加工中心刀库部分PMC控制系统设计研究开题报告.doc

毕业设计开题报告加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计系别：机械工程系班级：机检0301学生姓名：张书林指导教师：蒋丽2006年12月12日毕业设计开题报告课题题目加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计课题性质工程设计课题来源社会实践成果形式设计说明书同组同学无开题报告内容见附页指导教师意见（课题难度是否适中、工作量是否饱满、进度安排是否合理、工作条件是否具备等）指导教师签名：月日专家组及系里意见（选题是否适宜、各项内容是否达到毕业设计（论文）大纲要求、整改意见等）专家组成员签字：教学主任（签章）：月日附页：加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计开题报告一、研究设计的目的：刀库和机械手，是加工中心稳定可靠运行的关键功能部件，它的快速、准确的换刀程序是影响加工中心发挥高效、可靠的加工性能的重要因素。有资料显示刀库和机械手的故障率约占整机故障率的25%。刀库中的刀具与主轴上的刀具交换的动作的多少及机构的复杂程度直接影响ATC的工作效率，可靠性和可维护性。许多加工中心的ATC部分结构复杂，换刀动作多，机械手换到的准备时间长，当主轴上的刀具工作时间很短时，由于机械手的换刀准备时间长，主轴在换刀点需要等待一段时间，影响加工中心的效率。有由于换刀的动作多，机构复杂，可靠性降低。当出现故障时，维护困难。那么本次设计的主要目的就是，针对链式随机换刀刀库PMC控制系统进行设计，使得换刀动作减少，机构简化。提高它的可靠性稳定性和可维护性。二、可编程控制器介绍及功能简介：可编程序控制器PLC（ProgrammableLogicController）是80年代以来在国内外引起普遍重视并广泛应用的新型设备。它以微机控制技术为基础，综合了计算机技术，自动花技术和通讯技术的一种新型装置。它是由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等组成，其中CPU是PLC的核心，I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于编程器与上位机连接。通过编程，可执行诸如逻辑判断、顺序控制以及定时、记数、运算等功能，并通过数字或模拟I/O组件来控制机械设备。目前，PLC已是完全微机化的工业产品。其主要优点有：一般编程采用梯形图语言进行编程，易于理解；控制系统小、可靠性高；容易使用和维护，且能在工厂环境下编程；便于扩充可修改，具有向中央数据采集系统传递信息的能力；通过接插件，所有输入端点能直接和工业现场的开关、接点相连，所有输出端点能直接驱动继电器、电磁阀、电机启动器的线圈等。正因为如此，PLC在自动控制领域越来越受到普遍重视。那么在加工中心中，除了对各坐标轴的位置进行连续控制外，还需要对诸如主轴启动和停止、刀库及换刀机械手、工作台托板交换、气液压、冷却和润滑等辅助动作进行顺序控制。同时还包主轴驱动和进给伺服的使能控制和机床报警处理等，现代数控机床均采用可编程序控制器来完成上述功能，数控机床的PLC形式有两种：一种是采用单独的CPU完成PLC功能，PLC和CNC不合用一个CPU；二是采用数控系统和PLC合用一个CPU的方法。三、刀库部分PMC控制系统机设计思路本次设计主要针对加工中心（FANUC数控系统）自动换刀系统的PMC设计研究，其中刀库选用单独配用的连式刀库，最多容量为60把刀，机械手换刀装置在主轴与刀库之间，是我们长用的单臂双爪式机械手，刀库安装在床身上。自动换刀过程分为：选刀定位控制、倒刀控制、机械手抓刀、主轴和刀库松到、机械手拔刀、交换刀具、机械手装刀、机械归位、刀杯向上转90度完成换刀。在链式、盘式或箱式刀库程序设计时，通常可以将刀具交换分为两个步骤，T命令主要完成搜索刀库中的刀具，M命令完成刀具的交换，使主轴上更换新的刀具。因此，刀具交换实际上就是指搜索和交换目标刀具。随机换刀是一个非常复杂的逻辑控制过程。它只对刀具进行编码而不对刀套进行编码，刀具在刀库中的位置是随机的。理想的随机换刀控制通常包括链式刀库PLC控制程序和宏程序（固定循环换刀程序）两部分组成。PLC控制程序根据T码完成搜索刀库中的刀具，NC宏程序完成刀具交换的整个过程。本链式刀库刀具交换的PMC控制程序设计主要考虑搜索目标刀具在刀库上的刀套位置、大小刀具管理和判别、刀库旋转方向（目标刀套最短路径）的判别、刀具数据的刷新和管理以及可预选刀具（主要为了可以缩短换刀时间），从而完成目标刀具的搜索，为刀具交换作准备。无论是西门子（SIEMENS）数控系统还是发那科（FANUC）数控系统，它们接受的T码都是二进制数据格式。因此在着手编制刀库PLC控制程序时首先考虑好选用功能指令的数据格式。这样就能保证正确选用功能指令，避免功能指令数据格式的不一致性。PMC有很多类型，如SA1、SB7等，要正确理解PMC已有的回转控制。充分掌握合理应用数据检索指令完成对目标刀具所在刀套号的搜索；用回转控制指令解决刀库旋转最短路径的判别；用逻辑乘和变址修改指令完成刀具交换后的数据刷新；用比较指令解决大小刀具的判别，这样就可以比较容易简化一些复杂的判别和逻辑控制的程序。同时PMC控制程序还必须考虑一些必要的报警提示信息和必要的互锁条件：比如机械手不在原位Z轴必须锁住；刀套翻下时刀库不得旋转；主轴刀具未松开机械手不得交换等。随机换刀要防止杜绝发生刀具交换不正确的乱刀现象，否则会发生由于刀具选错而使加工工件报废的可能。2NC宏程序NC宏程序可以进行赋值、判断、比较、跳转、各种运算和轴运动指令。FANUC0i数控系统系列的NC宏程序可以通过读取、运用系统变量(G54.0-G55.7对应的变量号：#1000-#1015；)将PMC程序中大小刀具交换的条件状态位作为换刀宏程序判断跳步执行的条件，通过用户宏程序和PMC之间的信号应答，非常容易地实现了大小刀具的随机换刀；通过对机床数据的设定可以非常容易地使得轴移动到固定换刀点；可以定义不同的M辅助功能代码与PMC控制程序有机结合激活每一步换刀动作，整个换刀执行过程之间的复杂关系就十分简单明了。使用系统变量和机床参数不仅是一个非常有效简捷的方法，而且可以简化PMC控制程序设计，最终共同完成复杂的刀具交换的过程。下面是以XH716/XH718加工中心（FANUC数控系统）为例的随机换刀宏程序09002N010#101=#4001(存储当前G00/01/02/03状态)；N020#102=#4002(存储当前G17/G18/G19状态)；N030#103=#4003(存储当前G90/91状态)；N035IF#1001EQ1GOTO270；#1001：FANUC系统变量号，对应PMCG54.1N060G91G30P2Z0M19；Z到第一换刀点,参数#1241,主轴定位,参数#4077N070M87；进入换刀模式N080M80；刀套倒刀N090G04X1；延时N100M82；ATC扣刀N110M83；主轴松刀N120M84；ATC交换刀具N125M85；主轴紧刀