人人文库网 > 图纸下载 > 课程设计 > 加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计【无图】

课题申请表.DOC

加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计【无图】

资源目录

加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计【无图】.rar

课题申请表.DOC---(点击预览)

设计思路.doc---(点击预览)

检查工作记录.doc---(点击预览)

外文翻译--PMC的规格.doc---(点击预览)

基于可编程控制器自动换刀系统的设计与实现硕士论文.PDF---(点击预览)

加工中心刀库部分PMC控制系统设计研究论文.doc---(点击预览)

加工中心刀库部分PMC控制系统设计研究开题报告.doc---(点击预览)

中期报告.doc---(点击预览)

压缩包内文档预览：

编号：273167 类型：共享资源大小：4.23MB 格式：RAR 上传时间：2014-04-25 上传人：J**** IP属地：江苏

30
积分

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 加工中心部分部份 pmc 控制系统研究钻研设计

资源描述：

加工中心刀库部分PMC控制系统设计研究

52页 23000字数+说明书+开题报告+外文翻译+中期报告

中期报告.doc

加工中心刀库部分PMC控制系统设计研究开题报告.doc

加工中心刀库部分PMC控制系统设计研究论文.doc

基于可编程控制器自动换刀系统的设计与实现硕士论文.PDF

检查工作记录.doc

设计思路.doc

课题申请表.DOC

摘要

　　　数控机床的发展与应用极大的提高了生产率。随着数控机床的普及，机械加工的自动化程度大大提高。加工中心带有自动换刀装置，能对工件按预定的程序进行多工序加工，从而缩短了零件加工的辅助时间。自动换刀装置应当满足换刀时间短和刀具存储量足够，加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和自动换刀的控制。

　　　本次研究对象为VMC630立式数控加工中心刀库部分PMC控制系统设计。该机床刀库容量为60把刀的链式刀库，刀库驱动采用带抱闸的三相异步电机，设计和研究的内容主要包括以下几点：

　　　1.加工中心刀库和机械手的研究；

　　　2.内置式PMC-SA1的相关技术；

　　　3.加工中心选刀方式和PMC实现的随机选刀的方法；

　　　4.基于PMC-SA1刀库控制系统的随机换刀程序设计。

　　　通过本设计完成对该机床刀库部分PMC控制系统的设计，使数控装置和PMC能协调共同完成随机自动换刀。

关键词：机械手；刀库；PMC；随机换刀；

　　　1 绪论1

　　　1.1加工中心和自动换刀装置概述1

　　　1.2 FANUC 0i系统中的PMC概述2

　　　1.2.1 PMC概述2

　　　1.3 本文的主要研究内容5

　　　2 加工中心自动换刀装置的研究6、

　　　2.1 加工中心自动换刀装置的主要类型和特点6

　　　2.1.1转塔头式自动换刀装置6

　　　2.1.2 有刀库的转塔头式换刀装置6

　　　2.1.3 刀库式自动装置7

　　　2.2刀库式自动换刀装置的作用及其组成8

　　　2.2.1刀库8

　　　2.2.2刀具交换装置11

　　　2.2.3 机械手的驱动与控制方式：12

　　　3 PLC控制的随机换刀方式的研究14

　　　3.1 常见的自动选刀方式14

　　　3.1.1 顺序选刀14

　　　3.1.2 随机选刀14

　　　3.2 PLC的随机换刀15

　　　3.2.1 计算机记忆式选刀方式的方法15

　　　3.2.2 计算机记忆式选刀的软件设计16

　　　3.3 PLC的选择与FANUC 系统内装式PMC18

　　　3.3.1 可编程控制器机型选择的一般原则18

　　　3.3.2 FANUC 0i系统内装式PMC介绍20

　　　3.3.3 PMC控制程序数据区地址的分布23

　　　4 刀库、机械手与主轴间的自动换刀25

　　　4.1 自动换刀程序示意图及整个实现过程25

　　　4.1.1刀库工作原理25

　　　4.1.2 刀库机械手换刀过程26

　　　4.1.3、机械手工作程序及对电气系统的要求27

　　　4.2 刀库部分PMC控制系统设计28

　　　4．2．1 用PMC-SA1实现随机换刀的方法28

　　　4.2.2 随机换刀程序设计30

　　　4.2.3刀库、机械手与主轴间换刀程序设计35

　　　结论37

　　　参考文献38

　　　附录1：中英文资料翻译39

　　　附录2：自动换刀程序69

　　　致谢76

　　　本课题研究对象为CMC630立式加工中心刀库部分PMC控制系统的设计研究，其中包括对刀库和机械手的研究；加工中心换刀方式的研究；以及对该机床自动换刀PMC程序的设计。

　　　该机床本身配置的是FANUC 0iMB系统，其PLC是系统内置式的，型号为PMC-SA1，刀库安装在机床的右侧，容量为60把刀的链式刀库，刀柄规格为ISO7:24JT50，最大刀具长度为400mm，刀对刀换刀时间为2s，机床占地空间4790×4600mm，机械手是采用单臂双爪式机械手，其驱动装置是采用液压缸来完成机械手的动作。

　　　换刀方式采用目前较为先进的随机换刀方式。对其换刀过程大致如下:刀库在主轴加工过程中完成转动到固定换刀位的动作，并使刀套翻转90°。→主轴完成加工动作后，使其主轴线与换刀机械手的轴线在同一水平线上.→机械手顺时针转动90°，同时抓新刀、取旧刀。→机械手向外移动拔刀→机械手顺时针转动180°，向内移动还旧刀，插新刀，→机械手退回原位.刀套翻转到原来位置。2 加工中心自动换刀装置的研究

2.1 加工中心自动换刀装置的主要类型和特点

　　　加工中心自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀具和数量。目前加工中心使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀两种。

2.1.1转塔头式自动换刀装置

　　　一般数控车床的转塔刀架，数控钻锉床的多轴转塔头等常采用转塔头式换刀装置。在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需要的旋转刀具，当数控系统发出换刀指令时，各种主轴头依次地转到加工位置，并接通主运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其它处于不同加工位置的主轴都与主运动脱开。转塔头式换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性，它适用于工序较少、精度要求不高的数控机床。如图2-1 为水平砖塔头和垂直砖塔头。

