數(shù)控加工中心在加工工件時需要根據(jù)加工工藝的要求進行刀具庫轉(zhuǎn)位自動選擇刀具。由于數(shù)控加工中心在實際加工工件時多數(shù)采用任意轉(zhuǎn)位自動選擇刀具的方式，本文著重討論S7-300 PLC 在數(shù)控加工中心刀具庫控制中，采用任意轉(zhuǎn)位自動選擇刀具的設(shè)計應用。經(jīng)在實際加工中應用該方案， 能有效地實現(xiàn)刀具庫換刀準確的自動選擇，具有良好的加工效率和加工精度。

   1 設(shè)計要求

　刀具庫選刀的原則是采用最近方向旋轉(zhuǎn)， 即根據(jù)程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時， 都要向距換刀位置<180°的方向旋轉(zhuǎn)，以減少換刀時間。當選定刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置時，刀具庫轉(zhuǎn)盤停止旋轉(zhuǎn)，并由取放刀機械手進行換刀(圖1)。

　　該設(shè)計中按鈕SB0-SB7 分別為8 種供選擇刀具的選擇按鈕;ST0-ST7 為各刀具旋轉(zhuǎn)到位的行程開關(guān)，由霍爾元件構(gòu)成;Q0.0-Q0.1 分別為到位指示燈和換刀指示燈;Q0.2-Q0.7 用來控制步進電機的驅(qū)動器。

2 硬件設(shè)計

　　根據(jù)設(shè)計方案要求， 該數(shù)控加工中心刀具庫轉(zhuǎn)位控制選擇需要16 個輸入端和4 個輸出端，在保證穩(wěn)定的性能和以后升級改造需要的前提下， 我們采用西門子公司的S7-300 CPU314C-2DP 和眾為興技術(shù)有限公司Q2-BYG403BM 二相步進驅(qū)動器進行控制設(shè)計。CPU314C-2DP 是一個用于分布式結(jié)構(gòu)的緊湊型CPU，內(nèi)置24 個數(shù)字量輸入(所有輸入都可用作中斷處理)和16 個數(shù)字量輸出，以及4 個模擬量輸入和2 個模擬量輸出，足以滿足該設(shè)計及以后升級改造的需求。

　　Q2-BYG403BM 二相步進驅(qū)動器， 可驅(qū)動二相四、六、八線混合式42、56、85、86 系列步進電機。在該方案中用來控制步進電機的轉(zhuǎn)向及速度。在給定工作方式正序換相通電，步進電機帶動刀具庫正轉(zhuǎn);按反序通電換相，則步進電機帶動刀具庫反轉(zhuǎn)。并且可根據(jù)調(diào)整PLC 發(fā)出的脈沖頻率，對步進電機進行調(diào)速。按照方案將PLC 的輸入/輸出口(表1)進行分配以及對數(shù)控加工中心刀具庫轉(zhuǎn)位選擇進行接線設(shè)計(圖2)。

3 軟件設(shè)計

　　按設(shè)計方案要求，首先記錄當前刀號和請求刀號，其次計算判斷其旋轉(zhuǎn)方向，最后執(zhí)行如何旋轉(zhuǎn)的順序[3]，設(shè)計出的刀具庫轉(zhuǎn)位流程圖如圖3。

　　初始狀態(tài)下，由PLC 記錄當前刀具號;當按下按鈕中的任意一個時，PLC 記錄該請求刀具號，然后刀具庫轉(zhuǎn)盤按照距請求刀具<180°的方向旋轉(zhuǎn)。當請求刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置時，到位指示燈發(fā)亮，機械手開始換刀，同時換刀指示燈閃爍。5s 后換刀結(jié)束，換刀指示燈熄滅;要求在換刀過程中，其他換刀請求信號無效。待換刀完畢，則PLC記錄當前刀具號，等待下一次換刀請求。

　　采用西門子STEP7 軟件并用梯形圖方式進行刀具庫轉(zhuǎn)位編程如圖4，，過程說明如下：

　　(1)當?shù)毒咛幵趽Q刀位置時，則該到位行程開關(guān)ST*閉合，并將其刀具號傳至輸出寄存器QW8 中，記錄當前的刀具號。當請求選擇刀具時，將按下請求刀具選擇按鈕SB*，將請求刀具號傳至輸出寄存器QW2 中;與此同時，將寄存器M0.5 置位，使其它請求信號無效，直至刀具庫轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)動作完成后再將M0.5 復位。

　　(2)將當前值QW8 與請求值QW2 進行比較。若兩值相等，則刀具庫轉(zhuǎn)盤無動作，到位指示燈亮，且同時開始換刀動作;若當前值QW8 大于請求值QW2，則將兩值直接相減，并將結(jié)果傳至輸出寄存器QW6; 若當前值QW8 小于請求值QW2，則將當前值QW8 加總刀數(shù)8 后再與請求值QW2 相減，并將結(jié)果傳至輸出寄存器QW6。此時，再將輸出寄存器QW6 的值與刀具總數(shù)的一半即4 進行比較， 若大于等于4 則將M2.2 置位，控制驅(qū)動器使步進電機帶動刀具庫轉(zhuǎn)盤反轉(zhuǎn); 若小于4 則將M2.4 置位，控制驅(qū)動器使步進電機帶動刀具庫轉(zhuǎn)盤正轉(zhuǎn)。

　　(3)待刀具旋轉(zhuǎn)到位，此時換刀指示燈閃爍，進行換刀;5s 后將M0.5 復位，同時換刀指示燈熄滅，換刀結(jié)束。

4 結(jié)語

　　PLC 控制的數(shù)控加工中心刀具庫自動選擇的應用設(shè)計， 適用于經(jīng)濟型數(shù)控加工中心和普通數(shù)控加工中心的改造。采用該設(shè)計方案數(shù)控加工中心， 能夠縮短換刀時間，優(yōu)化數(shù)控加工中心設(shè)備的加工性能，提高數(shù)控加工中心的工作效率和經(jīng)濟效益。