基于PLC的西门子840D 加工中心控制方案实现

0、前言

　　数控加工中心与一般数控机床相比因带有由刀库和机械手组成的自动换刀装置（ATC）使工件能在一次装夹中完成大部分甚至全部工序，因而大大减少了装卸工件和换刀辅助时间。同时消除了由于多次装夹造成的定位误差，比一般数控机床更能实现高精度、高效率、高度自动化加工。数控加工中心控制中的分度头控制、多主轴控制以及对刀具的识别与选刀是影响加工中心工作性能的稳定和加工精度的关键部分。分度头是安装在主轴上的装置，控制其在立面和斜面上的不同的转角、在不同方向上的加工以及机械手插刀和拨刀的精度。而ATC 是根据数控系统选刀指令，从刀库中将所需要的刀具转到取刀位置，实现自动选刀；然后由机械手从刀库和主轴上取出刀具，进行刀具交换，将新刀具装进主轴，用过的旧刀具放回刀库。而不同的刀具就涉及到了多个对加工主轴的控制，多主轴控制的稳定性是保证加工中心正确工作和精准定位的依据。

　　基于 PLC的控制方式特点是有独立的CPU、存储器等微机系统，使用程序控制方式，无触点，串行方式，成品组装，可靠性极强，安装、使用、维护、维修方便，系统易更新换代。本文基于西门子的840D 数控系统对PLC 在加工中心数控系统的应用做了有关的探讨和研究，对以上题目做出了解决方案。

1、数控系统的有关参数

　　研究对象的数控系统采用德国西门子公司840D 数控系统实现加工零件程序的编制及自动加工、编辑程序参数、数字化、刀库机械手自动换刀、分度头立面、斜面的自动分度，多主轴控制、与PLC 等外部设备的数据通讯、显示报警、编辑机床数据、协调各主轴的自动运行等等功能。

　　伺服放大单元对CNC 输出信号进行处理，达到变频调速的目的，然后输出给伺服电机。X、Y 放大单元采用日本FANUC30 型，Z轴采用日本FANUC30B，带制动刀库电机伺服采用FANUC10 型，电机内均装有编码器进行速度反馈，主轴伺服采用FANUC15S。光栅采用意大利生产的自带放大器的LS704 和LB326。

2、对分度头的控制

　　由于数控加工中心带有刀库机械手，万能铣头分度的正确与否直接关系到机械手的换刀和加工精度，采用PLC 对分度头进行控制，检测分度头分度的精度，大大增缩短了数控仿形加工中心的调试时间，其具体设计如图1：

图1  PLC对分度头的控制装置

　　主轴电机连在servo unit 的T1、T2 接线上，电机带动主轴箱旋转从而带动分度头分度或旋转,编码器安装在分度头上检测分度头旋转角度,反馈信号接到伺服单元的CNA 插座上,PLC 的I/O 端与伺服单元的CN1 和外部继电保护相连接。数码拨盘的输出给servo unit的CNC ,以控制电动机的旋转角度。通过对主轴单元A06B - 6059 - H215 # 516 和准停电路A06B -6059 - J130 的参数和短路棒设定使其运行。

　　主轴电机控制分度头在立面和斜面的分度的度数，最大分辨率0.08°，由液压系统控制立面、斜面的松开，从而控制立面斜面的分度，由主轴编码器检测电机的转速反馈到CNC 控制系统，从而控制分度的度数。当立面斜面液压系统夹紧时，主轴电机转动带动主轴旋转进行机械加工；当刀库机械换刀时，立面、斜面均回到零度位置进行换刀。