内容简介：: 天津工程师范学院毕业设计（论文）中期报告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课题名称：加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计自开题以来已经经过近六周的毕业设计工作了，在这段时间里查阅了大量的与设计内容有关的资料，在这期间也得到了导师的帮助和指导，并且在导师的指导下详细的学习了PMC的组成、原理和PMC编程方法和技巧，尤其是功能指令了应用方法。对设计中的自动换刀系统的刀库及机械手分类及作用做了详细了研究，尤其是对链式刀库和刀库的控制方式和工作原理的研究，对不同的换刀方式及不同的刀库及刀库的结构进行了研究，查阅了机械手的相关资料，对凸轮式机械手的结构进行了分析，包括它的工作原理，与其他机械手的不同及优点。因本次设计是数控改造中的一部分，其中本设计属于对PMC进行二次开发，所以查阅了很多关于加工中心改造中PLC程序的设计，及随机换刀的原理与编程方法。对本次设计中的用PLC实现随机换刀的方法进行了研究，也在设计中也详细了介绍了这种方法的原理和其他换刀方法的不同之处。在系统的学了PMC编程和随机换刀的相关知识之后就开始了对自动换刀系统的程序的设计，基本上完成了PMC程序了设计工作和刀库部分相关硬件的研究。经过这近六周的设计工作中，我的收获很多，在收获知识的同时也锻炼了我的意志。在剩下的一个多月的时间里，我计划把设计的梯形图加以修改，把毕业设计所撰写的内容进行整理，包括对英文翻译的修改和打印毕业设计，以及准备制作答辩时用PPT课件。学生签字：张书林 2008年5月10日指导教师的建议与要求：指导教师签字：年月日注：本表格同毕业设计（论文）一同装订成册，由所在单位归档保存。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（Programmable Logic Controller）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。 2 NC 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。FANUC 0i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) ;N035 IF#1001 EQ 1 GOTO 270 ； #1001：FANUC 系统变量号，对应PMC G54.1N060 G91G30 P2 Z0 M19 ； Z到第一换刀点, 参数#1241, 主轴定位,参数#4077N070 M87 ；进入换刀模式N080 M80 ；刀套倒刀 N090 G04 X1 ；延时N100 M82 ； ATC扣刀N110 M83 ；主轴松刀N120 M84 ； ATC交换刀具N125 M85 ；主轴紧刀N130 M86 ； ATC回原位N140 M81 ；刀套回刀 N145 IF #1000 EQ 0 GOTO 250 ； #1000：FANUC 系统变量号，对应PMC 54.0 N150 #4=#4120 ； # 4120:FANUC 模态信息的系统变量号,读入的T码赋给#4N160 T#4 ；将赋给#4的T码再赋给TN180 M80 ；刀套倒刀 N190 G04 X1 ；延时N200 M82 ； ATC扣刀N210 M83 ；主轴松刀)N220 M84 ； ATC交换刀具N225 M85 ；主轴紧刀N230 M86 ； ATC回原位N240 M81 ；刀套回刀N250 G#101 G#102 G#103 ；恢复G代码N255 M88 ；换刀结束N260 M99; ；子程序返回N270 #3000=1 ；#3000:FANUC 宏报警系统变量号显示屏显示 M6 WITHOUT T CODEN280 M99 ；子程序返回根据系统变量#1000的状态，当#1000 EQ 0时完成对小刀与小刀或大刀与大刀的一次交换；当#1000 EQ 1时完成对小刀与大刀或大刀与小刀的二次交换，因为该盘式刀库机械手拔刀到位时无检测信号装置。宏程序中的主轴准停位置、换刀固定点无论是FANUC数控系统还是SIEMENS数控系统都可以通过机床参数进行设定。四、课题的准备情况及进度计划：序号毕业设计阶段性工作及成果时间安排1查阅相关技术资料,完成相关英文文献的翻译,了解链式刀库机械部分原理及PL控制方式,进行初步方案设计。早期进入阶段2确定加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计方案.。第1-2周3完成随机换刀的程序设计。第3-4周4编写加工中心刀库部分PMC控制系统程序和NC宏程序。第6-9周5整理设计资料,撰写毕业设计说明书并进行答辩准备工作。第10-11周(六)参考文献1 吴祖育，秦鹏飞主编.数控机床.上海：上海科技出版社,2000 2 毕飞. 大型数控机床改造方案的选择. 数控设备网3 范四立，叶静. 浅谈旧机床数控改造. 中国设备工程，2003（6）4 夏粉玲. 关于立卧两用换刀机械手的设计. 西北轻工业学院学报 2002（5）5 余英良. 机床数控改造设计与实例. 北京：机械工业出版社，20026 刘炜. 数控加工中心自动换刀系统. 广州：华南理工大学出版社7 张运波. PLC梯形图设计中的关键技术. 长春工程学院学报，2005（3）8 刘永生. 数控机床故障诊断与维修技术. 北京：机械工业出版社 9 薛定宇. 控制系统计算机辅助设计. 北京：清华大学出版社，199910 高钦和. 可编程控制器应用技术与设计实例 . 北京：人民邮电出版社，200411 杜君文，邓广敏. 数控技术. 天津：天津大学出版社，200212 任改翠. 150型镗床电气系统的CNC改造. 西安交通大学报，2002（5）13 李诚人. 数控化改造. 北京：清华大学出版社，200614 钟峰新. 可编程序控制器及应用. 广州：华南理工大学出版社， 200215 朱学宾. PLC在数控机床中的应用. 北京：国防工业出版社，2003Tianjin University of Technology and Education毕业设计专业：机械维修及检测技术教育班级学号：机检0301-26 学生姓名：张书林指导教师：蒋丽副教授二八年六月天津工程师范学院本科生毕业设计加工中心刀库部分PMC控制系统研究设计PMC Control System Study and Design of Machining Center Tool Magazine Parts专业班级：机检0301学生姓名：张书林指导教师：蒋丽副教授系别：机械工程学院二八年六月摘要数控机床的发展与应用极大的提高了生产率。随着数控机床的普及，机械加工的自动化程度大大提高。加工中心带有自动换刀装置，能对工件按预定的程序进行多工序加工，从而缩短了零件加工的辅助时间。自动换刀装置应当满足换刀时间短和刀具存储量足够，加工中心的关键在于CNC对刀库的自动选刀和自动换刀的控制。