數控加工中心在加工工件時需要根據加工工藝的要求進行刀具庫轉位自動選擇刀具。由于數控加工中心在實際加工工件時多數采用任意轉位自動選擇刀具的方式，本文著重討論S7-300 PLC 在數控加工中心刀具庫控制中，采用任意轉位自動選擇刀具的設計應用。經在實際加工中應用該方案， 能有效地實現刀具庫換刀準確的自動選擇，具有良好的加工效率和加工精度。

   1 設計要求

　刀具庫選刀的原則是采用最近方向旋轉， 即根據程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時， 都要向距換刀位置<180°的方向旋轉，以減少換刀時間。當選定刀具旋轉到換刀位置時，刀具庫轉盤停止旋轉，并由取放刀機械手進行換刀(圖1)。

　　該設計中按鈕SB0-SB7 分別為8 種供選擇刀具的選擇按鈕;ST0-ST7 為各刀具旋轉到位的行程開關，由霍爾元件構成;Q0.0-Q0.1 分別為到位指示燈和換刀指示燈;Q0.2-Q0.7 用來控制步進電機的驅動器。

2 硬件設計

　　根據設計方案要求， 該數控加工中心刀具庫轉位控制選擇需要16 個輸入端和4 個輸出端，在保證穩定的性能和以后升級改造需要的前提下， 我們采用西門子公司的S7-300 CPU314C-2DP 和眾為興技術有限公司Q2-BYG403BM 二相步進驅動器進行控制設計。CPU314C-2DP 是一個用于分布式結構的緊湊型CPU，內置24 個數字量輸入(所有輸入都可用作中斷處理)和16 個數字量輸出，以及4 個模擬量輸入和2 個模擬量輸出，足以滿足該設計及以后升級改造的需求。

　　Q2-BYG403BM 二相步進驅動器， 可驅動二相四、六、八線混合式42、56、85、86 系列步進電機。在該方案中用來控制步進電機的轉向及速度。在給定工作方式正序換相通電，步進電機帶動刀具庫正轉;按反序通電換相，則步進電機帶動刀具庫反轉。并且可根據調整PLC 發出的脈沖頻率，對步進電機進行調速。按照方案將PLC 的輸入/輸出口(表1)進行分配以及對數控加工中心刀具庫轉位選擇進行接線設計(圖2)。

3 軟件設計

　　按設計方案要求，首先記錄當前刀號和請求刀號，其次計算判斷其旋轉方向，最后執行如何旋轉的順序[3]，設計出的刀具庫轉位流程圖如圖3。

　　初始狀態下，由PLC 記錄當前刀具號;當按下按鈕中的任意一個時，PLC 記錄該請求刀具號，然后刀具庫轉盤按照距請求刀具<180°的方向旋轉。當請求刀具旋轉到換刀位置時，到位指示燈發亮，機械手開始換刀，同時換刀指示燈閃爍。5s 后換刀結束，換刀指示燈熄滅;要求在換刀過程中，其他換刀請求信號無效。待換刀完畢，則PLC記錄當前刀具號，等待下一次換刀請求。

　　采用西門子STEP7 軟件并用梯形圖方式進行刀具庫轉位編程如圖4，，過程說明如下：

　　(1)當刀具處在換刀位置時，則該到位行程開關ST*閉合，并將其刀具號傳至輸出寄存器QW8 中，記錄當前的刀具號。當請求選擇刀具時，將按下請求刀具選擇按鈕SB*，將請求刀具號傳至輸出寄存器QW2 中;與此同時，將寄存器M0.5 置位，使其它請求信號無效，直至刀具庫轉盤旋轉動作完成后再將M0.5 復位。

　　(2)將當前值QW8 與請求值QW2 進行比較。若兩值相等，則刀具庫轉盤無動作，到位指示燈亮，且同時開始換刀動作;若當前值QW8 大于請求值QW2，則將兩值直接相減，并將結果傳至輸出寄存器QW6; 若當前值QW8 小于請求值QW2，則將當前值QW8 加總刀數8 后再與請求值QW2 相減，并將結果傳至輸出寄存器QW6。此時，再將輸出寄存器QW6 的值與刀具總數的一半即4 進行比較， 若大于等于4 則將M2.2 置位，控制驅動器使步進電機帶動刀具庫轉盤反轉; 若小于4 則將M2.4 置位，控制驅動器使步進電機帶動刀具庫轉盤正轉。

　　(3)待刀具旋轉到位，此時換刀指示燈閃爍，進行換刀;5s 后將M0.5 復位，同時換刀指示燈熄滅，換刀結束。

4 結語

　　PLC 控制的數控加工中心刀具庫自動選擇的應用設計， 適用于經濟型數控加工中心和普通數控加工中心的改造。采用該設計方案數控加工中心， 能夠縮短換刀時間，優化數控加工中心設備的加工性能，提高數控加工中心的工作效率和經濟效益。