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數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)的下位機(jī)軟件運(yùn)行于Turbo PMAC中。系統(tǒng)有效地利用了 Turbo PMAC提供的資源，使大量實(shí)時(shí)控制功能在下位機(jī)中完成，減少了 PC與Turbo PMAC之間的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)數(shù)控加工中心開始運(yùn)行后，運(yùn)動(dòng)過程完全不依賴于上位機(jī)軟件系統(tǒng)，即使上位機(jī)出現(xiàn)軟件故障，也不會(huì)影響數(shù)控線軌加工中心運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的完成，使上位機(jī)系統(tǒng)在不影響數(shù)控立式加工中心運(yùn)行程序的情況下重新復(fù)位并恢復(fù)到正常狀態(tài)。

下位機(jī)軟件系統(tǒng)由PLC程序、運(yùn)動(dòng)程序、算法程序和相關(guān)變量定義構(gòu)成。Turbo PMAC 內(nèi)置了 PLC功能，且支持多程序運(yùn)行，通過PLC程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并檢測和執(zhí)行上位機(jī)發(fā)來的指令信號(hào)，其主要功能包括安全運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)控系統(tǒng)起停、機(jī)床I/O初始化、刀庫自動(dòng)換刀控制，數(shù)控系統(tǒng)矩陣鍵盤控制等。

4.3.1基于PMAC的加工中心斗笠式刀庫自動(dòng)換刀控制系統(tǒng)

基于PMAC的CNC加工中心的刀庫采用的是10把刀斗笠式刀庫，該刀庫主要由三相異步電機(jī)、限位開關(guān)、氣缸和刀盤等組成[53]。換刀時(shí)，根據(jù)目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前刀具號(hào)的差值判斷刀庫電機(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)就近找刀；通過氣缸裝置使刀庫伸出或縮回，與主軸相配合進(jìn)行換刀，由氣動(dòng)打刀缸來實(shí)現(xiàn)主軸的抓刀和松刀；在刀庫上設(shè)有刀具計(jì)數(shù)開關(guān), 刀庫每轉(zhuǎn)過一個(gè)刀位，便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)判斷出刀庫轉(zhuǎn)過幾個(gè)刀位，實(shí)現(xiàn)刀庫準(zhǔn)停[54]。該刀庫采用固定刀位管理：刀套的編號(hào)即是刀具的號(hào)碼。

斗笠式刀庫自動(dòng)換刀過程

U刀庫控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化。刀庫的一號(hào)刀位應(yīng)該停在刀庫的換刀位置上，如果刀庫沒有零點(diǎn)檢測信號(hào)，需要首先用手動(dòng)方式將刀庫轉(zhuǎn)到一號(hào)刀位位置，然后才能執(zhí)行初始化命令。初始化后的結(jié)果是：刀庫停在一號(hào)刀位置上且不裝刀，刀庫其它位置裝刀，主軸裝1號(hào)刀，將主軸刀號(hào)設(shè)置為1 , PLC刀庫計(jì)數(shù)器直接置1。在不發(fā)生亂刀、刀盤旋轉(zhuǎn)至主軸目前刀號(hào)中斷和刀盤旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)刀號(hào)中斷的時(shí)候，只需初始化一次即可。

刀庫處于初始位置，此時(shí)刀庫遠(yuǎn)離主軸[55]。刀庫氣缸磁性接近開關(guān)A發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的PLC中，對(duì)刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為1。

1.2數(shù)控系統(tǒng)接到換刀指令M06之后，NC將發(fā)給PLC—個(gè)內(nèi)部信號(hào)，啟動(dòng)自動(dòng)換刀程序。對(duì)指令的目標(biāo)刀號(hào)和當(dāng)前主軸刀號(hào)進(jìn)行比較，如果相等，直接發(fā)出換刀完成信號(hào)，如果不等，啟動(dòng)換刀程序，進(jìn)入下一步，中間變量P的值為2[55]。