本次研究对象为VMC630立式数控加工中心刀库部分PMC控制系统设计。该机床刀库容量为60把刀的链式刀库，刀库驱动采用带抱闸的三相异步电机，设计和研究的内容主要包括以下几点：1.加工中心刀库和机械手的研究；2.内置式PMC-SA1的相关技术；3.加工中心选刀方式和PMC实现的随机选刀的方法；4.基于PMC-SA1刀库控制系统的随机换刀程序设计。通过本设计完成对该机床刀库部分PMC控制系统的设计，使数控装置和PMC能协调共同完成随机自动换刀。关键词：机械手；刀库；PMC；随机换刀；ABSTRACTDevelopment and application of the numerical control lathe have boosted productivity greatly. With the popularization of the numerical control lathe, The machined automatic intensity is improved greatly. The machining center changes one hundred sheets of devices automatically, Can process many processes to the work piece according to the procedure booked, Thus the one that has shortened the part and processed has assisted time. Change one hundred sheetses of device should satisfied to change one hundred sheetses of time and cutter storing amount enough automatically, The key to the machining center lies in CNC selecting the knife automatically and changing the control of one hundred sheets automatically to one hundred sheets of storehouses.This research object is designed for one hundred sheets of storehouses some PMC control systems of VMC630 vertical numerical control machining center. A one hundred sheets of capacity of storehouse of this lathe is chain type one hundred sheets of storehouses of 60 knives, One hundred sheets of storehouses drives three different step electrical machineries adopting the area and embracing the floodgate, The content designed and studied mainly includes the following several points:1.Machining center a one hundred sheets of research of storehouses and manipulators;2.Relevant technology of built-in PMC-SA1;3.Machining center select one hundred sheetses of way and whom PMC realize select the method of one hundred sheets at random;4. Because of changing a one hundred sheets of design program at random of PMC-SA1 one hundred sheets of control systems of storehouse. Finishes some designs of PMC control system of one hundred sheets of storehouses to this lathe through originally designing, make the numerical control device can be coordinated and finished changing the knife with PMC automatically at random together.Key Words: ATC；Tool magazine；PMC；Random Tool Changing目录1 绪论11.1加工中心和自动换刀装置概述11.2 FANUC 0i系统中的PMC概述21.2.1 PMC概述21.3 本文的主要研究内容52 加工中心自动换刀装置的研究6、2.1 加工中心自动换刀装置的主要类型和特点62.1.1转塔头式自动换刀装置62.1.2 有刀库的转塔头式换刀装置62.1.3 刀库式自动装置72.2刀库式自动换刀装置的作用及其组成82.2.1刀库82.2.2刀具交换装置112.2.3 机械手的驱动与控制方式：123 PLC控制的随机换刀方式的研究143.1 常见的自动选刀方式143.1.1 顺序选刀143.1.2 随机选刀143.2 PLC的随机换刀153.2.1 计算机记忆式选刀方式的方法153.2.2 计算机记忆式选刀的软件设计163.3 PLC的选择与FANUC 系统内装式PMC183.3.1 可编程控制器机型选择的一般原则183.3.2 FANUC 0i系统内装式PMC介绍203.3.3 PMC控制程序数据区地址的分布234 刀库、机械手与主轴间的自动换刀254.1 自动换刀程序示意图及整个实现过程254.1.1刀库工作原理254.1.2 刀库机械手换刀过程264.1.3、机械手工作程序及对电气系统的要求274.2 刀库部分PMC控制系统设计28421 用PMC-SA1实现随机换刀的方法284.2.2 随机换刀程序设计304.2.3刀库、机械手与主轴间换刀程序设计35结论37参考文献38附录1：中英文资料翻译39附录2：自动换刀程序69致谢76天津工程师范学院2008届本科生毕业设计1 绪论1.1加工中心和自动换刀装置概述加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的CNC机床。如图1.1所示。