0 前言
外国高档车床的刀塔控制采用伺服电机作驱动源，实现位置、速度的双闭环控制,具有结构简单，容易加工制造、维护、精度高，转位快等特点。而近年来，伺服刀塔开始在一些我国中高档的机床上使用。国内外只有部分设备企业能提供伺服刀塔装备，国内如大森、六鑫，国外如三菱，FANUC，日立等的企业。伺服刀塔控制器是伺服刀塔的关键部分。因此，怎样实现数控系统与伺服刀塔控制器的联系，是控制伺服刀塔的关键所在。
1 伺服刀塔的控制原理
1.1 伺服刀塔的介绍
伺服刀塔的机械结构简单，主要部件有液压缸、三联齿盘(包括静齿盘、动齿盘、锁紧齿盘)、减速机、锁紧开关、零点检测开关。其中，液压缸控制刀塔的锁紧；三联齿盘完成刀塔的精定位；锁紧开关反馈刀塔的锁紧及松开信号；零点检测开关用于刀塔的初始位置控制。
1.2 伺服刀塔的运动控制
伺服驱动器启动后，首先进行伺服准备检查，当检查出错时驱动器产生相应报警。进行刀塔换刀，伺服驱动器判断目标刀号到位电平是否到达，然后伺服电机减速，并检查刀盘上的锁紧信号，电机停止，完成整个换刀过程。在这个过程中，数控系统通过编写换刀逻辑控制指令，由伺服驱动控制器控制刀塔电机完成换刀动作。
1.3 伺服刀塔的伺服控制器接口及其功能
2 伺服刀塔应用案例
下面以广州数控设备有限公司的 980TA2 系统控制台达伺服刀塔 SATER 为应用例子，说明伺服刀塔的具体应用。
2.1 伺服刀塔 PLC 控制模块
980TA2 系统控制伺服刀塔，PLC 控制主要有三个模块，分别是伺服刀塔准备检查、伺服刀塔回零、刀塔选刀控制。
2.1.1 伺服刀塔准备检查
系统上电即开始伺服刀塔准备检查。
① 输出油压启动信号（M63），使到刀塔液压系统工作，然后输出伺服使能信号（TLOCK）；
② 输出油压锁紧信号(M59，M61)，在系统参数 84 号的设置时间内检查锁紧信号是否到位，如果锁紧不到位产生 275 号报警：伺服刀塔执行超时；
③ 当锁紧信号（T06）到位后，输出扭矩缩减信号（TLP，TLN），然后检查刀塔 T01-T05 状态，如果是全部是 0 状态就产生 275 号报警；
④ 关闭伺服使能信号（TLOCK），同时将内部 PLC 地址 R500 置为 1，表示伺服刀塔准备检查完成，最后提示 277 号报警：伺服刀塔没有回零。
2.1.2 伺服刀塔回零
伺服刀塔是比较昂贵的设备，所以在第一次上电后需要进行刀塔回零。选择机械回零方式，按换刀键执行伺服刀塔回零。
① 输出伺服使能信号（TLOCK）；
② 输出油压放松信号（M59，M61），在系统参数 84 号的设置时间内检查 S8 放松信号是否到位，如果放松不到位产生 275 号报警：伺服刀塔执行超时；
③ S8 放松到位后输出原点触发信号（TLP，TLN），然后检查零点位置 T1-T5 状态，如果零点位置不对就产生 275 号报警；
④ 零点位置正确后，输出油压锁紧信号(M59，M61)，在系统参数 84 号的设置时间内检查锁紧信号是否到位，如果锁紧不到位产生 275 号报警：伺服刀塔执行超时；
⑤ 锁紧信号（T06）到位后，输出扭矩缩减信号（TLP，TLN）；
⑥ 关闭伺服使能信号（TLOCK），伺服刀塔回零完成。
2.1.3 刀塔选刀控制
在“自动方式”下执行 T 代码，或在“手动方式”下按“换刀”键，进行刀塔选刀流程。选刀前检查伺服刀塔是否执行过刀塔回零，若未执行，则先进行刀塔回零，再进行刀塔选刀。刀塔回零和选刀前检测油压是否启动，若没启动油压则报警 278：“伺服刀塔没开启油压系统”。刀塔选刀控制如下：
① 输出伺服使能信号（TLOCK）；
② 输出刀位选定信号（M51、M53、M55、M57）；例如 5 号刀 0101：M57:0， M55:1，M53:0，M51:1；
③ 输出油压放松信号（M59，M61），在系统参数 84 号的设置时间内检查放松信号是否到位，如放松不到位产生 275 号报警：伺服刀塔执行超时；
④ 当放松到位后输出选刀触发信号（TLP，TLN），然后检查刀位位置 T1-T5 状态，如果刀位位置不对就产生 275 号报警；
⑤ 输出控制油压锁紧信号，在系统参数 84 设置范围内检查锁紧到位信号是否到位， 如果不到位产生 275 号报警：伺服刀塔执行超时；
⑥ 当锁紧到位信号到位后输出扭矩缩减信号；
⑦ 关闭伺服使能信号（TLOCK），选刀结束。
2.2 伺服刀塔 I/0 连接
980TA2 系统与伺服刀塔驱动器 I/O 连接，要求 8 个输入点，8 个输出点；
2.3 伺服刀塔参数设置
使用伺服刀塔功能，控制系统方面有几个参数要一定设置。它们分别是：81 号参数：总刀位数为 8；
84 号参数：第一把刀换到最后一把的时间上限为 15000； 88 号参数：未接到*TCP 的报警时间为 8； 148 号参数：刀塔扩展类型为 10。
伺服刀塔驱动器参数定义分为五大群组。参数起始代码 P 后之第一字符为群组字符，其后之二字符为
参数字元。通讯位置则分别由群组字符及二参数字元之十六进制值组合而成。使用时，主要调整参数如下：
1. P1-44 为齿轮比设定，216 参数设定为 54、220 参数设定为 72； 2. P1-50 为原点复归大偏移正参数 0 或 1； 3．P1-51 为原点复归小偏移正参数 0 或 10000； 4．P2-46 为刀位选择，12 刀参数设定为 12，8 刀参数设定为 8； 5．P4-05 为 JOG 时手动速度，参数设定范围 100 至 200； 6．P4-07 为显示 DI 输入讯号； 7．P4-09 为显示 DO 输出讯号。
2.4 伺服刀塔报警处理
伺服刀塔使用过程出现的报警，大多数故障是外围接线出现问题。如刀塔油压回路没有启动，刀塔锁紧开关损坏等。980TA2 系统设定有完备的报警处理，界面上显示报警内容、解决方法等信息。
3 结束语
基于伺服刀塔的突出优点，伺服刀塔在数控装备市场会越来越重要。普及伺服刀塔的使用，加快设备技术革新，实现更快，更稳定，定位精度更高的刀塔控制，使得数控加工的效率更高。
(审核编辑: 智汇张瑜)
