一种基于EtherCAT总线的数控机床刀库控制方法与流程

本发明涉及一种基于ethercat总线的数控机床刀库控制方法。

背景技术：

传统刀库的控制方式是通过刀库电机驱动器与控制系统之间的数字量输入输出交互，编写相对应的控制程序，从而控制机床刀库的工作。这种控制方法占用大量的系统输入输出地址，并且通过电缆进行连接，机床控制程序相对较为繁琐，维护不方便，由于占用系统本身较多的io地址，成本增加，一块8输入8输出的io扩展模块往往需要数百元。

此外由于使用过多的电缆连接，不易接线和整理，进一步增加了人工成本，并且当其中一根线缆出现问题，会导致控制错乱，严重时甚至损坏刀库和机床部件，引起生产事故。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于ethercat总线的数控机床刀库控制方法，使用方便，接线简单，运行稳定。

本发明是这样实现的，一种基于ethercat总线的数控机床刀库控制方法，包括数控系统，所述控制系统分别与x轴电机伺服驱动器、y轴电机伺服驱动器、z轴电机伺服驱动器和刀库电机驱动器，还包括以下步骤：

1)用户通过数控系统的plc程序发出换刀指令；

2)换刀指令经过译码处理后，将指令刀号输出并且调用换刀宏程序，在plc程序中将换刀标志置位，经过逻辑运算后，将刀库电机要移动的位置数据输出到指定寄存器；

3)当用户换刀指令异常则激活异常报警程序，在系统页面显示用户设定报警号并输入报警信息；当用户换刀指令无异常则刀库旋转至指令刀位，数控机床执行换刀和取刀作业，换刀流程结束，返回主程序。

构造一种简单便捷的ethercat总线控制方式，取消传统的数字量输入输出方式接线，增加一条超五类高速网线，将刀库电机驱动器连入机床系统总线拓补网络，做为其中从站，控制命令通过ethercat总线协议下达驱动器，从而驱动刀库电机。ethercat是一种基于以太网的开发架构的实时工业现场总线通讯协议，具有具有高性能、拓扑结构灵活、应用容易、低成本、高精度设备同步、可选线缆冗余和功能性安全协议、热插拔等特点。通过ethercat总线控制控制方式，在数控系统和刀库电机之间架设一条命令通道，换刀指令通过系统译码后送入指定寄存器，pmc从寄存器中取出换取刀号，经过数学运算后，输出刀库电机移动位置数据到控制从站状态的寄存器，cnc作为主站周期发送控制命令控制刀库电机移动。提高刀库运行时稳定性。在z轴驱动器和刀库驱动器网口连接一条超五类高速网线，将驱动器从站描述xml文件载入系统，编写程序，调试程序。

作为优选，所述数控系统通过ethercat通讯协定与刀库电机驱动器连接。

作为优选，所述数控系统与刀库电机驱动器具体采用超五类高速网线进行通信。

作为优选，所述刀库电机驱动器的输入电压为单相ac200v-240v±10％，电压频率为50/60hz。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用简单便捷的ethercat总线协议控制方式，取消传统的数字量输入输出方式接线，增加一条超五类高速网线，将刀库电机驱动器连入控制系统总线拓补网络，做为其中从站，控制命令通过ethercat总线协议下刀库电机驱动器，从而驱动刀库电机；ethercat是一种基于以太网的开发架构的实时工业现场总线通讯协议，具有具有高性能、拓扑结构灵活、应用容易、低成本、高精度设备同步、可选线缆冗余和功能性安全协议、热插拔的特点，因此采用的控制方法使用方便，接线简单，运行稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供实施例的一种基于ethercat总线的数控机床刀库控制方法的整体连接图；

