基于西门子802D sl数控系统的伺服刀架控制

　　刀架，作为数控车床类产品上最重要，最核心的机械部件之一，主要用于夹持切削用的刀具，许多刀架还直接参与切削工作，因此刀架可靠性的好坏，性能的优劣，都直接影响到机床的切削性能和切削效率等。随着刀架结构，技术的成熟，性能的提高及伺服驱动系统价格的降低，在数控车床上已越来越多地选择配置液压伺服刀架

　　本文主要基于西门子802D sl数控系统，针对卧式12工位伺服刀架展开对回转刀架的结构，数控系统的接口，伺服控制器的接口等进行介绍，并编程分析了伺服刀架的控制原理及过程。

1 伺服刀架控制系统的工作原理

　　1.1 回转刀架介绍

　　数控车刀架一般分为3类，排刀式刀架一般用于小规格的数控车床，以加工棒料或盘类零件为主；当由于某种原因需要数量较多的刀具时，通常采用带刀库的自动换刀装置；本项目中采用的即为数控车床中最常用的一种典型换刀刀架-回转刀架，其是一种最简单的自动换刀装置。回转刀架上回转头各刀座主要用于安装各种不同用处的刀具，数控机床的自动换刀就是通过回转头的旋转，分度和定位来实现的。

　　回转刀架主要分为立式刀架和卧式刀架两种，立式回转轴垂直于机床主轴，多用于经济型数控车床，卧式回转刀架的回转轴平行于机床主轴，可径向与轴向安装刀具。

　　1.2 数控系统的接口

　　西门子的820D sl系统的核心是PPU，它主要包括NCK，PLC，HMI，闭环控制和一些通信任务。在控制系统中，NCK与PLC通过数据块进行数据信息传递。

　　该项目中的卧式伺服刀架部分主要采用SFW系列刀架驱动控制器进行控制，刀架动力头采用西门子伺服电机，其由西门子802D sl数控系统配置的伺服控制器直接控制。

　　数控车床的伺服刀架操作为PLC通过I/O模块与机床各个机构的输入输出点连接。PLC主要通过输出点进行伺服刀架控制器的工作模式选择，工位的定位及选刀启动，并通过输入点进行当前工位的判断，报警信息的读取等。在伺服刀架的机构控制中主要两个电磁阀QY0，QY1用于控制刀架及动力头的卡紧松开，两个卡紧松开到位检测开关B0，B1。在完成伺服刀架控制的动作过程中PLC接受NCK的控制命令并对输出接口模块进行输出控制来执行相应的操作。

　　1.3 伺服刀架的伺服控制器接口及其功能

　　图1所示为该项目使用的SFW系列刀架伺服控制器的接口，其中主要接口的基本功能介绍如下：

　　CN1：控制器主电源接口；

　　CN4：伺服电机编码器接口；

　　CN8：伺服刀架传感器信号接口；

　　CN10：信号输出接口，PLC通过该接口读取当前工位数，报警信息等；

　　CN11：信号输入接口，主要用于工作模式的设定，工位的选择等。

　　1.4 伺服刀架的工作过程

　　伺服刀架的工作过程主要包括，刀架的回零和手动，自动换刀过程。刀架正常换刀的前提是准确回零以建立刀架计数参考系。与此同时，刀架每次动作之前都需要对动力头准确定位，以保证动力头和相应的离合器系统准确的啮合与脱开。