摘要：本文拟就FANUC0i-F数控实训台中四方位回转刀架，通过外部三菱PLC的控制，介绍刀架的工作原理，同时也可提高工程技术人员排除或维护刀架水平，降低故障排除时间。
关键词：PLC；电动刀架；主轴
1问题的提出
数控车床上使用的回转刀架是一种较为简单的自动换刀装置，也是数控车床重要的组成部分，其应用了自动控制、传感检测等方面的最新技术，是典型的机电一体化产品。合理选配电动刀架，并正确地实施控制，能够缩短故障排除时间，有效地提高生产效率。根据不同加工对象，自动回转刀架有四方刀架和六角刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。回转刀架在结构上具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力。目前刀架的控制，都是由CNC内置PLC或固化IO控制完成，工程技术人员理解刀架的控制比较困难，本文拟就FANUC0i-TF数控实训台中四方位回转刀架，通过外部三菱PLC的控制，介绍刀架的工作原理，同时也可提高工程技术人员排除或维护刀架水平，降低故障排除时间。数控车床回转刀架动作的要求是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀架。为完成上述动作要求，要有相应的机构来实现。
2刀架的控制
2.1自动刀架工作原理
①刀架电动机正转，刀架抬起。正转时，电动机回转运动通过蜗杆蜗轮机构，转化为直线运动，刀架体向上移动。即刀架电动机正转时，通过蜗杆和蜗轮机构将驱动传给丝杠，丝杠轴头固定装有刀架转位定位销盘，刀架体内孔加工有内螺纹，随着丝杠转动，刀架体内弹簧定位销入位，刀架体向上移动，刀架向上抬起。当刀架体升至一定距离后，刀架体上的端面齿和刀架底座上的端面齿脱开。当啮合齿脱开后，通过销钉和止推槽的作用，使得丝杠螺母转动进行换刀。随着刀架的转动，刀架体内刀位定位销退出。②刀架电动机正转寻位。刀架正转进行寻位换刀，PLC采集霍尔传感器信号，与选定刀号比对，若传感器信号与刀号相等，则刀架停止寻位，即正转停止。③电动机反转，刀架锁紧。到达指定刀位时，刀架电动机停止正转，反向锁紧，完成整个换刀的过程。
2.2四方电动刀架的控制
四方电动刀架电动机在电气控制设计时要正、反转互锁，电器元件连接时勿接错导线，还要注意电动机三相电源线的相序，实际中可采用相序继电器进行判断。刀架电动机在换刀时必须先正转后反转，这是由四方电动刀架机械结构所决定的，否则会机械卡死，造成电动机过载，损坏电动机。在PLC程序设计中，若到位检测信号出现问题，或霍尔元件损坏、刀位信号线断等，则换刀可能不能结束，若正转或锁紧时间过长，PLC应有相应出错处理程序，提醒操作人员进行检修。
3主轴的控制
在实训台改造过程中，我们充分利用现有设备，综合考虑学生实际，采用变频器实现对主轴的调速控制。变频器连接示意图见图3。主轴电动机采用西门子MM420变频器进行调速控制，MM420系列有着高性能的V/f控制性能，可提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具有很强的过载能力，以满足多种应用场合。使用变频器前，须先熟悉变频器的操作面板，再根据实际应用场景，对变频器的各种功能参数进行设置。电机正反转的控制方式可以有二种，一种是面板控制，一种是开关量端子控制，两种控制方式不同，参数设置也不同。参数设置时应先恢复出厂值，再设电机参数。面板控制法主要参数设置：设p1000设为2，开关量端子不接线，由变频器面板控制电机的正反转。开关量端子控制主要参数设置：变频器5、6、7、8为开关量端子。设p1000设为2，开关量端子5接正转控制信号、端子6接反转信号时，再设p0701为1，端子5上高电平电机正转，低电平停机。设p0702为2，端子6上高电平电机反转，低电平停机。后期根据学生的掌握情况，利用PLC拓展为多段速控制。注意事项：①接线后一定要参考手册，认真复查，以防接线错误而烧坏变频器，尤其是主电源线路；②在接线时，拧紧变频器内部力不要过大，以防损坏端子；③送电和停电过程中一定要注意安全，特别是停电过程中，一定要让变频器充分放电，LED全部熄灭才能打开盖板，等待5min以上；④在输入变频器参数时，一定要确认，以免发生错误；⑤由于变频器可以切换电机正反转，所以必须注意使用的安全。在正/反转切换时，根据电机功率和工作环境调整加减速时间。更改P1040和P1058、P1059的值，可改变电动机正常运行速度和正、反向点动运行速度。另外，为了检测主轴电动机的转速，可采用编码器。PLC通过高速计数器采集来自旋转编码器的信号，由程序计算主轴电动机的转速，从而实现对主轴电动机转速的精确控制。
4PLC控制程序
①刀架正反转控制梯形图如图5。②当前刀号判定如图6。③手动选刀控制如图7。④主轴速度检测。主轴速度检测采用ZSW610-01C-1200BZ/05L型旋转编码器。利用PLC的X0、X1端子，采集旋转编码器A、B两相高速脉冲数，通过浮点计算，可以较为精确地计算出FANUC0I-TF数控车床装调系统主轴速度。⑤触摸屏控制。本系统改造装置，选用昆仑通泰MCGSTPC1061Ti触摸屏，方便学生操作，更加紧密联系实践应用。
5结束语
通过对实训装置的改造，将其内置PLC控制系统剥离，学生在实训中能灵活控制刀架的运动，改造后的装置，功能多样化，可以有效锻炼学生电气选型接线、PLC编程思维等综合能力，对于机电一体化及相关专业的学生，通过训练，技术技能得到显著提升。
参考文献：
[1]朱兴伟，蒋洪平.数控车削加工技术与技能（FANUC系统）[M].北京：机械工业出版社，2016.
[2]曹菁.三菱PLC触摸屏和变频器应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011.
[3]罗敏.FANUC数控系统PMC编程从入门到精通[M].北京：化学工业出版社，2020.
作者:康永泽 单位:长江工程职业技术学院
