门子802D sl数控系统的伺服刀架控制

　　刀架，作为数控车床类产品上最重要，最核心的机械部件之一，主要用于夹持切削用的刀具，许多刀架还直接参与切削工作，因此刀架可靠性的好坏，性能的优劣，都直接影响到机床的切削性能和切削效率等。随着刀架结构，技术的成熟，性能的提高及伺服驱动系统价格的降低，在数控车床上已越来越多地选择配置液压伺服刀架

　　本文主要基于西门子802D sl数控系统，针对卧式12工位伺服刀架展开对回转刀架的结构，数控系统的接口，伺服控制器的接口等进行介绍，并编程分析了伺服刀架的控制原理及过程。

1 伺服刀架控制系统的工作原理

　　1.1 回转刀架介绍

　　数控车刀架一般分为3类，排刀式刀架一般用于小规格的数控车床，以加工棒料或盘类零件为主；当由于某种原因需要数量较多的刀具时，通常采用带刀库的自动换刀装置；本项目中采用的即为数控车床中最常用的一种典型换刀刀架-回转刀架，其是一种最简单的自动换刀装置。回转刀架上回转头各刀座主要用于安装各种不同用处的刀具，数控机床的自动换刀就是通过回转头的旋转，分度和定位来实现的。

　　回转刀架主要分为立式刀架和卧式刀架两种，立式回转轴垂直于机床主轴，多用于经济型数控车床，卧式回转刀架的回转轴平行于机床主轴，可径向与轴向安装刀具。

　　1.2 数控系统的接口

　　西门子的820D sl系统的核心是PPU，它主要包括NCK，PLC，HMI，闭环控制和一些通信任务。在控制系统中，NCK与PLC通过数据块进行数据信息传递。

　　该项目中的卧式伺服刀架部分主要采用SFW系列刀架驱动控制器进行控制，刀架动力头采用西门子伺服电机，其由西门子802D sl数控系统配置的伺服控制器直接控制。

　　数控车床的伺服刀架操作为PLC通过I/O模块与机床各个机构的输入输出点连接。PLC主要通过输出点进行伺服刀架控制器的工作模式选择，工位的定位及选刀启动，并通过输入点进行当前工位的判断，报警信息的读取等。在伺服刀架的机构控制中主要两个电磁阀QY0，QY1用于控制刀架及动力头的卡紧松开，两个卡紧松开到位检测开关B0，B1。在完成伺服刀架控制的动作过程中PLC接受NCK的控制命令并对输出接口模块进行输出控制来执行相应的操作。

　　1.3 伺服刀架的伺服控制器接口及其功能

　　图1所示为该项目使用的SFW系列刀架伺服控制器的接口，其中主要接口的基本功能介绍如下：

　　CN1：控制器主电源接口；

　　CN4：伺服电机编码器接口；

　　CN8：伺服刀架传感器信号接口；

　　CN10：信号输出接口，PLC通过该接口读取当前工位数，报警信息等；

　　CN11：信号输入接口，主要用于工作模式的设定，工位的选择等。

　　1.4 伺服刀架的工作过程

　　伺服刀架的工作过程主要包括，刀架的回零和手动，自动换刀过程。刀架正常换刀的前提是准确回零以建立刀架计数参考系。与此同时，刀架每次动作之前都需要对动力头准确定位，以保证动力头和相应的离合器系统准确的啮合与脱开。

2 控制方式设计及PLC程序实现

　　2.1 动力头回零与定位

　　动力头定位是刀架一切动作的前提。该项目中的动力头电机配置的是增量编码器增量式编码器，所以定位前需要先旋转主轴一周进行主轴回零操作，继而完成动力头的定位功能。动力头的回零与定位功能是通过西门子802D sl系统的异步子程序功能完成的。其异步子程序如下

　　2.2 刀架的回零

　　执行刀架动作之前需要先将伺服刀架回零以建立伺服刀架计数参考坐标系。进行刀架回零动作时，首先要将系统转换为回参考点模式，在该模式下按下刀架回零按钮，当变量V10000001.7为1后执行刀架回零动作，刀盘开始旋转，并搜寻零点信号，接受到零点信号后，刀盘停止旋转，此时，刀盘旋转完成信号M8.8变为1时，并在PLC中对刀盘回零信号M44.5置位。回零信号M44.5为1时即代表刀盘回零完成，此时将整数1赋值给当前工位数据块VD14000084。

　　2.3 自动换刀程序的实现

　　数控系统通过M6调用NC程序时需要设置相应的机床数据，主要包括：MD10715=6，系统通过M06调用换刀程序；MD10716=“TOOL”，换刀程序名为“TOOL”；MD22550=1，M代码激活刀具参数。在自动方式下通过M06调用NC换刀程序 “TOOL”，其主要用于完成动力头的定位功能，当PLC程序检测的动力头定位完成，即进行刀盘旋转之前的动力头刀套退回操作，一切准备就绪后开始进行换刀，换刀系统接收到换刀指令后，系统首先读取刀号存储单元中存储的当前到位号码，并将该存储单元中的刀位号数据块VD14000084与换刀指令T代码中给出的刀位号数据块VD25002000比较，如果相同，则不需换刀，系统继续向下执行程序；如果当前刀位号码与换刀指令给出的到位号不相同，刀架电机正转，并不断检测刀位到位信号，等待换刀完成；直到刀位到位信号来之后程序结束。换刀完成后将T码后面数值VD25002000赋值给刀架旋转目标工位VD14000084。

3 结束语

　　本文针对该伺服刀架的特有控制方式，基于西门子802D sl数控系统实现对该伺服刀架的有效控制。