图1.1 日本牧野公司MAKINO-1210卧式加工中心工件经一次装夹后，计算机控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装、夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80%左右(普通机床仅为1520%);同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。这种多工序集中加工的形式也扩展到了其他类型数控机床，例如车削中心，它是在数控车床上配置多个自动换刀装置，能控制三个以上的坐标，除车削外，主轴可以停转或分度，而由刀具旋转进行铣削、钻削、铰孔和攻丝等工序，适于加工复杂的旋转体零件。加工中心按主轴的布置方式分为立式和卧式两类。卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台。可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。立式加工中心是刀具主轴垂直设置，其传统的布局方式是工作台作X,Y方向运动，主轴箱在立柱上作Z方向运动，刀库可以装在立柱的一侧。此外，还有带立、卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。自动换刀装置主要由刀库、换刀装置和驱动装置几部分组成。刀库种类很多，常见的有盘式和链式两类。链式刀库的特点是存刀量多、扩展性好、在加工中心上的配置位置灵活，但结构复杂。盘式刀库结构简单紧凑，应用较多，适用于中小型加工中心。从统计数据来看卧式加工中心刀库容量有30, 40、60、90、120等，立式加工中心有16、24、32把容量的刀库。用于柔性制造单元(FMC)或柔性制造系统(FMS)的加工中心机床，其刀库容量应选大容量刀库，甚至配置可交换刀库。换刀装置在机床主轴与刀库之间交换刀具，常见的为机械手；也有不带机械手而由主轴直接与刀库交换刀具的，称无臂式换刀装置。换刀机械手具有多种形式：单臂式、双臂式、轨道式等等，其中使用等较广泛的是回转式单臂双手的机械手，这种机械手转动角度士180即可抓取刀的需要，其运动过程靠步进电机或液压（或气液机构）或凸轮机构来完成。机械手能够完成抓刀、拔刀、回转、换刀以及返回等全部动作过程。现代的一些加工中心，为提高换刀速度，不采用机械手来完成换刀作业，而是直接利用工作主轴和机床刀具库的相对运动来实现自动换刀。为了进一步缩短非切削时间，有的加工中心配有两个自动交换工件的托盘(APC),一个装着工件在工作台上加工另一个则在工作台外装卸工件。机床完成加工循环后自动交换托盘，使装卸工件与切削加工的时间相重合。加工中心的换刀过程较为复杂，动作多，动作间的相互协调关系多，因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低。随着计算机技术和可编程控制器(PLC)技术的发展和广泛应用，现代加工中心逐渐采用软件选刀方式，即利用PLC的存储记忆等功能进行识刀和选刀，这样刀库上的刀具与主轴上的刀具可任意交换，即随机换刀。这种方式主要由软件完成选刀，消除了由于识别装置的移动性和可靠性所带来的选刀误差，大大提高了选刀精度并简化了控制装置。目前该种选刀方式正被越来越多的各类数控机床自动换刀装置采用。1.2 FANUC 0i系统中的PMC概述1.2.1 PMC概述可编程控制器(Programmable Controller)是20世纪60年代末发展起来的一种新兴自动化控制器。最早在美国通用汽车公司的自动装配线上使用并获得成功。由于该控制器当时只是为了解决生产设备在运行中的开关量信号和逻辑控制问题，即用于替代传统的继电器控制装置，且只有逻辑运算、定时、计数及顺序控制等功能，因此把这种装置称为“可编程逻辑控制器”(Programmable Logic Controller)，简称PLC。在数控领域中，人们习惯称之为可编程逻辑控制器(PLC)或可编程机器控制器(PMC)。目前多见的FANUC系统内置式PMC有PMC-L、PMC-M、PMC-SA1/SA3/SB7等。长期以来，数控机床的辅助动作机械的顺序控制一直是由“继电器逻辑电路”(简称RLC-Relay Logic Circuit)来完成。实际应用中，RLC存在一些难以克服的缺点。如:只能解决开关量的简单逻辑运算，以及定时、计数等有限的几种控制功能，难以实现复杂的逻辑运算、算术运算、数据处理，以及数控机床所需要的许多特殊功能;继电器、接触器等器件体积较大，每个器件工作触点有限。当机床受控对象较多、或控制动作顺序较复杂时，需要大量的器件，使整个RLC体积庞大，功耗高，可靠性差。而且RLC一旦构成，其功能便固定不变，即柔性很差。随着现代数控技术的发展，一台数控机床有很多个控制对象，如:机床操作面板上的各个按键、旋钮及指示灯；M, S, T功能的实现；液压系统的启停、刀库、机械手等的控制等，这些就要求控制系统具有更大的容量和计算速度。同时现代数控系统要求有更大的柔性以适应不断发展的个性化设计要求，而这些依靠传统的RLC难以实现。使用 PMC代替RLC就克服了上述的缺点。使用PMC代替数控机床上的继电器逻辑，使顺序控制的控制功能、响应速度和可靠性大大提高，而且柔性好，PMC已成为现代数控系统的重要组成部分。PMC按规模可分为小型、中型、大型三类，实际应用中，一般是根据输入输出的点数多少和程序存储器容量的大小来区分。数控铣床/加工中心、机器人等单机数控设备所使用的PMC一般属于中小型，大型数控设备、FMC, FMS, CIMS等则需要采用中、大型规模的可编程逻辑控制器。数控机床用PMC主要有两类:内装型和独立型。内装型PMC是CNC装置的一个组成部分，与CNC共用计算机硬件资源。PMC与CNC之间的信号传送在计算机内部即可实现。“内装型” PMC除了具有结构紧凑、可靠性好、操作方便等优点外，与“通用型”PMC相比，它在性能、价格方面也具有明显的优势.独立型PMC是CNC外部的专用设备，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定的控制任务，以满足数控机床或其它顺序控制领域的要求，属于“通用型”PMC。本课题所研究的是前者。PMC的输入、输出端口是数控机床和CNC交换信息的接口，图1.2所示为内装型PMC与CNC侧的信息交换。PMC与CNC侧之间的信息交换有两部分，CNC侧发给PMC的功能代码M,S ,T信号，PMC给CNC侧的是各坐标的机床基准点以及M, S, T功能的应答信号。PMC与机床间的信息交换也有两部分，PMC向机床传递的信息主要是控制机床的执行元件，以及机床运动部件状态和故障的显示。机床PMC的信息主要是机床操作面板上的各个按键、旋钮等信息，以及各部位的限位开关等保护装置的状态等。