盘式伺服刀库自动换刀控制系统设计

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1、᝺ᝠ״ऄၹ盘式伺服刀库自动换刀控制系统设计Thedesignofcontrolsystemforthediscservomagazineandautomatictoolchanger1122杨伯金，张跃明，牟宏明，杨宇1122YANGBo-jin,ZHANGYue-ming,MUHong-ming,YANGYu（1.北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100124；2.呼和浩特众环（集团）有限责任公司，呼和浩特010051）摘要：刀库的稳定运行是保证加工中心加工效率的关键因素，在分析盘式刀库结构

2、及运动原理的基础上进行刀库自动换刀PlC控制设计。具体阐述了盘式刀库自动换刀系统的控制原理，自动换刀系统以PlC为控制核心，通过高速脉冲信号输出驱动伺服电机实现刀库选刀精确定位，通过电磁阀控制气缸带动刀套翻转，ATC电机与机械式凸轮箱带动机械手完成换刀动作。重点介绍了刀库自动换刀控制动作时序及控制逻辑，并通过编写PlC程序实现就近选刀与快速换刀。经试验证明，盘式伺服自动换刀系统控制简单、运行稳定、可扩展性强，符合试验及应用要求。关键词：伺服刀库；自动换刀系统；PlC；控制系统中图分类号：TP273文献标

3、识码：A文章编号：1009-0134(2015)04(下)-0119-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.04(下).360引言1控制系统总体设计自动换刀系统作为加工中心的重要组成部分，主针对盘式伺服自动换刀控制系统性能进行研究，要由刀库和机械手组成。数控机床加工刀具储存在刀库充分调研国内外刀库自动换刀系统控制方案，设计开发中，刀库进行选刀，机械手将目标刀具和主轴上的刀具以PLC为控制核心的盘式刀库自动换刀控制系统。刀库交换。数控加工中心由于配有刀库和自动换刀系统,能

4、自动换刀系统主要结构包括：支撑台、盘式刀库、伺服实现一次装夹完成多道工序，大大减少专用工夹具的数电机、ATC电机、虚拟主轴、凸轮机构、机械手、气缸量，缩短了生产准备时间，同时减少了多次安装造成的等，结构图如图1所示。刀库及自动换刀系统的控制主定位误差，提高加工精度，能实现高精高效的加工，数要包括：刀具运动的控制、刀套翻转运动的控制、机械[2]手换刀的控制。刀库自动换刀系统控制过程中刀库由控加工中心自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率[1]伺服电机驱动刀盘的正反转进行选刀定位，气缸带动刀的高低。盘式刀库

5、是应用最广泛的刀库形式之一，随套翻转，机械手完成插刀、换刀、回原点等一系列换刀着加工中心的发展，对刀库自动换刀系统精度和效率提动作，刀套翻转至水平，整个换刀过程结束。出了更高的要求。盘式伺服刀库自动换刀系统的自动化㯦ⴟ⮈〛程度较高，机构动作协调相对复杂，特别是在换刀过ATC⮈〛⭗㲸程中容易发生故障。因此本课题以呼和浩特众环（集㵚㔷〛⹚121110139团）有限责任公司生产的BT40-20L型盘式刀库为研究14815716对象，设计了盘式刀库自动换刀系统控制系统。选用三6㝭㬞⭗㌃175184㿊㛃䑘䑂菱FX

6、-40MT型PLC作为刀库自动换刀系统控制器，实1931N2012现对刀库自动换刀系统的选刀定位和换刀控制。通过刀⭗㉀库伺服系统提高选刀定位精度，并对刀库选刀算法进行〛㾖㬷研究，通过PLC编程实现刀库就近选刀与快速换刀等，䐈⧦㲉减少换刀时间，提高数控机床加工精度和加工效率。图1刀库自动换刀系统结构图收稿日期：2014-06-06基金项目：刀库及自动换刀装置规模化制造关键技术与装置的研发（2012ZX04002051）作者简介：杨伯金（1988-），男，山东潍坊人，硕士研究生，研究方向为刀库及自动换刀装置

7、控制系统设计。第37卷 第4期 2015-04(下) 【119】2自动换刀控制过程设计PLC需要以下输入输出信号：2.1控制系统结构设计分析刀库自动换刀控制过程分析，对控制系统结构进行设计。确定刀库自动换刀控制系统以可编程逻辑控制器（PLC）作为控制核心，利用PLC控制伺服驱动器及伺服电机对自动刀库选刀进行精确定位。PLC通过控制二位五通阀开闭带动气缸活塞运动以实现刀套翻转和回转。同时，利用PLC控制变频器和交流电机，通过凸轮箱实现机械手的换刀动作。通过PLC程序实现对盘式伺服刀库自动换刀系统的自动和手

8、动控制。刀库自动换刀控制系统结构框图如图1所示。图4PLC输入输出信号图根据盘式刀库自动换刀控制要求确定控制器I/O点数，并增加10%~15%的备用量。PLC程序存储容量小于PLC的设计容量才能使程序顺利执行。程序存储容量由程序长短决定，由此估算：存储容量=开关量I/O点总数[4]×10＋模拟量通道数×100。为满足以上控制条件，综合考虑操作简单、通讯接口丰富、性价比较高且应用相对熟练等要素，选择三菱FX1N-40MT型PLC作为盘式刀库自