基于PMAC的加工中心斗笠式刀库自动换刀控制系统
数控加工中心控制系统的下位机软件运行于turbo pmac中。系统有效地利用了 turbo pmac提供的资源，使大量实时控制功能在下位机中完成，减少了 pc与turbo pmac之 间的数据传输。当数控加工中心开始运行后，运动过程*不依赖于上位机软件系统，即 使上位机出现软件故障，也不会影响数控线轨加工中心运动目标的完成，使上位机系统在不影 响数控立式加工中心运行程序的情况下重新复位并恢复到正常状态。
下位机软件系统由plc程序、运动程序、算法程序和相关变量定义构成。turbo pmac 内置了 plc功能，且支持多程序运行，通过plc程序实时监测设备运行状态，并检测和 执行上位机发来的指令信号，其主要功能包括安全运行监控、数控系统起停、机床i/o初 始化、刀库自动换刀控制，数控系统矩阵键盘控制等。
4.3.1基于pmac的加工中心斗笠式刀库自动换刀控制系统
基于pmac的cnc加工中心的刀库采用的是10把刀斗笠式刀库，该刀库主 要由三相异步电机、限位开关、气缸和刀盘等组成[53]。换刀时，根据目标刀具号和当前刀 具号的差值判断刀库电机正反转，实现就近找刀；通过气缸装置使刀库伸出或缩回，与主 轴相配合进行换刀，由气动打刀缸来实现主轴的抓刀和松刀；在刀库上设有刀具计数开关, 刀库每转过一个刀位，便产生一个脉冲信号，根据脉冲信号的个数判断出刀库转过几个刀 位，实现刀库准停[54]。该刀库采用固定刀位管理：刀套的编号即是刀具的号码。
斗笠式刀库自动换刀过程
u刀库控制系统进行初始化。刀库的一号刀位应该停在刀库的换刀位置上，如果刀 库没有零点检测信号，需要首先用手动方式将刀库转到一号刀位位置，然后才能执行初始 化命令。初始化后的结果是：刀库停在一号刀位置上且不装刀，刀库其它位置装刀，主轴 装1号刀，将主轴刀号设置为1 , plc刀库计数器直接置1。在不发生乱刀、刀盘旋转至 主轴目前刀号中断和刀盘旋转至目标刀号中断的时候，只需初始化一次即可。
刀库处于初始位置，此时刀库远离主轴[55]。刀库气缸磁性接近开关a发送信号到数控 机床的plc中，对刀库状态进行确认，确认无误后，中间变量p的值为1。
1.2数控系统接到换刀指令m06之后，nc将发给plc—个内部信号，启动自动换刀 程序。对指令的目标刀号和当前主轴刀号进行比较，如果相等，直接发出换刀完成信号， 如果不等，启动换刀程序，进入下一步，中间变量p的值为2[55]。
z轴运动到第一参考点位置，同时主轴准停，中间变量p的值为3。
1.4判断主轴有没有刀，假如没刀，则刀库不用进行取刀过程，可直接进入换取新刀 过程，中间变量p的值为4。跳转到步骤1.5继续执行换取新刀程序[56]。假设主轴有刀， 则要先取下旧刀再更换新刀，中间变量p的值为5。跳转到步骤1.4.1执行取下旧刀程序[56]。
1.4.1主轴有刀时，需要进一步判断当前主轴刀号与当前刀号是否相等，若不相等，调 用刀库就近换刀子程序，命令刀库旋转，直到当前刀号与主轴刀号相等，刀库停止旋转。 中间变量p的值为6。
1.4.2 z轴运动到第二参考点位置，将当前主轴上的刀具还到刀库中对应的刀位上。 中间变量p的值为7。
1.4.3刀库前进到换刀位置，到位后刀库气缸磁性接近开关b发送信号到数控机床的 plc中，对刀库状态进行确认，确认无误后，中间变量p的值为8。
1.4.4刀库抓刀确认后，主轴上的打刀缸电磁阀得电，主轴吹气松刀。主轴松刀后打 刀缸伸出限位开关c发送信号到数控机床的plc中，确认本步动作执行完成，允许下一 步动作开始[56]。中间变量p的值为9。
1.4.5 z轴运动到第一参考点位置。中间变量p的值为10。跳转到步骤2.6继续执行换 取新刀程序。
1.5主轴无刀时，刀库前进到换刀位置，到位后刀库气缸磁性接近开关b发送信号到 数控机床的plc中，对刀库状态进行确认，确认无误后，中间变量p的值为11。