图1.2 内装型PMC机床侧CNC侧信息交换加工中心是功能最完备的数控机床，是机电液(气)一体化的高新技术密集投备，完成其控制需要综合机械制造、计算机、自动控制和传感检测等多种技术，对完成控制所采用的CNC系统具体较高的技术要求，如界面开放功能化、网络功能等，因此加工中心电气控制系统在完成硬件电路设计和PMC的I/O规划之后，还要投人更多的时间来完成实现加工中心逻辑控制的PMC软件开发工作，这种开发是建立在CNC生产厂家的系统软件基础平台之上，针对具体数按机床的控制功能和动作要求进行的PMC逻辑程序开发，也称之为数控系统二次开发。一般来讲，一套CNC系统，无论是传统的封闭式体系结构系统还是目前正在广泛运用的开放式体系结构系统，在软件上均由NC和PMC两大控制模块组成。在数控系统出厂时，NC软件的功能已被定义和安装完毕，可用来完成主轴运动控制、伺服轴进给控制、第一操作面板的管理、手轮信号的处理、CRT显示控制、加工程序传输与网络控制等、数控系统通用功能。而PMC软件则是数控系统生产厂留给用户(数控机床制造厂)根据其特别用途开发的，用来使通用的CNC系统能通过不同PMC逻辑软件控制不同功能数控机床的逻辑动作；如第二操作面板的设置及管理，工作方式的选择及方式之间的联锁，自动换刀的分解动作及与动作相配合的进给坐标移动，用户设置的PMC报警及处理等。PMC程序传统上一般使用梯形图编制，其特点是形象直观、可读性强，但编制具有运算功能的程序时结构复杂、编程难度较大。开放式体系结构数控系系统则可以提供功能更强、更灵活高效的高级语言，如C或C+语言用户利用其强大而又简单的运算功能，灵活高效的开发出PMC控制软件。1.3 本文的主要研究内容本课题研究对象为CMC630立式加工中心刀库部分PMC控制系统的设计研究，其中包括对刀库和机械手的研究；加工中心换刀方式的研究；以及对该机床自动换刀PMC程序的设计。该机床本身配置的是FANUC 0iMB系统，其PLC是系统内置式的，型号为PMC-SA1，刀库安装在机床的右侧，容量为60把刀的链式刀库，刀柄规格为ISO7:24JT50，最大刀具长度为400mm，刀对刀换刀时间为2s，机床占地空间47904600mm，机械手是采用单臂双爪式机械手，其驱动装置是采用液压缸来完成机械手的动作。换刀方式采用目前较为先进的随机换刀方式。对其换刀过程大致如下:刀库在主轴加工过程中完成转动到固定换刀位的动作，并使刀套翻转90。主轴完成加工动作后，使其主轴线与换刀机械手的轴线在同一水平线上.机械手顺时针转动90，同时抓新刀、取旧刀。机械手向外移动拔刀机械手顺时针转动180，向内移动还旧刀，插新刀，机械手退回原位.刀套翻转到原来位置。2 加工中心自动换刀装置的研究2.1 加工中心自动换刀装置的主要类型和特点加工中心自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀具和数量。目前加工中心使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀两种。2.1.1转塔头式自动换刀装置一般数控车床的转塔刀架，数控钻锉床的多轴转塔头等常采用转塔头式换刀装置。在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需要的旋转刀具，当数控系统发出换刀指令时，各种主轴头依次地转到加工位置，并接通主运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其它处于不同加工位置的主轴都与主运动脱开。转塔头式换刀方式的主要优点在于省去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性，它适用于工序较少、精度要求不高的数控机床。如图2-1 为水平砖塔头和垂直砖塔头。图2-1 垂直转塔头和水平转塔头它的特点是所有刀具固定在同一转塔上，无换需机械手换刀，储刀数量有限，通常为6-8把。一般仅用于轻便而简单的机型，常见于车削中心和钻削中心，在钻削中心储刀位置即主轴，其外部结构紧凑，但内部构造复杂，精度要求高。这种装置的缺点实要使用数量多于主轴数的刀具时，操作者必须卸下已用过的刀具，并娤上后续程序所要用的刀具。砖塔式刀并不是拆卸刀具，而且是将刀具和刀夹一起换下，目前NC钻床还在使用此装置。2.1.2 有刀库的转塔头式换刀装置带有旋转刀具的数控机床常采用此种换刀装置，转塔头上装有几个主轴，每个主轴上均装一把刀具，加工过程中转塔头可自动转位实现换刀。其优点是结构简单，换刀时间短，仅为25 左右。但由于受空间位置的限制，主轴数目不能太多，通常只适用于工序较少、精度要就不高的机床，如数控钻床、数控铣床等。近年来出现了一种用机械手和转塔头配合刀库进行换刀的自动换刀装置，如图2-2所示。它实际上是转塔头换刀装置和刀库式换刀装置的结合。其原理如下:1.刀库 2.机械手 3、4.刀库主轴 5.转塔头 6.工件 7.工作台图2-2机械手和转塔头配合刀库换刀的自动换刀装置转塔头5上有两个刀具主轴3和4，当用刀具主轴4上的刀具进行加工时，可由机械手2将下一步需要的刀具换至不工作的刀具主轴3上，待本工序完成后，转塔头回转180完成换刀。因其换刀时间大部分和加工时间重合，真正换刀时间只需转塔头转位的时间，这种换刀方式主要用于数控钻床和数控镗床等。2.1.3 刀库式自动装置在自动换刀装置中利用刀库实现自动换刀圈是目前多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。刀库式自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置组成。刀刀库可装在主轴箱、工作台或机床的其他部件上，也可作为单独部件安装在机床以外。选刀时，刀具交换装置根据数控指令从刀库中选出所指定的刀具，然后从刀库和主轴(或刀架)取出刀具，并进行交换。将新刀装入主轴(或刀架)，把用过的旧刀放回刀库。由于刀库可以存放数量很大的刀具(可以多达100把以上)，因而能够进行复杂零件的多工序加工，这样就明显地提高了数控机床的适应性和加工效率，所以带刀库的自动换刀装置适用于数控钻床、数控锉床和加工中心。这种换刀装置和转塔主轴头相比，由于机床主轴箱内只有一根主轴，在结构上可以增强主轴的刚性，有利于精密加工和重切削加工。刀库中刀具的数目可根据工艺要求和机床的结构布局而定，数量可较多，以实现复杂零件的多工序加工，从而提高了数控机床的加工效率。此外，刀库可布置在远离加工区的地方，从而消除了刀库与工件相干扰的可能性。但采用刀库式自动换刀装置，需要增加刀具的自动夹紧、放松机构、刀具运动及定位机构，常常还需要有清洁刀柄、刀孔及刀座的装置，因而结构较复杂，换刀过程动作多、换刀时间长，影响换刀工作可靠性的因素也较多。由刀库式自动换刀装置的广泛使用，因此在本课题设计中设计研究对像TH655050卧式加工中心上就采用链式刀库式自动换刀系统。见图2-3，刀库式自动换刀装置又分无机械手换刀和机械手换刀两大类，其结构和换刀过程将在下节详细阐述。2.2刀库式自动换刀装置的作用及其组成刀库式自动换刀装置主要是由机械手和驱动装置刀库、选刀机构和刀具交换装置等组成。它是目前加工中心机床上大量使用的换刀方法。下面将对刀库的形式、刀具的选择及刀具交换装置进行介绍。