刀架犘犔犆控制

时间：2022-11-02 百科知识版权反馈

【摘要】：能读懂数控车床刀架换刀控制PLC程序，并能修改其中的错误，能通过刀架PLC梯形图诊断数控机床常见刀架故障。数控车床数控核心部分主要由NC及PLC两部分组成，电动刀架PLC控制程序是数控车床PLC控制程序中较为复杂的部分。本任务在任务1“刀架的电气安装与调试”的基础上，根据GSK218M标准PLC定义的信号与地址，分析自动换刀控制的PLC程序，完成刀架功能调试。刀架控制相关参数如表5-2-2所示。

任务导入

一台GSK218M-CNC车床，配四工位电动刀架，在任务1“刀架的电气安装与调试”的基础上，根据刀架换刀方式，试分析刀架的换刀控制PLC程序，并对刀架功能进行调试。

任务目标

（1）能读懂数控车床刀架换刀控制PLC程序，并能修改其中的错误，能通过刀架PLC梯形图诊断数控机床常见刀架故障。

（2）能正确调整刀架控制部分参数，完成刀架功能综合调试。

（3）能根据刀架常见故障现象，分析故障原因并正确排除。

任务分析

数控车床数控核心部分主要由NC及PLC两部分组成，电动刀架PLC控制程序是数控车床PLC控制程序中较为复杂的部分。

能正确分析电动刀架PLC控制程序，能设计自动换刀控制的部分PLC程序，能合理设置刀架控制参数，并能对刀架功能进行综合调试等，是准确检修刀架故障的重要基础。本任务在任务1“刀架的电气安装与调试”的基础上，根据GSK218M标准PLC定义的信号与地址，分析自动换刀控制的PLC程序，完成刀架功能调试。

任务实施

一、相关知识

1．刀架控制相关信号及对应地址

刀架控制信号及对应地址如表5-2-1所示。

表5-2-1 刀架控制X、Y、G、F信号及对应地址

注意：本任务以四工位刀架为例，故刀位信号为T01～T04。GSK218M-CNC标准PLC程序可定义T01～T08，标准PLC程序定义的T05～T08信号接口为复用接口，T05与SPEN信号共用同一接口，T07与M41I、WQPJ信号共用同一接口，T08与M42I、NQPJ信号共用同一接口；复用接口同时只能有一个功能有效。

2．刀架控制相关参数

GSK218M系统支持最多带32个刀位的刀架，如果刀架是4～8工位电动刀架，刀位信号直接输入，正向旋转选刀，反向旋转锁紧。刀架控制相关参数如表5-2-2所示。

表5-2-2 刀架控制相关参数

另外，诊断信息DGN．005的Bit7（TL－）和Bit6（TL＋）可检查刀架的正反转输出信号是否有效，诊断信息DGN．000的Bit0～Bit3（T01～T04）可检查T01～T04刀位信号是否有效。

3．换刀方式及换刀控制时序

GSK218M-CNC的标准PLC程序定义了四种换刀方式，由表5-2-2可知，换刀方式由状态参数No．182的Bit0（PB5）与Bit2（PB6）定义。

（1）PB5＝0，PB6＝0：换刀方式B，控制时序有两种方法，如图5-2-1所示。

图5-2-1 换刀方式犅控制时序

①执行换刀操作后，系统输出刀架正转信号TL＋并开始检测刀具到位信号，检测到刀具到位信号后，关闭TL＋输出，延迟数据参数No．082设定的时间后输出刀架反转信号TL－。然后检查锁紧信号TCP，当接收到此信号后，延迟数据参数No．085设置的时间，关闭刀架反转信号TL－，换刀结束。

②当系统输出刀架反转信号后，在数据参数No．083设定的时间内，如果系统没有接收到TCP信号，系统将产生报警并关闭刀架反转信号。

③若刀架无刀架锁紧信号，可把状态参数No．011的Bit0（TCPs）设定为0，此时刀架锁紧信号一直有效（一直与＋24V断开）。

（2）PB5＝0，PB6＝1：换刀方式B（带到位检测），控制时序如图5-2-2所示。

图5-2-2 换刀方式犅（带刀位检测）控制时序

图5-2-3 换刀方式犃控制时序

换刀过程基本和换刀方式B相同，仅增加了刀位确认这一环节，CNC停止输出刀架反转信号TL－的瞬间检测确认刀位信号，即当前的刀位输入信号是否与当前的刀号一致，若一致，换刀过程完成；若不一致，CNC出现“换刀未完成”报警。

（3）PB5＝1，PB6＝0：换刀方式A，控制时序如图5-2-3所示。

在手动、MDI或自动方式下，执行换刀操作后，CNC输出刀架正转信号TL＋，并开始检测刀位信号，在检测到刀位信号后关闭刀架正转信号TL＋，并开始检测刀位信号是否有跳变，若有跳变则输出刀架反转信号TL－，刀架反转信号TL－输出后开始检测锁紧信号TCP，当接收到此信号后，延迟数据参数No．085设置的时间，关闭刀架反转信号TL－，换刀结束。