图2是本发明提供实施例的一种基于ethercat总线的数控机床刀库控制方法的刀库控制流程图；

图3是本发明提供实施例的一种基于ethercat总线的数控机床刀库控制方法的控制原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-3所示，一种基于ethercat总线的数控机床刀库控制方法，包括数控系统1，所述控制系统1分别与x轴电机伺服驱动器2、y轴电机伺服驱动器3、z轴电机伺服驱动器4和刀库电机驱动器5，其中控制系统1华中8型数控铣削装置hnc818d，x轴电机伺服驱动器2和y轴电机伺服驱动器3型号为汇川is620nt3r5i-hw；z轴电机伺服驱动器4型号为汇川is620nt5r4i-hw，x轴电机伺服驱动器2、y轴电机伺服驱动器3和z轴电机伺服驱动器4输入电压为，输入电压规格为三相ac380v-440v±10％，电压频率50/60hz；其中x轴电机和y轴电机的型号为ms1h3-85b15cd-a331z-zj，额定功率0.85kw，z轴电机型号为ms1h3-13c15cd-a334z-zj(带电磁制动器)，额定功率1.3kw。

还包括以下步骤：

1)用户通过数控系统的plc程序发出换刀指令；

2)换刀指令经过译码处理后，将指令刀号输出并且调用换刀宏程序，在plc程序中将换刀标志置位，经过逻辑运算后，将刀库电机要移动的位置数据输出到指定寄存器；

3)当用户换刀指令异常则激活异常报警程序，在系统页面显示用户设定报警号并输入报警信息；当用户换刀指令无异常则刀库旋转至指令刀位，数控机床执行换刀和取刀作业，换刀流程结束，返回主程序。

所述数控系统通过ethercat通讯协定与刀库电机驱动器连接。通过ethercat通讯协定控制方式，在数控系统和刀库电机之间架设一条命令通道，换刀指令通过系统译码后送入指定寄存器，数控系统从寄存器中取出换取刀号，经过数学运算后，输出刀库电机移动位置数据到控制从站状态的寄存器，数控机床作为主站周期发送控制命令控制刀库电机移动。提高刀库运行时稳定性。具体实施方案是，在z轴电机伺服驱动器4和刀库电机驱动器5网口连接一条超五类高速网线，将驱动器从站描述xml文件载入系统，编写程序，调试程序。刀库电机驱动器的从站描述文件，描述文件采用xml格式，从站内存区前4kb为配置寄存器，从站运行前进行寄存器初始化。配置完从站xml文件后，需要将文件导入系统，否则系统不能扫描到相应的设备。

所述数控系统与刀库电机驱动器具体采用超五类高速网线进行通信，超五类高速网线指的是超五类非屏蔽双绞线和超五类屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线电缆是由多对双绞线和一个塑料外皮构成。五类是指国际电气工业协会为双绞线电缆定义的五种不同的质量级别。

所述刀库电机驱动器的输入电压为单相ac200v-240v±10％，电压频率为50/60hz，具体采用型号为汇川is620ns2r8i；刀库电机型号为ismh440b30cba334z(带电磁制动器)，额定功率0.4kw。

图3中，程序行1993-1996cod为指令转换指令，r368存储的是目的刀号值，p169为转换数据的起始位置，15为转换数据的个数，即从p169开始的15个数据组成的数据区为机床每把刀位对应的位移数据，目的刀位的位移输出地址为d13。该指令的功能为根据目的刀号值从预设置好的到位对应位移数据中取出目的刀号位置值，并输出到d13。

程序行1997-1998axismvto指令为pmc轴绝对移动指令，参数4即pmc轴的轴号，为刀库驱动器从站地址。d13即为目的刀号所在位置。该程序段功能为指令刀库电机移动到目标刀号所在位置。

程序行1999-2000mov指令为数据传送指令，将r28数据传送至b188，b188即为机床面板刀库刀号lcd显示地址。该程序段功能为刷新面板刀库刀号显示。

程序行2001-2002为换刀m代码结束程序，当满足刀库停止角度位移在指定范围，且无异常时，结束换刀程序，系统执行加工程序的下一程序段。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用简单便捷的ethercat总线协议控制方式，取消传统的数字量输入输出方式接线，增加一条超五类高速网线，将刀库电机驱动器连入控制系统总线拓补网络，做为其中从站，控制命令通过ethercat总线协议下刀库电机驱动器，从而驱动刀库电机；ethercat是一种基于以太网的开发架构的实时工业现场总线通讯协议，具有具有高性能、拓扑结构灵活、应用容易、低成本、高精度设备同步、可选线缆冗余和功能性安全协议、热插拔的特点，因此采用的控制方法使用方便，接线简单，运行稳定。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。