2.2.1刀库刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的装置。在自动换刀装置中，刀库是最主要的部件之一，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大影响。1.刀库的类型盘式刀库盘式刀库中刀又称为鼓轮式刀库，刀库呈盘状，是刀库中最常用的刀库之一。其特点是盘形刀库的储存量一般为1540把刀具，若增加刀库容量必须使刀库的外径增大，转动惯量也相应增大，使选刀运动时间增长。盘形刀库的种类较多，其中有刀具沿盘面垂直排列（包括径向取刀和轴向取刀）、沿盘面径向排列或成锐角排列的刀库。见图2.3,（图1、图4)是单盘式刀库，为适应机床主轴的布局，刀库的刀具轴线可以按不同的方向配置，图4.是刀柄可作90翻转的圆盘刀库，采用这种结构能简化取刀动作。单盘式刀库的结构简单，取刀也较为方便，因此应用最为广泛。链式刀库链环形式可有多种变化，包括单链结构、回转式链带结构和多链结构如图式刀库(的特点是这种刀库是在环形链条上装有许多刀座，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时，可以增加支承链轮数目，使链条折叠回绕，提高空间利用率。适用于刀库容量较大的场合，所占空间小，一般存刀具数在30120把，仅增加链条长度即可增加刀具数，可以不增加圆周速度，其转动惯量不像盘式刀库增加的那样大。（a） (b) (c) 直线式刀库和组合刀库直线式到苦苦结构简单如图，刀具单行排列，刀库容量小，多用于数控车床和钻床上。由于刀库位置固定，换到动作由主轴完成，无需机械手。组合刀库一般式砖塔式刀库的组合、砖塔式于盘式刀库的组合及链式刀库的组合。每单个刀库的储刀量较小，换刀速度快。另外还有一些密集型的鼓轮式、弹匣和格子式刀库，这些密集型刀库虽然占地面积小，但由于结构限制基本上不用单机加工中心，多用于FMS的集中供刀系统。直线式刀库外观图2刀库的容量刀库的容量首先考虑加工工艺的需要，从使用角度出发，一般为1040把饱，刀库的利用率会高，而结构比较紧凑。3刀具的选择方式顺序选择将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时刀库顺序转动一个刀座位置，并取出所需要的刀具，已经使用过的刀具可以放会原来的刀座内，也可以顺序放入下一个刀座内，但是由于刀库中刀具在不同的工序中不能重复使用。任意选择目前大多数的数控系统都采用任意选择刀的方式，其分为刀套和刀具编码和记忆式等三种。刀具编码或刀套编码需要在刀具或刀套上安装用于识别的编码条，对每一把刀具进行编码。因而刀具可在不同的工序中重复使用，换下的刀具不用放回原刀座内。另外的一种是记忆式选刀，是目前用运最多的选刀方式，这种选刀是能将刀具号和刀库中的刀套位置对应地记忆在数控系统的PLC中，无论刀具放在哪个刀套内，刀具信息都始终记忆在PLC内，刀库上装有位置检测装置，可获得每个刀套的位置。刀库上换设有机械原点，使每次选刀时就近选取，这样刀具就可以任意地取出和送回。4刀库的控制方式刀库作为系统的定位轴来控制。在梯形图中根据指令的T码进行运算比较后输出角度和速度指令到刀库伺服驱动刀库伺服电机。刀库的容量、旋转速度、加/减速时间等均可在系统参数中设定，此种方式不受外界因素影响定位准确、可靠但成本较高。刀库有液压马达驱动，有快/慢速之分，用接近开关计数并定位。在梯形图中比较系统存储的当前刀号和目标刀号并运算，再输出旋转指令，同时判断按最短路径旋转到位。这种方式需要足够的液压动力和电磁阀刀库旋转速度可通过节流阀调整。但使用一段时间后可能会因为油质、油压、油温及环境因素的变化而影响运动速度和准确性。一般用于不需频繁换刀的大中型机床。刀库由交流异步电动机驱动凸轮机构（马氏机构），是利用接近开关计数，这种方式运行稳定，定位准确可靠一般与凸轮机械手配合使用，换刀速度快，定位准。主要用于中小型的加工中2.2.2刀具交换装置刀具交换装置是式执行刀库和主轴之间刀具的交换，刀具交换方式和具体结构对机床的生产率和工作可靠性有着直接的影响。刀具的交换方式通常分为无机械手换刀和有机械手换刀两类。1.无机械手换刀方式无机械手换刀方式是利用刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换。一般都为径向取刀。此装置在换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，结构简单、紧凑，换刀可靠，由于交换刀具时机床不工作，但换刀时间长，刀库容量不大，该装置适合于中、小型加工中心采用。生产中最常见的一种是刀库到库移动直接换刀。图2.2是一立式加工中心换刀过程。图2.4 刀库移动换刀过程2.机械手换刀方式采用机械手进行刀具交换的方式应用最为广泛，因为机械手换刀灵活、动作快，而且结构简单。由于刀库和刀具交换方式的不同，换刀机械手的形式也是多种多样的，按手臂的类型常用的可分为单臂机械手和双臂机械手。通常用在盘式刀库和链式刀库自动换刀装置上。(1)单臂单爪回转式机械手这种机械手的手臂可以回转不同的角度进行自动换刀，如a .手臂上只有一个夹爪。所有动作均由单手完成，执行动作多，换刀时间长，但结构简单，刀库与主轴轴线平行。(2)单臂双爪回转式机械手本课题当中的VMC立式加工中心上就配置的这种机械手，如图b.其手臂两端各有一个夹爪，机械手同时抓取主轴和刀库上的刀具，回转180，又同时放回刀库及装入主轴。换刀时间短较是最常用的一种形式。多用于刀座与主轴轴线平行的场合，入图 b.图c为两臂可以伸缩的单臂双爪机械手，在换刀时两臂可以伸缩。(3)双臂机械手双臂机械手指的是两个机械手臂每个手臂端部都有一个抓刀手，其抓刀和换刀动作类似于人手动作，除执行换刀动作外有些还可以起运输刀具的作用，这种机械手结构复杂，但换刀时间短，如图c 。(4)双臂往复交叉式机械手这种机械手的两臂可以往复运动，并交叉成一定的角度。如图f,一个手臂从主轴上取下旧刀送回刀库；另一个手臂由刀库取出新刀装入主轴。整个机械手可以沿某导轨直线移动或饶某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的运动。3夹爪的类型根据抓刀柄在换刀机构刀臂上的夹持方式可分为固定爪、活动爪、单夹爪、双夹爪、弹簧爪、动力爪等类。固定爪是指刀臂夹持部能吻合刀柄V形槽的半圆部分，半圆形夹持部的一端或两端有弹簧扣，即所谓单夹爪、双夹爪；由两个可张开的夹指所组成即活动爪，其夹紧力由弹簧产生的即弹簧爪，通常以直进方式抓刀松刀；由液压缸等动力源控制其张合的为动力爪。2.2.3 机械手的驱动与控制方式：机械手用液压驱动，靠接近开关检测装置。如手的平移/抓刀/拔刀/换刀/插刀等动作分别由不同的电磁阀驱动；但这种方式传动机构较多，且易受液压系统稳定性或检测元件灵敏度等外界因素的影响。常用于不需要频繁换刀的大型卧式加工中心。机械手由交流异步电动机带动凸轮机构旋转，整个换刀过程机械手仅在主轴松/拉刀时起动/停止3次，整个换刀动作连贯稳定，运行可靠，刀对刀换刀时间一般在2s左右。