1.6调用刀库就近换刀子程序，中间变量p的值为12。
1.7 z轴运动到第二参考点位置，气动打刀缸电磁阀失电，主轴抓刀。主轴抓刀后打刀 缸收回限位开关d发送信号到数控机床的plc中。中间变量p的值为13。
1.8刀库后退到初始位置，到位后刀库气缸磁性接近开关a发送信号到数控机床的 plc中，对刀库状态进行确认，确认无误后，中间变量p的值为14。
1.9 z轴运动到第一参考点位置，换刀结束，主轴定位解除，向数控系统发送换刀完成 信号。中间变量p的值为0。
本编程方法的重点是将刀库换刀的动作进行分步。“步”存储在一个中间变量p中，刀 库换刀时，每一个动作正确完成后，中间变量p的值都会改变，成为下一个动作启动的必 要条件，整个换刀动作完成以后将中间变量p置零，下一个换刀命令到来后又从步1开始 执行[57]。这样不仅使plc程序简单、直观，而且由于“步骤”是的，这样就能避免信 号之间的互相干扰，保证了刀库换刀的安全可靠，并可对每一个动作的执行情况进行监控， 避免出现事故。
换刀系统程序设计
为了方便刀库的调试，刀库控制系统设有自动和手动两种工作方式。在自动工作方式 下，给定目标刀号，刀库就能够实现就近找刀，自动换刀，并能够对换刀过程的每一个动 作是否到位进行监控，以保证换刀过程的安全可靠。在手动工作方式下，实现刀库调试与 维修时用到的各种手动操作功能，这些功能包括刀库正、反转，主轴松、紧刀，刀库伸出， 刀库后退和刀库返回原点等。
2.1自动就近换刀
在自动运行模式下，系统按照换刀流程，顺序完成各步动作，其中如何根据目标刀具 号和当前刀具号的差值判断刀库应该正转还是反转，从而实现就近找刀，是plc程序的一
项重要任务。刀库就近换刀流程图如图4-10所示。
当收到调用刀库就近换刀子程序命令后，比较当前刀号和目标刀号的数值的大小，当 前刀号等于目标刀号的时候，刀库停止转动，发送换刀完成指令[58];当前刀号大于目标刀 号的时候，其差值等于当前刀号减去目标刀号；当前刀号小于目标刀号的时候，其差值等 于当前刀号加上刀库总数然后再减去目标刀号。再比较差值与5的大小，如果差值小于或 等于5,旋转步数等于差值，刀盘正转；如果差大于5,旋转步数等于刀库总数减去差值， 刀盘反转。在刀库上设有刀具计数开关，刀库每转过一个刀位，便产生一个脉冲信号，旋 转步数相应减一，直到等于零时，刀库停止旋转[58]。为了刀库能准确的停在换刀位置上， 可延长刀库停止的时间。同时，不断更新当前刀号，根据刀库旋转方向的不同，当前刀号 加1或者减1,当加到大值或者减到小值时，当前刀号寄存器重新赋初值[58]。其关键 程序见附录二。
2.2手动换刀
在手动运行模式下，刀库旋转有点动和连续，如何根据刀库旋转方向的不同，实时更 新当前刀号，以及按钮松开后刀库准确的停在换刀位置上，是手动换刀plc程序的一项重 要任务。
对于按钮开关作为输入信号时产生的抖动，可采用软件延时的方法进行消抖；对于如 何判断点动和连续，可启用一个简单的计数器，根据计数器值的大小来确认点动或连续； 对于刀库能准确的停在换刀位置上，可延长刀库停止的时间；对于实时更新当前刀号，可 根据刀库旋转方向的不同，当前刀号加1或者减1，当加到大值或者减到小值时，当 前刀号寄存器重新赋初值，如果更新完的当前刀号与刀库停止时的刀号不一致，可在计数 前适当加上一定延时。其关键程序见附录二。
本文采摘自“基于pmac的加工中心开放式数控系统研究”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！
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4.3.1基于pmac的加工中心斗笠式刀库自动换刀控制系统
