1 引言

自动刀架用于完成自动换刀功能，是数控车床的关键执行部件。每一台刀架需要作上千次的可靠性运转试验才可出厂。为了提高生产效率，提出plc实现自动刀架例行试验系统项目，项目可以同时对c616-c620型数控机床多台多工位的立式、卧式刀架做试验。

2 原理设计

项目要求plc自动刀架试验系统，可完成一至多台，四工位、八工位或十二工位的立式、卧式刀架做循环的可靠性换刀运转试验。

2.1 自动刀架工作原理

不管是哪一类刀架，其工作原理基本是一致的。刀架电机得电，电机正转，刀架完成上升、正向转位（刀盘前凸、正向转位：卧式刀架）功能，转至所需刀位（由探头检测），电机反转，刀架完成旋转到位后的刀台下降锁紧（刀盘缩回锁紧：卧式刀架）功能，锁紧后锁紧开关接通，电机断电，至此刀架一个换刀运动周期结束。

2.2 自动刀架电控原理

以四工位自动刀架为例，自动刀架电气原理图如图1所示。根据刀架电气原理图和刀架探头的结构，可分析，刀架探头刀位的检测相当于一个一刀四位的波段开关，换刀控制电路由k1、k2及刀架探头组成，k1检测刀架是否旋转到位，k2及探头刀位分别与t0～t3四个刀号的信号并联，达到区分刀架旋转到位后检测是否与信号的刀号一致。四个二极管并联达到区分不同刀号有用同一继电器k2检测目的。

刀架电机顺序控制器受k2触点控制接通，km1得电令电机正转，同时km1常开触点闭合，k3得电，k3常开触点闭合，保证电机正反转期间延续闭合，一旦k2断开，电路顺序转入km2线圈得电闭合，电机反转，刀架锁紧后断电，刀架运动才能终结。

3 plc电控系统设计

由于试验系统控制对象是四工位、八工位或十二工位的刀架，先由plc产生循序脉冲，提供四工位、八工位或十二工位的刀位信号；根据刀架的工作原理和刀架刀位检测电路及电机顺序控制的继电器电路。采用plc取代继电器控制电路，组合成plc自动刀架试验系统。本系统以四工位自动刀架为例，八工位、十二工位可根据四工位系统增加循序脉冲信号和刀位检测电路。

3.1 循序脉冲的产生

循序脉冲发生器的脉冲信号波形如图2所示。脉冲信号的宽度可根据刀架一个换刀周期来定，由于c616-c620数控车床一个换刀周期为3.5s，在本系统中脉冲信号的宽度设定为5s。

3.2 循序脉冲发生器编程设计

图3为循序脉冲发生器的梯形图。用习惯的继电器来描述，当输入继电器x0闭合时，输出继电器mo、m1、m2、m3按顺序产生脉冲信号；当x0断开时，所有输出复位。工作过程如下：

（1）当x0接通时，计时器t0开始计时，同时产生m0脉冲，计时时间到，t0常闭触点打开，m0线圈断电；m0常开触点闭合，m1开始计时，同时m1输出脉冲。

（2） t1计时时间到，常闭触点打开，m1断电；同时常开触点闭合，t2开始计时，同时m2输出脉冲。

（3） t2计时时间到，常闭触点打开，m2断电；同时常开触点闭合，t3开始计时，同时m3输出脉冲。

（4）t3计时时间到，m3输出断开。接着重新开始产生顺序脉冲，即为循序脉冲发生器的工作机理。对于5s的输出脉冲宽度，以三菱fx2n微型可编程序控制器，t0～t199定时器的时钟脉冲是100ms，须对定时器进行累加至50次。

3.3 plc试验系统

（1）换刀控制梯形图：循序脉冲换刀信号m0～m3加在刀位检测电路端口与刀架探头各刀位处，换刀控制检测构成了与或关系，与电机顺序控制电路转换成plc的梯形图如图4所示。

（2） plc试验系统梯形图：即将循序脉冲发生器梯形图与换刀控制梯形图串接，就构成plc自动刀架试验系统的梯形图。

3.4 plc电控图设计

plc产生的循序脉冲换刀信号为内部继电器或辅助继电器，不占用输入输出接点，对于四工位刀架的plc外部接线如图5所示。

4 结束语

选用输入24点的plc微型可编程控制器，就可同时对四台四工位刀架做试验，取代以555时基器为信号源的单台刀架试验仪。可大大提高生产效率，提高产品可靠性，提高企业经济效益，这是设计plc自动刀架试验系统的目的。