但对主轴拉/松刀及抓刀位置的准确性要求较高，常用于需频繁换刀的中小型加工中心。机械手由伺服电机驱动，定位精度高，换刀速度快，稳定，但成本较高。3 PLC控制的随机换刀方式的研究3.1 常见的自动选刀方式刀库的自动控制指CNC执行用户指令后系统对刀库的自动控制过程，包括程序找刀和自动换刀。加工中心的计算机数控装置(CNC)发出的选刀指令，将刀库转到所需刀具号的取刀位置，称自动选刀。自动选刀有两种方法:顺序选刀和随机选刀方法。3.1.1 顺序选刀将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时，刀库顺序转动一个刀座位置，并取出所需要的刀具，已经使用过的刀具可以放回原来的刀座内，也可以顺序放入下一个刀座内。这种方式不需要刀具识另装置，而且驱动控制比较简单，可以直接由刀库的分度机构来实现。但由于刀库中刀具在不同的工序中不能重复使用，必须增加刀库的容量，降低了利用率。3.1.2 随机选刀目前大多数的数控系统都采用随机选刀的方式，其分为刀套编码、刀具编码和记忆式等三种。自动换刀装置中必须有刀具识别装置，刀具编码或刀套编码需要在刀具或刀套上安装用于识别的编码条，一般都是根据二进制编码的原理进行编码。动换刀时刀库旋转，每把刀具(或刀座)都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，并将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。因此，刀具可在不同的工序中多次重复使用，换下的刀具不用放回原刀座，刀库的容量也可相应减少。随机选刀必须对刀具编码，以便识别。编码主要有以下三种。1刀具编码方式这种方式是采用特殊的刀柄结构进行编码。由于每把刀具都有自己的代码，因此，可以存放于刀库的任一刀座中。这样刀库中的刀具在不同的工序中也就可重复使用，用过的刀具也不一定放回原刀座中，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可相应地减小，而且还可避免由于刀具存放在刀库中顺序差错而造成的事故。2刀座编码方式这种编码方式对刀库中的每个刀座都进行编码，刀具也编号，并将刀具放到与其号码相符的刀座中。换刀时刀库旋转，使各个刀座依次经过识刀器，直至找到规定的刀座，刀库便停止旋转。由于这种编码方式取消了刀柄中的编码环，使刀柄结构大为简化。因此，刀具识别装置的结构不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在较适当的位置。与顺序选择刀具的方式相比，刀座编码的突出优点是刀具在加工过程中可以重复使用。刀座编码方式在自动换刀过程中必须将用过的刀具放回原来的刀座中，增加了换刀动作。3编码附件方式这种方式有编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其中应用最多的编码钥匙。先给刀具都附上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把各刀具存放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进到座旁边的钥匙孔中，这样就把钥匙的号码转记道刀座中，给刀座编上了号码。3.2 PLC的随机换刀在找刀选刀之前，主机坐标轴定位到换刀点:用CNC子程序L60完成，是单纯的坐标轴控制，不需要PLC参与；而找刀和刀库刀套定位的过程是:CNC指令T运行后，PLC程序得到目标刀具号并打开刀库数据表进行查找，找到需要的刀具号后读出其所在刀套位置，然后命令刀库旋转，直到目标刀套位于换刀位置。在许多数控加工中心的自动换刀装置中，现在大多仍在采用传统的刀座编码式或刀具编码式来实现选刀。这些选刀方式存在很多缺点，比如前者和后者都要加装编码环，从而使机构过于庞大复杂。本设计采用较新颖的计算机记忆式选刀方式，利用编程方法完成软件选刀功能。3.2.1 计算机记忆式选刀方式的方法计算机记忆式选刀方式的方法是:在CNC加工中心中，将刀具号和刀库上的存刀地址对应记忆在计算机存储器内。无论刀具放在哪个地址，均可跟踪记忆；利用刀库上换刀位置检侧装置，可测得每一地址。这样刀具是无需编码元件，便可任意存、取，故换刀控制也大为简化。(1)首先要在(加工中心CNC系统计算机)PLC内建立一个模拟刀库的刀号数据表库，假设刀库容量为40把刀量，建立下面所示的刀号数据表库。刀库有60个刀座，刀具和刀座均需编号，都以059为编号，刀座编号对应地址TAB0TAB+59，即刀座编号对应刀号数据表序号数。首地址TAB单元存放主轴刀号，TAB+1TAB59存放刀库上刀号。TAB60 存放换刀号，刀号数据表实际上是刀库中存放刀具位置的一种映像，因此刀号表与刀库中刀具的位置应始终一致。(2)刀具的识别由计算机完成。当计算机接到T指令后，便检索刀号数据表库，把换刀号对应表序号通过通信程序传给PLC，并同时通知PLC开始换刀。这样就把对刀具的识别变成了对表序号即刀座号的识别。当刀库每转过一个刀座便产生一个脉冲给PLC作为计数脉冲，当刀库正转时，使计数脉冲加1，当刀库反转时，使计数脉冲减1。PLC内部计数器的值始终在159之间循环。然后判断设定值与当前值即换刀号刀座号与当前刀座号是否一致，一致则刀库刀盘停转，机械手准备换刀。不一致则刀库继续旋转直到判断为一致为止。(3) 当M06指令来时，计算机便通知机械手动作，然后在测知刀库己换刀完毕后，则要通过软件修改计算机内部的刀号数据表库，使相应的刀号表单元中的刀号与交换后的刀号相对应。机械手换刀过程(M06):在PLC程序的控制下，机械手、刀库防护门和主轴按预定义的步骤完成取刀、交换和还刀动作。刀库数据表的自动修改:由PLC程序根据当前的动作及时进行修改，以保证刀具位置的正确性。3.2.2 计算机记忆式选刀的软件设计1.刀号数据表的建立首先建立一个模拟刀库的刀号数据表TABLE，如图3.2中的表序号(即内存地址号)与刀座编号依次对应.每个表序号内的内容就是序号相同的刀座中所插人的刀具的刀号。首地址TAB单元内，固定存放插在主轴内的刀具的刀号，TAB+1TAB+59单元内存放相同的刀座所插刀具的刀号。每次刀库旋转定位并交换刀具后，主轴内与在换刀位置的某号刀座内的刀号将发生变化，应及时修改TABLE内相关表序号内的刀号，使TABLE始终是刀库中刀座号及刀号的一种映像。2刀具的识别换刀时，刀库定位后处于换刀位置的为某号刀座。刀具交换后，该号刀座内的新刀插人主轴内，主轴内用过的旧刀插回处于换刀位置的该号刀座内。该号刀座定义为现在刀座PT(Present Tool)，将PT的编号存人一个现在刀座计数器PTC(present Tool Counter)内。当 PLC 接到下一次需要的新刀指令T后，在TABLE中进行搜索，搜索到指令刀号，将该刀号(159) 在TABLE中的表序号保存到缓冲单元BUF1中，该表序号就是指令刀号所在的刀座的号数。令刀库旋转，每一刀座通过换刀位置时，由电器元件(如无触点开关)产生一个计数脉冲信号。