图4-3 带位置编码器的自动刀架的控制时序
1）时序分析
当PLC应用程序接收到由数控系统信号接口发出的换刀指令后，首先需要根据当前的刀具位置确定出刀架就近旋转到目标刀位的方向，并启动刀架电机按该方向旋转，同时检测有刀架位置编码器信号发出的实际刀位和选通信号。当检测到实际刀位等于目标位，且选通信号的下降沿出现时，PLC应用程序则控制预定位电磁铁动作。这时PLC应用程序继续监控预定位传感器的下降沿，在下降沿出现后，控制电机方向相反方向转动，这时刀架进入锁紧过程。锁紧过程启动后，PLC应用程序监控当前刀位以及选通信号的上升沿。一旦当前刀位等于目标刀位，且选通信号的上升沿出现时，控制预定位电磁铁关闭，刀架电机停止，整个换刀过程完成。从时序图看出，在整个换刀过程中有两个重要的时间d1、d2。这两个时间影响整个换刀过程。d1=30ms,d2=60ms.如果预定位电磁铁吸合或者刀架电机反向的时间不能保证刀架控制时序的要求，可能导致刀架不能锁紧，影响这两个时间的因素有PLC的扫描周期，继电器或接触器的滞后时间。对于此类高速刀架，PLC的扫描周期时间在应可能短，可通过数控系统的配置参数调整PLC的扫描周期时间。一般PLC扫描时间在12ms左右就可以满足对此类刀架控制时序的要求。
另外应减少控制回路中滞后的中间环节，如刀架电机的正转、反转不应在PLC数字输出和接触器之间通过继电器接力控制，应采用24V直流接触器直接控制，见图（4-4）支流接触器直接控制刀架电机。这样才能保证预定位电磁铁的动作时间和刀架正转、反转的切换时间。
图4-4支流接触器直接控制刀架电机
2）、按就近找刀的原则确定换刀方向
在PLC应用程序中的一项任务是判断刀架的旋转方向。当数控系统通过信号接口发出换刀指令后，PLC应用程序要根据当前的实际刀位来确定就近找刀方向。图（4-5）刀架旋转方向的确定，中的换刀实例说明了就近找刀方向的判断过程。由此推倒出确定就近换刀方向的判据。
图4-5
刀位差 D差=D目标-D当前
3）、PLC应用程序的柔性化
所谓PLC程序的柔性化是指同一个PLC应用程序可以适应不同的变化，如果控制时序相同，但刀位数不同的刀架。这里再次提出了应用PLC参数的问题。PLC参数是数控系统为机床制造厂提供的开放平台之一。利用PLC参数可以定义刀架最大刀位数，定义换刀的监控时间。刀架控制PLC子程序调用，是一个PLC子程序的实例，其中刀架的最大刀位数和监控时间使用了PLC参数。同样必须定义PLC参数的单位和取值范围，而且在PLC应用程序中对取值范围进行控制。
PLC控制电动刀架
随着电气技术的飞速发展，PLC控制技术广泛的应用各个领域的工业控制，通过用户程序控制生产工艺过程，具有较高的稳定性和可靠性，较强的实时处理能力，使用简单维护方便。交流伺服以独特的定位精度和调速方式，在各工业领域也得到了广泛的应用，而在机床的应用则更具有代表性。
数控车床自动换刀PLC控制
数控车床中电动刀架上夹持各种不同用途的刀具，通过旋转分度定位来实现机床的换刀动作。下面以电动刀架BWD40-1为例，分析数控车床自动换刀的PLC控制过程。
电动刀架为六工位，采用蜗杆蜗轮传动，刀架电动机正转实现刀架松开并进行分度，反转进行锁紧并定位。电动机的正反转由接触器KM6、KM7控制，刀架的松开和锁紧靠微动行程开关SQ1进行检测，刀架的分度由刀架电动机后端的角度编码器进行检测。具体控制电路如图5-1所示。
图5-1数控车床电动刀架电气控制线路
1.电气设计要求
1)机床接收到换刀指令(程序的T码指令)后，刀架电动机正转进行松开并分度控制，分度过程中要有转位时间的检测，检测时间设定为10s，每次分度时间超过10s系统就发出分度故障报警。
2)刀架分度并到位后，通过电动机反转进行锁紧和定位控制，为了防止反转时间过
长导致电动机过热，要求电动机反转控制时间不得超过0.7s。
3)电动机正反转控制过程中，还要求有正转停止延时时间控制和反转开始的延时时间控制。
4)自动换刀指令执行后，要进行刀架锁紧到位信号的检测，只有检测到该信号，才能完成T代码功能。
5)自动换刀过程中，要求有电动机过载、短路及温度过高保护，并有相应的报警信息显示。自动运行中，程序的T代码错误(T=0或T>7)时相应有报警信息显示。
2.电动刀架PLC控制
图5-2为某数控车床电动刀架PLC控制梯形图，图中的X2.1、X2.2、X2.3为角度编码器的实际刀号检测输入信号地址，X2.6为角度编码器位置选通输入信号(每次转到位就接通)地址，通过常数定义指令(NUME)把刀架当前实际位置的刀号写入到地址D302中。通过判别一致指令(COIN)把当前位置的刀号(D302中的数值)与程序的T码选刀刀号(F26中的数值)进行判别，如果两个数值相同，则T码辅助功能结束(说明程序要的刀号与当前实际刀号一致)；如果两个数值不相同，则进行R1.1的分度控制。通过判别指令(COIN)和比较指令(COMP)与数字0和数字7进行比较，如果程序指令的T码为0或大于等于7时，系统要有T代码错误报警信息显示，同时停止刀架分度指令的输出。当程序指令的T码与刀架实际刀号不一致时，系统发出刀架分度指令(继电器R0.3为“1”)，刀架电动机正转(输入继电器Y2.4为“1”)，通过蜗杆蜗轮传动松开锁紧凸轮，凸轮带动刀盘转位，同时角度编码器发出转位信号(X2.1、X2.2、X2.3)，当刀架转到换刀位置，系统判别一致指令(COIN)信号R0.0为“1”，发出刀架分度到位信号(继电器R0.4为“1”)，刀架电动机经过定时器01的延时(定时器TMR01为50ms)后，切断刀架电动机正转输出信号Y2.4，同时接通反转运行开始定时