加工中心刀库任意选刀方式的PLC控制

加工中心刀库任意选刀方式的PLC控制
摘要通过对利用数控系统的特殊功能和PLC的间接寻址指令控制加工中心刀库任意选刀方式的研究，认为该方式不仅能有效地缩短了选刀时间，而且结构简单，控制方便。

关键词任意选刀；自动换刀；PLC；间接寻址
1加工中心的自动换刀系统其换刀过程分可为两个步骤
加工中心的自动换刀系统其换刀过程分可为两个步骤：首先数控系统接收到TXX后自动选刀，然后执行M06代码，通过机械手完成刀具的自动交换。

一般由机械手实施的刀具自动交换动作的控制方法基本大同小异，但选刀方式的好坏直接影响整个换刀系统的效率。

本文着重讨论在数控系统上如何利用其特殊功能和PLC的间接寻址指令自动控制刀库任意选刀。

2刀库任意选刀自动控制
任意选刀方式利用软件选刀，代替了传统的编码环和识刀器，主轴上的新刀号和还回刀库中的刀具号均在PLC内部的存储单元，不论刀具放在哪个位置，都能跟踪记忆。

这种刀具选择方式需要始终将刀具号（任意存放）和刀库中的刀座号（机械对应）对应地记忆在PLC 中。

也即在PLC 中开辟一个数据存储区，始终存储当前实际刀库的映像。

这可以利用PLC中的数据块来完成。

因为在PLC 中DB块的内容是永远保持的，即使系统断电后数据也不会丢失。

这样，一方面，刀具用完后可送回到刀库中的任意空余的刀座上，节省了刀库转动的时间，刀柄也可采用国际通用形式，刀具本身不必设置编码元件，结构简单，控制方便，通用性好。

另一方面，选刀控制转化为刀座控制，PLC在接受到NC系统发出的刀具选择指令TXX 后，利用间接寻址指令快速搜索刀库映像数据块，找到刀具对应的刀座号。

试想一下，刀具在刀库映像数据块是任意存放的，但刀座号始终是与机械对应的。

如果设计时将刀库轴设置为PLC控制的分度旋转轴，这样当刀库轴由PLC 接管后，可以方便地利用数控系统统PLC分度轴定位标准功能块FC16 完成刀库最短路径定位，而不必在PLC 中做相当繁琐的方向判断和最短路径计算，从而极大地方便了PLC刀库轴定位控制编程。

3PLC间接寻址介绍
绝大多数的PLC都具有间接寻址功能。

所间接寻址就是间接的给出指令的确切操作数。

比如：A Q[MD0]，A T[DBW4]。

程序语句中用方刮号[ ]标明的内容，间接的指明了指令要进行的位址，这两个语句中的MD0和DBW4称为指针Pointer，它指向它们其中包含的数值，才是指令真正要执行的地址区域的确切位置。

所以，如果要寻址那些只有在程序运行时才确定其地址的地址标识符就要使用间接寻址了。

在选刀过程中需要根据当前NC 给出TXX 代码与刀库映像数据块中的各个刀座号对应的刀具号进行不停的比较，找到了则返回此刀号对应的刀
座号送给FC16处理，也即在PLC程序中需要进行反复扫描（循环编程），必然是要使每次扫描所用到的地址被赋予不同的地址数值。

这时采用间接寻址指令可极大地缩短PLC程序的执行时间，提高代码的执行效率，从而选刀所花时间大为缩减。

下面简单介绍S7-300中间接寻址指令中的存储器间接寻址。

存储器间接寻址的地址给定格式是：地址标识符+ 指针。

指针所指示存储单元中所包含的数值，就是地址的确切数值单元。

存储器间接寻址具有两个指针格式：单字和双字。

单字指针是一个16bit的结构，从0-15bit，指示一个从0-65535的数值，这个数值就是被寻址的存储区域的编号。

双字指针是一个32bit的结构，从0-2bit，共三位，按照8进制指示被寻址的位编号，也就是0-7；而从3-18bit，共16位，指示一个从0-65535的数值，这个数值就是被寻址的字节编号。

指针可以存放在M、DI、DB和L区域中，也就是说，可以用这些区域的内容来做指针。

单字指针只应用在地址标识符是非位的情况下。

而对于byte.bit这种具体位构来说，只能用双字指针。

4具体实现方法及部分程序（以10 把刀为例）
1）首先在PLC 中创建一个刀库映像数据块DB60刀座号数据类型对应的刀号（初始值）
DB90.DBW0 INT 1
DB90.DBW2 INT 2
……
DB90.DBW20INT 10总的刀具数量
DB90.DBW22INT 0 主轴当前刀号
DB90.DBW24INT 1 换刀位刀座号
DB90.DBW26INT 1 要求刀具号对应的刀座号
2）刀库轴返回参考点点后由NC轴转换为PLC 轴的控制。

3）刀库选刀。

在此采用方法来编程。

结构化编程可以生成一个通用的PLC 程序块，以后可以根据不同项目给它赋不同的实际参数即可。

OPNDB90
L P#0.0
T #h0lder_pointer ；
h0lder_pointer为块内自定义临时变量刀座号指针。

此处先将0赋给刀座号指针
……
//下面为刀库映像数据块遍历only toolno’s address
LDB90.DBW 20
Next：T #_counter；总的刀具数作为循环计数初值
L #SETTOOL ；取需要的刀号
L DBW [#h0lder_pointer]；取当前刀座号指针所指的地址的刀号= =1；两者是否相等判断
JC find ；；如果相等，说明找到了，则跳到find 标号，否则继续
L#h0lder_pointer；取当前刀座号指针
LP#2.0
+D
T#h0lder_pointer；；当前刀座号指针加2，转入下个循环
L #_counter；；再次取循环计数器
LOOPnext；；如果循环计数器-1，如果AC-CUI，则跳转至：next；
BEU否则块结束
这样就找到了需要的刀号对应的刀座号指针，在经过处理转化为并非FC16所需要的刀座索引号。

4）FC16调用。

5结束语
利用PLC 中的高级指令及系统本身提供的索引轴控制功能控制加工中心的刀库任意选刀，极大地缩短了选刀时间，节省了设计人员的设计时间，而且利用
结构化编程可以形成设计人员自己的程序库，随着项目的积累今后设计PLC 程序就如同“搭积木”一样。

参考文献
[1]陈先峰,何亚飞.SIEMENS数控技术应用工程师,人民邮电出版社.
[2]张强.PLC在数控机床中的应用研究.科技创新导报,2010,13.
[3]李青云.PLC可编程控制器的应用及发展趋势深析.中国科技信息,2010,16.。