注意：数据参数No．082设定无效，刀架正转停止到刀架反转锁紧开始的延迟时间不作检查；除数据参数No．082外，其余刀架控制的相关参数的设定及功能均有效。

（4）PB5＝1，PB6＝1：换刀方式A（带到位检测），控制时序如图5-2-4所示。

换刀过程基本同换刀方式A，仅增加了刀位确认这一环节，CNC停止输出刀架反转信号的瞬间检测确认刀位信号，即当前的刀位输入信号是否与当前的刀号一致，若一致，换刀过程完成；若不一致，CNC出现“换刀未完成”报警。

注意：当犜a大于数据参数No．078设定的时间时，换刀时间过长将产生报警。

图5-2-4 换刀方式犃（带刀位检测）控制时序

二、实施步骤

1．分析换刀控制PLC程序

1）换刀方式选择

根据参数中设置的不同换刀方式调用不同的换刀方式子程序，程序如图5 2 5所示。

图5-2-5 换刀方式选择程序

2）换刀方式A（参数延时反转锁紧）

（1）调用读刀位信号子程序，程序如图5-2-6所示。在选择了换刀方式后，在刀位与其他信号复用的参数设置正确（R0056．0常闭）的情况下，调用读刀位信号子程序P0001。

图5-2-6 调用读刀位信号子程序

（2）检查刀位信号并上传到NC，程序如图5-2-7所示。

图5-2-7 检查刀位信号并上传到犖犆程序

R0111．0触点是一直接通的，即0和读刀位信号子程序P1读取到的结果R0150一直进行比较，比较的结果存到R0809．0开始的3位中。如果R0809．2接通，表示当前刀位大于0，即检测到有刀位信号。如果刀位大于0且刀具功能选通信号F0007．3接通，则将当前刀位上传到NC中，即将检测到的结果R0140（R0140是前刀位二进制值，即R0150经过二进制代码转换后的结果）传送到G0201，同时将当前刀位数据保存到D0300中。

（3）判断是否需要换刀，程序如图5-2-8所示。在刀具功能选通信号F0007．3接通、上次换刀已经结束（R0220．4常闭）的情况下，比较指令刀号（F0026）与当前刀号（R0140）是否相等。不相等时（R0040．0未接通）说明要换刀，在没有换刀报警和其他报警信号的情况下，置位R0220．0开始换刀，同时置位R0220．4，在换刀过程中不再接收换刀指令，置位换刀标志K0002．0。

（4）调用换刀步骤。换刀步骤分为四步，分别由四个子程序P0124、P0125、P0126、P0127来实现，调用换刀步骤程序如图5 2 9所示。由前面程序可知，如果需要换刀， R0220．0已经置位，此时调用换刀第一步子程序P0124，输出刀架正转信号，并检测刀位信号。当转到目标刀号时，复位R0220．0、置位R0220．1，进入换刀过程的第二步……依此类推，在一个子程序完成、需要进入下一步骤时，复位本步骤的驱动元件，并置位下一步骤的驱动元件，直到所有步骤完成为止。

图5-2-8 判断是否需要换刀程序

图5-2-9 调用换刀步骤程序

（5）换刀超时检测，程序如图5-2-10所示。如果换刀装置出现机械卡死，正转换刀时电动机会处于堵转状态，电动机长时间处于堵转状态将会发热烧毁，因此，需要设置一个换刀超时检测程序。在输出正转信号的同时使用定时器T0024来进行定时，定时值由数据参数No．078设置（参数值存在寄存器DT0004），正常换刀不会超过这个时间，如果超过这个时间说明换刀部分出现了故障，R0011．0接通。

图5-2-10 换刀超时检测程序

（6）换刀结束信号及报警显示，程序如图5-2-11所示。在换刀前F0007．3是不接通的，所以R0211．0（换刀结束信号）不会被驱动；在换刀过程中，F0007．3、K0002．0是接通的，所以R0211．0也不会被驱动；在换刀结束的时候，换刀标志K0002．0复位，此时程序第一行中的R0211．0被驱动，在GSK218M-PLC主程序中会把所有辅助功能的结束信号发送到G004．3。如果在换刀过程中设定的最大换刀时间已经到了，换刀还没有完成，则A000．1被驱动，屏幕显示“换刀完成时，刀架未到位”信息，表示最大换刀时间设置过小，除此之外的超时，可认为是换刀装置故障，屏幕显示“换刀时间过长”报警。如果刀具功能选通信号已经结束了而换刀标志K0002．0还未复位，说明换刀未完成，显示“换刀未完成”报警。换刀完成后（K0002．0未接通），驱动K0002．1用于复位图5-2-12中的计数器C0025。