Z軸運(yùn)動(dòng)到第一參考點(diǎn)位置，同時(shí)主軸準(zhǔn)停，中間變量P的值為3。

1.4判斷主軸有沒有刀，假如沒刀，則刀庫不用進(jìn)行取刀過程，可直接進(jìn)入換取新刀過程，中間變量P的值為4。跳轉(zhuǎn)到步驟1.5繼續(xù)執(zhí)行換取新刀程序[56]。假設(shè)主軸有刀，則要先取下舊刀再更換新刀，中間變量P的值為5。跳轉(zhuǎn)到步驟1.4.1執(zhí)行取下舊刀程序[56]。

1.4.1主軸有刀時(shí)，需要進(jìn)一步判斷當(dāng)前主軸刀號(hào)與當(dāng)前刀號(hào)是否相等，若不相等，調(diào) 用刀庫就近換刀子程序，命令刀庫旋轉(zhuǎn)，直到當(dāng)前刀號(hào)與主軸刀號(hào)相等，刀庫停止旋轉(zhuǎn)。中間變量P的值為6。

1.4.2 Z軸運(yùn)動(dòng)到第二參考點(diǎn)位置，將當(dāng)前主軸上的刀具還到刀庫中對(duì)應(yīng)的刀位上。中間變量P的值為7。

1.4.3刀庫前進(jìn)到換刀位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)B發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的 PLC中，對(duì)刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為8。

1.4.4刀庫抓刀確認(rèn)后，主軸上的打刀缸電磁閥得電，主軸吹氣松刀。主軸松刀后打刀缸伸出限位開關(guān)C發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的PLC中，確認(rèn)本步動(dòng)作執(zhí)行完成，允許下一步動(dòng)作開始[56]。中間變量P的值為9。

1.4.5 Z軸運(yùn)動(dòng)到第一參考點(diǎn)位置。中間變量P的值為10。跳轉(zhuǎn)到步驟2.6繼續(xù)執(zhí)行換取新刀程序。

1.5主軸無刀時(shí)，刀庫前進(jìn)到換刀位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)B發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的PLC中，對(duì)刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為11。

1.6調(diào)用刀庫就近換刀子程序，中間變量P的值為12。

1.7 Z軸運(yùn)動(dòng)到第二參考點(diǎn)位置，氣動(dòng)打刀缸電磁閥失電，主軸抓刀。主軸抓刀后打刀缸收回限位開關(guān)D發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的PLC中。中間變量P的值為13。

1.8刀庫后退到初始位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)A發(fā)送信號(hào)到數(shù)控機(jī)床的 PLC中，對(duì)刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為14。

1.9 Z軸運(yùn)動(dòng)到第一參考點(diǎn)位置，換刀結(jié)束，主軸定位解除，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送換刀完成信號(hào)。中間變量P的值為0。

本編程方法的重點(diǎn)是將刀庫換刀的動(dòng)作進(jìn)行分步。“步”存儲(chǔ)在一個(gè)中間變量P中，刀庫換刀時(shí)，每一個(gè)動(dòng)作正確完成后，中間變量P的值都會(huì)改變，成為下一個(gè)動(dòng)作啟動(dòng)的必要條件，整個(gè)換刀動(dòng)作完成以后將中間變量P置零，下一個(gè)換刀命令到來后又從步1開始執(zhí)行[57]。這樣不僅使PLC程序簡單、直觀，而且由于“步驟”是唯一的，這樣就能避免信號(hào)之間的互相干擾，保證了刀庫換刀的安全可靠，并可對(duì)每一個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控，避免出現(xiàn)事故。

換刀系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

為了方便刀庫的調(diào)試，刀庫控制系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式。在自動(dòng)工作方式下，給定目標(biāo)刀號(hào)，刀庫就能夠?qū)崿F(xiàn)就近找刀，自動(dòng)換刀，并能夠?qū)Q刀過程的每一個(gè)動(dòng) 作是否到位進(jìn)行監(jiān)控，以保證換刀過程的安全可靠。在手動(dòng)工作方式下，實(shí)現(xiàn)刀庫調(diào)試與維修時(shí)用到的各種手動(dòng)操作功能，這些功能包括刀庫正、反轉(zhuǎn)，主軸松、緊刀，刀庫伸出，刀庫后退和刀庫返回原點(diǎn)等。