基于pmac的cnc加工中心的刀库采用的是10把刀斗笠式刀库，该刀库主 要由三相异步电机、限位开关、气缸和刀盘等组成[53]。换刀时，根据目标刀具号和当前刀 具号的差值判断刀库电机正反转，实现就近找刀；通过气缸装置使刀库伸出或缩回，与主 轴相配合进行换刀，由气动打刀缸来实现主轴的抓刀和松刀；在刀库上设有刀具计数开关, 刀库每转过一个刀位，便产生一个脉冲信号，根据脉冲信号的个数判断出刀库转过几个刀 位，实现刀库准停[54]。该刀库采用固定刀位管理：刀套的编号即是刀具的号码。
斗笠式刀库自动换刀过程
u刀库控制系统进行初始化。刀库的一号刀位应该停在刀库的换刀位置上，如果刀 库没有零点检测信号，需要首先用手动方式将刀库转到一号刀位位置，然后才能执行初始 化命令。初始化后的结果是：刀库停在一号刀位置上且不装刀，刀库其它位置装刀，主轴 装1号刀，将主轴刀号设置为1 , plc刀库计数器直接置1。在不发生乱刀、刀盘旋转至 主轴目前刀号中断和刀盘旋转至目标刀号中断的时候，只需初始化一次即可。
刀库处于初始位置，此时刀库远离主轴[55]。刀库气缸磁性接近开关a发送信号到数控 机床的plc中，对刀库状态进行确认，确认无误后，中间变量p的值为1。
1.2数控系统接到换刀指令m06之后，nc将发给plc—个内部信号，启动自动换刀 程序。对指令的目标刀号和当前主轴刀号进行比较，如果相等，直接发出换刀完成信号， 如果不等，启动换刀程序，进入下一步，中间变量p的值为2[55]。
z轴运动到第一参考点位置，同时主轴准停，中间变量p的值为3。
1.4判断主轴有没有刀，假如没刀，则刀库不用进行取刀过程，可直接进入换取新刀 过程，中间变量p的值为4。跳转到步骤1.5继续执行换取新刀程序[56]。假设主轴有刀， 则要先取下旧刀再更换新刀，中间变量p的值为5。跳转到步骤1.4.1执行取下旧刀程序[56]。
1.4.1主轴有刀时，需要进一步判断当前主轴刀号与当前刀号是否相等，若不相等，调 用刀库就近换刀子程序，命令刀库旋转，直到当前刀号与主轴刀号相等，刀库停止旋转。 中间变量p的值为6。
1.4.2 z轴运动到第二参考点位置，将当前主轴上的刀具还到刀库中对应的刀位上。 中间变量p的值为7。
1.4.3刀库前进到换刀位置，到位后刀库气缸磁性接近开关b发送信号到数控机床的 plc中，对刀库状态进行确认，确认无误后，中间变量p的值为8。
1.4.4刀库抓刀确认后，主轴上的打刀缸电磁阀得电，主轴吹气松刀。主轴松刀后打 刀缸伸出限位开关c发送信号到数控机床的plc中，确认本步动作执行完成，允许下一 步动作开始[56]。中间变量p的值为9。
1.4.5 z轴运动到第一参考点位置。中间变量p的值为10。跳转到步骤2.6继续执行换 取新刀程序。
1.5主轴无刀时，刀库前进到换刀位置，到位后刀库气缸磁性接近开关b发送信号到 数控机床的plc中，对刀库状态进行确认，确认无误后，中间变量p的值为11。
1.6调用刀库就近换刀子程序，中间变量p的值为12。
1.7 z轴运动到第二参考点位置，气动打刀缸电磁阀失电，主轴抓刀。主轴抓刀后打刀 缸收回限位开关d发送信号到数控机床的plc中。中间变量p的值为13。
1.8刀库后退到初始位置，到位后刀库气缸磁性接近开关a发送信号到数控机床的 plc中，对刀库状态进行确认，确认无误后，中间变量p的值为14。
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为了方便刀库的调试，刀库控制系统设有自动和手动两种工作方式。在自动工作方式 下，给定目标刀号，刀库就能够实现就近找刀，自动换刀，并能够对换刀过程的每一个动 作是否到位进行监控，以保证换刀过程的安全可靠。在手动工作方式下，实现刀库调试与 维修时用到的各种手动操作功能，这些功能包括刀库正、反转，主轴松、紧刀，刀库伸出， 刀库后退和刀库返回原点等。
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2.2手动换刀
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