图5-2-11 换刀结束信号及报警显示程序

（7）复位换刀标志，程序如图5-2-12所示。

图5-2-12 复位换刀标志程序

由上述可知，在出现“换刀未完成”报警时，K0002．0还处于接通状态，所以需要将K0002．0复位，复位成功后将会驱动K0002．1，使计数器C0025复位。两次按下复位键后R0123．0接通，复位K0002．0。

（8）报警处理。在有报警信号时调用报警处理子程序P0712，如图5-2-13所示。

图5-2-13 调用报警处理程序

（9）急停、复位状态检测。在急停或者复位状态时驱动R0039．1，如图5 2 14所示。

图5-2-14 急停、复位状态检测程序

（10）手动换刀，程序如图5-2-15所示。

图5-2-15 手动换刀程序

第一行程序用于指示手动换刀状态，驱动机床面板上的手动换刀指示灯。当按下手动换刀按钮时，X0024．0接通，在单步、手轮、手动、机械回零、程序回零等方式检测信号中的其中任意一个有效时，驱动G0044．7，向NC申请换刀，如果NC同意申请后（F0007．3接通），PLC可以开始换刀。

（11）读刀位信号子程序。No．084参数中设置了总刀位数，不同的刀位数对应于不同的辅助继电器，总刀位数与辅助继电器的对应关系如表5-2-3所示。

表5-2-3 总刀位数与辅助继电器的对应关系

由表5-2- 3以及图5 2 16可知，当刀位≤4时，R0057．1、R0057．2接通，驱动R0151．0；当4＜刀位≤6时，R0055．1、R0055．2、R0057．0接通，驱动R0151．1；当刀位＞6时，R0055．0接通，驱动R0151．2。

图5-2-16 读刀位信号子程序

（12）当前刀位检测。由于刀位检测传感器和接线方法的不同，导致检测刀具到位后的信号电平可能不同，所以要根据实际接线设置参数（No．011的Bit1）来选择刀架到位信号电平。当前刀位检测程序如图5-2-17所示，在程序中根据不同的信号电平来检测刀位，检测的结果存到R0150中，R0150．0～R0150．7分别对应T01～T08。

（13）刀位信号译码，程序如图5-2-18所示。根据不同的刀位数将检测到的结果采用二进制代码转换指令进行转换，使信号符合NC的要求。

（14）刀位数循环，程序如图5-2-19所示。如果当前刀位（R0140中的数据）大于No．084参数中设定的最大刀位数，则将R0140置0。

（15）换刀第一步，程序如图5-2-20所示。需要换刀时R0220．0已置位，这时执行比较指令，将R0140（当前刀位）和F0026（指令刀位）进行比较。如果比较结果不相等，在没有刀架反转信号（Y0001．7常闭）的情况下输出刀架正转信号（Y0001．6＝1），刀架开始正转换刀。当检测到刀架到位信号（即当前刀位与指令刀位相等）时，停止正转输出，同时R0220．0复位，R0220．1置位，进入换刀下一步骤。

（16）换刀第二步，程序如图5-2-21所示。当检测到刀架到位信号并停止输出刀架正转信号后，刀架还会由于惯性转动一小段距离而离开传感器的检测位，因此，必须再次检测刀架是否到位，如果没有到位则将R0220．1复位，R0220．2置位，进入换刀的下一步骤。

注意：传感器要安装到刀架锁紧后的位置。

（17）换刀第三步，程序如图5-2-22所示。这一步开始输出反转信号，刀架开始反转，刀架反转锁紧时间由No．083参数（对应寄存器DT0008）设定。刀架反转锁紧时间到后停止反转，同时R0220．3置位，R0220．2复位，进入换刀下一步骤。但如果反转时间超过DT0008中时间，即未接收到TCP的报警时间，则产生报警。

（18）换刀第四步，程序如图5-2-23所示。根据参数No．182的Bit2的设置，如换刀结束时需检测刀位信号，则在确定刀架到位后将换刀标志K002．0复位；如换刀结束时不需检测刀位信号，则直接将K0002．0复位。刀具功能选通信号消失后，将R0220．3、R0220．4、R0244、R0241复位，为下次换刀做好准备。

图5-2-17 当前刀位检测程序

图5-2-18 刀位信号译码程序

图5-2-19 刀位数循环程序

图5-2-20 换刀第一步程序

图5-2-21 换刀第二步程序

图5-2-22 换刀第三步程序

图5-2-23 换刀第四步程序

（19）报警处理，程序如图5-2-24所示。在换刀过程中一旦出现报警，则调用此子程序，将刀架正转、反转信号复位，将换刀过程中的临时数据清除。

图5-2-24 报警处理程序

三、刀架PLC程序调试

刀架PLC程序调试方法参照项目四任务2“数控机床PLC编程与调试”。

四、刀架功能调整