2.1自動(dòng)就近換刀

在自動(dòng)運(yùn)行模式下，系統(tǒng)按照換刀流程，順序完成各步動(dòng)作，其中如何根據(jù)目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前刀具號(hào)的差值判斷刀庫應(yīng)該正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)就近找刀，是PLC程序的一

項(xiàng)重要任務(wù)。刀庫就近換刀流程圖如圖4-10所示。

當(dāng)收到調(diào)用刀庫就近換刀子程序命令后，比較當(dāng)前刀號(hào)和目標(biāo)刀號(hào)的數(shù)值的大小，當(dāng) 前刀號(hào)等于目標(biāo)刀號(hào)的時(shí)候，刀庫停止轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)送換刀完成指令[58];當(dāng)前刀號(hào)大于目標(biāo)刀號(hào)的時(shí)候，其差值等于當(dāng)前刀號(hào)減去目標(biāo)刀號(hào)；當(dāng)前刀號(hào)小于目標(biāo)刀號(hào)的時(shí)候，其差值等于當(dāng)前刀號(hào)加上刀庫總數(shù)然后再減去目標(biāo)刀號(hào)。再比較差值與5的大小，如果差值小于或等于5,旋轉(zhuǎn)步數(shù)等于差值，刀盤正轉(zhuǎn)；如果差大于5,旋轉(zhuǎn)步數(shù)等于刀庫總數(shù)減去差值，刀盤反轉(zhuǎn)。在刀庫上設(shè)有刀具計(jì)數(shù)開關(guān)，刀庫每轉(zhuǎn)過一個(gè)刀位，便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，旋轉(zhuǎn)步數(shù)相應(yīng)減一，直到等于零時(shí)，刀庫停止旋轉(zhuǎn)[58]。為了刀庫能準(zhǔn)確的停在換刀位置上，可延長刀庫停止的時(shí)間。同時(shí)，不斷更新當(dāng)前刀號(hào)，根據(jù)刀庫旋轉(zhuǎn)方向的不同，當(dāng)前刀號(hào) 加1或者減1,當(dāng)加到最大值或者減到最小值時(shí)，當(dāng)前刀號(hào)寄存器重新賦初值[58]。其關(guān)鍵程序見附錄二。

2.2手動(dòng)換刀

在手動(dòng)運(yùn)行模式下，刀庫旋轉(zhuǎn)有點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)，如何根據(jù)刀庫旋轉(zhuǎn)方向的不同，實(shí)時(shí)更新當(dāng)前刀號(hào)，以及按鈕松開后刀庫準(zhǔn)確的停在換刀位置上，是手動(dòng)換刀PLC程序的一項(xiàng)重要任務(wù)。

對(duì)于按鈕開關(guān)作為輸入信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)，可采用軟件延時(shí)的方法進(jìn)行消抖；對(duì)于如何判斷點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)，可啟用一個(gè)簡單的計(jì)數(shù)器，根據(jù)計(jì)數(shù)器值的大小來確認(rèn)點(diǎn)動(dòng)或連續(xù)；對(duì)于刀庫能準(zhǔn)確的停在換刀位置上，可延長刀庫停止的時(shí)間；對(duì)于實(shí)時(shí)更新當(dāng)前刀號(hào)，可根據(jù)刀庫旋轉(zhuǎn)方向的不同，當(dāng)前刀號(hào)加1或者減1，當(dāng)加到最大值或者減到最小值時(shí)，當(dāng) 前刀號(hào)寄存器重新賦初值，如果更新完的當(dāng)前刀號(hào)與刀庫停止時(shí)的刀號(hào)不一致，可在計(jì)數(shù) 前適當(dāng)加上一定延時(shí)。其關(guān)鍵程序見附錄二。

本文采摘自“基于PMAC的加工中心開放式數(shù)控系統(tǒng)研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！

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分類：加工中心

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