数控车床电动刀架的PMC编程

《智能机器人》Janurary , 2019INTELLGENT ROBOT智能机器人

391 引言

车床刀架是车床自动换刀的机构，是车床上的一个重

要部件，它用来安装各种切削加工刀具，其结构直接影响

机床的切削性能和工作效率。在换刀控制过程中需要对使

用刀具进行当前位置识别，刀具位置与目标位置比较判断

等功能。数控机床刀架是由机床PMC来进行控制，对于

四工位刀架来说，刀架的控制原理其实就是指刀架的整个

换刀过程，刀架的换刀过程其实是通过PMC对控制刀架

的所有I/O信号进行逻辑处理，实现刀架的顺序控制。

2 刀架换刀流程

数控车床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，

在JOG方式下进行换刀，主要是通过机床控制面板上的

手动换刀键来完成的，一般是在手动方式下，按下换刀键，

刀位转入下一把刀。刀架在电气控制上，主要包含刀架

正反转和霍尔传感器两部分，实现刀架正反转的是三相

异步电机，通过电机的正反转来完成刀架的转位与锁紧；

而刀位传感器一般是由霍尔传感器构成，四工位刀架就数控车床电动刀架的PMC编程

成都航空职业技术学院 周丽霞 周树强 覃琴

文章阐述了电动刀架自动换刀的PMC编程的设计过程和相关的控制原理，介

绍了刀架换刀过程流程，分析并详细说明了刀架控制的PMC编程的思路及具体的实

现程序，详细给出了调试过程，并总结调试问题及建议。

关键词： 换刀；PMC；车床

有四个霍尔传感器安装在一块圆盘上，但触发霍尔传感

器的只有一个，也就是说，四个刀位信号始终有一个信

号为1或者0。PMC（Programmable Machine Controller）编程主要通

常在FANUC数控机床系统中来实现，通过PMC换刀有两

种模式，一种是手动进行换刀，另一种则是通过PMC进

行自动换刀（主要由T指令来执行），刀架手动换刀是指

机床操作按钮调至手动状态，通过机床手动按键进行换刀

选择；FAUNC数控系统中主要是输入T指令来存储刀架

目标刀号位置进而控制PMC程序进行判断。在FANUC数

控系统当中，输入T指令，如：T01、T02这样的指令，

控制刀架换刀至指定的刀位。刀架电机反转为刀架的锁紧

过程，选刀位号所控制的时间和锁紧刀架时所需时间则是

由PLC程序当中的定时器来决定，其控制流程图由图1所

示，刀架的换刀过程流程图以3#刀为例来进行演示实现，

其演示图也表现出了编程的设计理念，设计的大概思路为，

首先判断所需选择的目标的刀位是否与当前的刀位相同，

如果目标刀位与当前刀位不相同，刀架电机进行一次正转，

即一次换刀，换刀之后继续进行刀位的判断，直到目标刀

位等于当前刀位时，设计使刀架电机立即停止正转，然后智能机器人40伺服控制与应用SERVO CONTROL AND APPLICATION

在短暂延时过后，使刀架电机进行反转，以达到延时锁紧

的目标，当达到一定的反转时间（锁紧时间）后，即可确

定刀架已经精确锁紧，这时立即使电机停止反转，从而达

到换刀的目的。

3 PMC编程

四工位刀架的PMC编程要了解每个工位上都要安装

一把车刀，分别由霍尔开关检测。此控制中四个刀位的输

入信号为X3.0、X3.1、X3.2、X3.3（动断信号），另外一

个手动换刀键，信号为X9.3（动合信号）。

输出信号：Y1.2控制中间继电器KA3，再由KA3控制KM4接

触器的接通与断开。Y1.3控制中间继电器KA4，再由KA4控制KM3接触器的接通与断开。从而控制刀架动作。

本次设计用SUB27功能指令将R600作为表格序号，

将每一个工位对应一个表格序号，把对应序号表格里的值

给R611，执行后R611等于工位号。PMC编程主要是通过FANUC LADDER-3软件来编

写的，其具体的编程原理以及主要的功能指令介绍如图2

所示。

当4个刀架上霍尔元件检查到当前刀架后，例如当前T2刀，X000.1信号由1变为0，R600.1=1。二进制代码变

换指令如图3所示。

图3中，因为刀位检测信号分别对应R600.1-R600.3，

当某一刀位上的霍尔元件接通，R600.1-R600.3其中信号

为1，从而R621.1=1；SUB27二进制代码变换指令就会运

行，SUB27指令主要作用是确定当前位置刀号，并把刀位

号储存在R0611地址当中，其主要运作方式为当R600以

十进制显示，而R600存储数据以二进制数据进行存储，

存储方式为从高位到低位是R600.7-R600.0，当前位置为2

号刀位时，R600.1为1，转换为十进制，当R600=2时，

其R611则对应2，则表示当前刀位处于2号到位中，同理R600=4时，R611=3；R600=8时，R611=4。

刀位号定义PMC程序如图4所示，SUB40功能指令

主要是采用NUMBE指令程序对刀架各工位到位信号进行

位置定义，定义了4工位刀架的各刀位的信号，即T1、T2、T3、T4。X0.0-X.3也依次对应1-4的刀位信号。可以

根据按相应X0.0-X0.3相应的按钮选择目标刀号，（1-4的

工位也必须对应相应的R地址，

