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下位機(jī)軟件系統(tǒng)由PLC程序、運(yùn)動程序、算法程序和相關(guān)變量定義構(gòu)成。Turbo PMAC 內(nèi)置了 PLC功能，且支持多程序運(yùn)行，通過PLC程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并檢測和 執(zhí)行上位機(jī)發(fā)來的指令信號，其主要功能包括安全運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)控系統(tǒng)起停、機(jī)床I/O初 始化、刀庫自動換刀控制，數(shù)控系統(tǒng)矩陣鍵盤控制等。

4.3.1基于PMAC的加工中心斗笠式刀庫自動換刀控制系統(tǒng)

基于PMAC的CNC加工中心的刀庫采用的是10把刀斗笠式刀庫，該刀庫主 要由三相異步電機(jī)、限位開關(guān)、氣缸和刀盤等組成[53]。換刀時(shí)，根據(jù)目標(biāo)刀具號和當(dāng)前刀 具號的差值判斷刀庫電機(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)就近找刀；通過氣缸裝置使刀庫伸出或縮回，與主 軸相配合進(jìn)行換刀，由氣動打刀缸來實(shí)現(xiàn)主軸的抓刀和松刀；在刀庫上設(shè)有刀具計(jì)數(shù)開關(guān), 刀庫每轉(zhuǎn)過一個(gè)刀位，便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，根據(jù)脈沖信號的個(gè)數(shù)判斷出刀庫轉(zhuǎn)過幾個(gè)刀 位，實(shí)現(xiàn)刀庫準(zhǔn)停[54]。該刀庫采用固定刀位管理：刀套的編號即是刀具的號碼。

斗笠式刀庫自動換刀過程

U刀庫控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化。刀庫的一號刀位應(yīng)該停在刀庫的換刀位置上，如果刀 庫沒有零點(diǎn)檢測信號，需要首先用手動方式將刀庫轉(zhuǎn)到一號刀位位置，然后才能執(zhí)行初始 化命令。初始化后的結(jié)果是：刀庫停在一號刀位置上且不裝刀，刀庫其它位置裝刀，主軸 裝1號刀，將主軸刀號設(shè)置為1 , PLC刀庫計(jì)數(shù)器直接置1。在不發(fā)生亂刀、刀盤旋轉(zhuǎn)至 主軸目前刀號中斷和刀盤旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)刀號中斷的時(shí)候，只需初始化一次即可。

刀庫處于初始位置，此時(shí)刀庫遠(yuǎn)離主軸[55]。刀庫氣缸磁性接近開關(guān)A發(fā)送信號到數(shù)控 機(jī)床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為1。

1.2數(shù)控系統(tǒng)接到換刀指令M06之后，NC將發(fā)給PLC—個(gè)內(nèi)部信號，啟動自動換刀 程序。對指令的目標(biāo)刀號和當(dāng)前主軸刀號進(jìn)行比較，如果相等，直接發(fā)出換刀完成信號， 如果不等，啟動換刀程序，進(jìn)入下一步，中間變量P的值為2[55]。

Z軸運(yùn)動到第一參考點(diǎn)位置，同時(shí)主軸準(zhǔn)停，中間變量P的值為3。

1.4判斷主軸有沒有刀，假如沒刀，則刀庫不用進(jìn)行取刀過程，可直接進(jìn)入換取新刀 過程，中間變量P的值為4。跳轉(zhuǎn)到步驟1.5繼續(xù)執(zhí)行換取新刀程序[56]。假設(shè)主軸有刀， 則要先取下舊刀再更換新刀，中間變量P的值為5。跳轉(zhuǎn)到步驟1.4.1執(zhí)行取下舊刀程序[56]。

1.4.1主軸有刀時(shí)，需要進(jìn)一步判斷當(dāng)前主軸刀號與當(dāng)前刀號是否相等，若不相等，調(diào) 用刀庫就近換刀子程序，命令刀庫旋轉(zhuǎn)，直到當(dāng)前刀號與主軸刀號相等，刀庫停止旋轉(zhuǎn)。 中間變量P的值為6。

1.4.2 Z軸運(yùn)動到第二參考點(diǎn)位置，將當(dāng)前主軸上的刀具還到刀庫中對應(yīng)的刀位上。 中間變量P的值為7。

1.4.3刀庫前進(jìn)到換刀位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)B發(fā)送信號到數(shù)控機(jī)床的 PLC中，對刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為8。

1.4.4刀庫抓刀確認(rèn)后，主軸上的打刀缸電磁閥得電，主軸吹氣松刀。主軸松刀后打 刀缸伸出限位開關(guān)C發(fā)送信號到數(shù)控機(jī)床的PLC中，確認(rèn)本步動作執(zhí)行完成，允許下一 步動作開始[56]。中間變量P的值為9。

1.4.5 Z軸運(yùn)動到第一參考點(diǎn)位置。中間變量P的值為10。跳轉(zhuǎn)到步驟2.6繼續(xù)執(zhí)行換 取新刀程序。

1.5主軸無刀時(shí)，刀庫前進(jìn)到換刀位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)B發(fā)送信號到 數(shù)控機(jī)床的PLC中，對刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為11。

1.6調(diào)用刀庫就近換刀子程序，中間變量P的值為12。

1.7 Z軸運(yùn)動到第二參考點(diǎn)位置，氣動打刀缸電磁閥失電，主軸抓刀。主軸抓刀后打刀 缸收回限位開關(guān)D發(fā)送信號到數(shù)控機(jī)床的PLC中。中間變量P的值為13。

1.8刀庫后退到初始位置，到位后刀庫氣缸磁性接近開關(guān)A發(fā)送信號到數(shù)控機(jī)床的 PLC中，對刀庫狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，中間變量P的值為14。

1.9 Z軸運(yùn)動到第一參考點(diǎn)位置，換刀結(jié)束，主軸定位解除，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送換刀完成 信號。中間變量P的值為0。

本編程方法的重點(diǎn)是將刀庫換刀的動作進(jìn)行分步。“步”存儲在一個(gè)中間變量P中，刀 庫換刀時(shí)，每一個(gè)動作正確完成后，中間變量P的值都會改變，成為下一個(gè)動作啟動的必 要條件，整個(gè)換刀動作完成以后將中間變量P置零，下一個(gè)換刀命令到來后又從步1開始 執(zhí)行[57]。這樣不僅使PLC程序簡單、直觀，而且由于“步驟”是的，這樣就能避免信 號之間的互相干擾，保證了刀庫換刀的安全可靠，并可對每一個(gè)動作的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控， 避免出現(xiàn)事故。

換刀系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

為了方便刀庫的調(diào)試，刀庫控制系統(tǒng)設(shè)有自動和手動兩種工作方式。在自動工作方式 下，給定目標(biāo)刀號，刀庫就能夠?qū)崿F(xiàn)就近找刀，自動換刀，并能夠?qū)Q刀過程的每一個(gè)動 作是否到位進(jìn)行監(jiān)控，以保證換刀過程的安全可靠。在手動工作方式下，實(shí)現(xiàn)刀庫調(diào)試與 維修時(shí)用到的各種手動操作功能，這些功能包括刀庫正、反轉(zhuǎn)，主軸松、緊刀，刀庫伸出， 刀庫后退和刀庫返回原點(diǎn)等。

2.1自動就近換刀

在自動運(yùn)行模式下，系統(tǒng)按照換刀流程，順序完成各步動作，其中如何根據(jù)目標(biāo)刀具 號和當(dāng)前刀具號的差值判斷刀庫應(yīng)該正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)就近找刀，是PLC程序的一