否则之后代码转换的具体图1 电动刀架换刀过程流程图

图3 二进制代码变换指令

图2 X地址输入《智能机器人》Janurary , 2019INTELLGENT ROBOT智能机器人41数值）D026当中就存储了总刀位数。

如图5所示，图中PMC功能指令SUB8即为逻辑

与数据传送指令，将逻辑与数据和输入数据进行逻辑与

（AND）运算，并将结果输出至指定地址，还可以用来从

指定地址中排出不需要的位数，即此指令目的为把R0611

中的值赋予到刀R6012当中。

如图6所示，图中功能指令均为数值比较指令，SUB32为二进制数据比较指令，SUB200为带符号的二

进制比较指令，图中程序为带T代码的指令判断：因为F0026存储的是目标刀位数值，所以SUB32功能是指如果

指令的T代码值（驿码输出F26）大于刀塔工位数时，输

出R9000.1=1；而SUB200程序是指如果指令的T代码值

等于0，则输出R700.1=1。两种情况下只要存在一种情况，

即R0620.5=1，此段程序主要用于系统报警，当输入的指

令T代码值大于之前在D026所存储的总的到位数，即4

工位刀号数或者是输出0这种不存在的刀位数时，就会出

现相应的报警信息，如不存在这两种情况，则继续运行下

一步的PMC程序。

中间还有段与之SUB8传送相同指令是把当前刀位

的值赋予给R0612，图7中SUB8逻辑与功能相同，赋

予R0612之后，通过SUB200比较指令，自动比较目

标刀架工位和当前刀架工位值，当达到目标工位，则输

出R700.2=1，输出R700.1=1后R625.0=1，R625.1=1；SUB10 JUMP为程序跳转指令，当R0625.1=0时，PMC程

序会继续往下执行，而当R0625.1=1时，PMC程序会跳转

至下一个JUMP功能指令后执行，最后一个JUMP程序直

接在程序最后，如果R0625.1=1，证明目标刀架号与当前

刀架号相同，会直接跳转至程序最后，执行反转程序，延

时锁紧，结束程序。

当R0625.1=0时，即表明当前刀位没有达到目标刀位，PMC程序会继续往下执行，进入图8程序，此段程序当中

SUB200比较指令，比较R0612和R0613当中数据，即当

前刀位和目标刀位相比较，当R0612不等于R0613时，即R0612=0表明当前刀位不等于目标刀位，即执行最后一条

程序，R0601.1对应输出Y1.2信号，电机会持续正转，直

到R0612=1时表明当前刀位号等于目标刀位号，达到换刀

目的，电动机停止正转。

如图9所示，SUB24为PMC延时功能指令，第一

个SUB24功能指令，既定时间为200ms，即0.2s后，R0626.1=1，R0601.2对应输出Y1.3

信号口控制电动机开

图6 PMC当中比较指令SUB32和SUB200

图7 刀工位比较和程序跳转图4 数控车床刀架位置定义程序

图5 PMC逻辑与指令智能机器人42伺服控制与应用SERVO CONTROL AND APPLICATION

始反转，电机开始反转以后，进行锁紧，随之执行下一个SUB24延

时程序，表明在1000ms，即1s后电机停止锁紧，换刀结束。

以上就是数控车床自动换刀PMC程序的功能指令以及整个换刀

过程的实现原理。

4 PMC程序调试

手动换刀调试过程：把数控系统操作模式按钮调到手动换刀模式，

点击数控系统面板上PMC手动换刀程序当中所设置的地址按钮，点

击一下按钮，观察电动刀架是否只会顺时针旋转一个刀位（从1号刀

位换刀旋转到2号刀位），旋转一个刀位后，电机正常停止并且反转

紧缩。

自动换刀调试过程：把数控系统操作模式按钮调到自动换刀模式，

点击数控系统面包上“Program”按钮进入程序指令输入界面，

在界

图8 PMC刀位换刀程序

图9 PMC延时功能指令面当中输入指令“T0404；”后点击循环执行，

刀架电机会启动，开始换刀，这时观察电动刀

架是否会从1号到位旋转刀4号刀位，换刀后

正常停止并反转锁紧。

调试出现如下问题：

（1）点击手动换刀或者是主动输入换刀

指令后，刀架一直处于换刀状态，一直进行旋

转不会停止。结果查看了原因后得知给予24V

电源未正常给霍尔元件提供电流，从而导致霍

尔元件没有正常工作，无法检测出当前刀架位

置，致使信号无法传入给PMC程序。

（2）运行换刀时一号到和四号刀位置总

是将R600.0和R600.3互换位置后正常。

5 结语

刀架的PMC控制应在PMC程序进行调试

之前，进行相关电流连线的检查，不要盲目地

去进行调试，以保证调试过程中电气部分连线

的正常。调试程序之前保证各元器件正常；并

且需要设置过载警报或者错误换刀操作警报；

还需在程序当中最后编辑急停按钮信号，以便

在异常情况下，可以及时停止数控车床换刀的

调试操作。

参考文献：[1]刘江,卢鹏程,许朝山.FANUC数控系统PMC

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作者简介：周丽霞(1983-)女 汉族 四川成都 成都航空职业技术

学院专任教师职称工程师 研究方向为数控设备应

用维护