当刀库正转（顺时针）PTC递增计数，使计数脉冲加1，反转时递减计数。使计数脉冲减1。因此，PTC的计数值总是等于PT的号数，且计数值总在1-59之间循环。当计数值等于目标刀座OT（Object Tool )，即指令刀号所在的刀座时，刀库定位，等待刀具交换。PLC刀具识别程序流程如图3.1。图3.1 刀具识别程序流程3刀具的交换刀号数据表的修改加工过程中需要更换刀具时，NC系统发出换刀指令M06。机床主轴停止转动，自动换刀装置执行换刀动作。将主轴上用过的旧刀与刀库上处于刀具交换位置的新刀进行交换。与此同时，通过软件修改PLC 内部的刀号数据表，使相应刀号表单元中的刀号与交换后的刀号相对应修改刀号数据表的PLC 流程图如图3.2所示。图3.2 数据表修改流程图3.3 PLC的选择与FANUC 系统内装式PMC可编程控制器机型的选择需遵循一定的规则来进行，下面首先介绍可编程控制器机型选择的一般原则。然后详细的介绍本课题FANUC 0i系统的内装式可编程控制器。3.3.1 可编程控制器机型选择的一般原则1.CPU的能力CPU的能力是可编程控制器最重要的性能指标，也是机型选择时首先要考虑的问题。可编程控制器的CPU能力主要包括:(1)处理器个数是单处理器还是双处理器或多处理器;处理器是8位的还是16位或32位的。根据处理器的个数和位数就可粗略了解该可编程序控制器的基本特性。(2)CPU存储器的性能从使用角度考虑存储器的性能主要是可供用户使用的存储器能力，它应包括存储器的最大容量、可扩展性、存储器的种类(RAM、EPROM、EEPROM).存储器的最大容量将限制用户程序的多少，一般来讲应根据内存容童估计并留有一定余量来选择存储器的容量。(3) 中间标志、计时器和计数器的能力这一性能实际上也体现了软件功能，中间标志的多少和种类与系统的使用性能具有一定关系。如果构成的系统庞大、控制功能复杂，就而要较多的中间标志。对于计时器和计数器不但要知道它们的多少还要知道它们的计时和计数范围。(4)共它的性能参数包括电流消耗，工作环境要求，寿命时间等。2.I/O点数I/O点数是可编程控制器的一个简单明了的性能参数，也是应用设计的最直接的参数。在机型选择时必须注意以下问题:(1) 产品手册上给出的最大I/O 点数的确切含义有的是指输入输出的总点数，有的则分别给出最大输入点与最大输出点。(2) 要分清模拟量10点数和数字量10点数的关系有的产品模拟量I/O点数要占数字量I/0的点数;有的产品则分别独立给出且相互并无影响。(3) 远程I/0的考虑对于较大的控制系统，控制对象较为分散，一般都采用远程10。在选择机型时，要注意可编程控制器是否具有远程I/O的能力和能驱动远程I/0的点数。(4) 智能I/O的考虑在机型选择考虑I/O点数的同时，还要考虑智能I/0的能力。具有智能I/O模板可方便地解决高速计数、闭环控制等特殊的控制功能。(5)I/O 点数的余量无论如何，在系统硬件设计中要留有充分的I/O点数作为备用。这主要是基于两个方面的考虑:一是系统设计的更改。如果不留有充分的余量，一旦系统设备调整、控制功能增加，就要全部推翻原有设计好的系统，造成不必要的损失:二是手册上给出的最大I/O点数都是在理想情况下获得的参数，一旦满负荷运行，就要影响整个系统的响应速度和可靠性，给系统带来不良的影响。为了保证所设计的控制系统的正常运行，在系统硬件设计时，应根据实际I/O点数留有20一30%的余量。3.响应速度对于以数字量控制为主的工程应用项目，可编程控制器的响应速度都可满足实际需要，不必给予特殊的考虑。对于模拟量控制的系统，特别是具有较多闭环控制的系统，则必须考虑可编程控制器的响应速度。不同的控制对象对响应速度有不同的要求，要根据实际需要来选择可编程控制器。控制对象信号变化速度快;控制对象信号变化慢，则要求响应的速度就不同。4.指令系统在选择机型时，从指令系统方面注意下面内容:(1)指令系统的总语句数这反映了整个指令所包含的全部功能。(2)指令系统的种类主要应包括逻辑指令，运算指令和控制指令，具体的需求则与实际要完成的控制功能有关。(3)指令系统的表达方式指令系统表达方式有多种，有的包括梯形图，控制系统流程图，语句表，顺控图，高级语言等多种表达方式，有的只包括其中一种或两种表达方式。(4)应用软件的程序结构程序结构有模块化的程序结构，有子程序式的程序结构。前一种有利于应用软件编写和调试，但处理速度慢;后一种响应速度快，但不利于编写和现场调试。(5)软件开发手段在考虑指令系统这一性能时，还要考虑到软件的开发手段。有的厂家在此基础上还开发了专用软件，可利用通用的微机作为开发手段，这样就更加方便了用户的需要。3.3.2 FANUC 0i系统内装式PMC介绍1. FANUC-0i系统中PMC简介现在用于数控机床的可编程控制器通常是内装型，尤其是FANUC 0i系统的所有产品均为内置式PMC，它已经作为NC的一部分，其任务是根据数控系统对机床进行整体的实时控制，输出信号(循环启动，进给暂停等)和向机床侧的输出信号(冷却液电机启动、刀库旋转等。由于控制程序代替了传统的继电器控制电路，所以不仅控制功能大幅度地提高，而且大大地简化了硬件电路，提高了控制系统的可靠性。FANUC-0i系统有0iA系列、0iB系列和0iC系列三种，FANUC-0iA系统的PMC可采用SA1或SA3两种类型，一般系统配置为SA3。FANUC-0iB/0iC/系统的PMC可采用SA1或SB7两种类型，一般系统配置为SB7。即使同一类型PMC在不同系统中其性能也有所不同。 PMC的基本结构PMC本身是一个微处理器控制系统,与其他PLC非常相似，它由中央处理单元(CPU)、控制程序存储器(ROM)、数据存储器、中间结果存储器和输入/输出接口(I/O)等部分组成。由于它是内装的，是数控系统的一部分，所以还包括与数控(NC)系统之间的数据交换区。如图3.3，来自CNC侧的输入信号(M代码、T代码等)和机床侧的输入信号(循环启动、进给暂停等)传送至PMC中处理。作为PMC的输出信号，有向CNC侧的输输入信号的处理图3.3 CNC侧的输入存储器。来自CNC侧的输入信号存放于CNC的输入存储器中，每隔8ms传送到PMC中。第1级程序直接引用这些信号的状态，执行相应的处理。来自机床的输入信号(DI/DO卡)传送至输入信号存储器中。第1级程序中处理的信号取自此存储器. 输入信号存储器:输入信号存储器每隔2ms扫描和存储机床侧的输入信号。PMC第1级程序中处理的信号取自此存储器。因此，输入信号存储器中的信号状态与第一级的信号状态是同步的。第2级程序同步输入信号存储器。第2级程序同步输入信号存储器中储存的信号由第2级程序处理。此信号存储器中的信号状态与第二级的信号状态是同步的。只有在开始执行第2级程序时，输入信号存储器中的信号和来自CNC侧的输入信号才会被传送至第2级程序同步输入信号存储器中，也就是说在第2级程序的执行过程中，此信号存储器中的信号状态保持不变。第1级程序引用输入信号存储器和CNC侧输入存储器中的信号，第2级程序引用的第2级程序同步输入信号存储器的信号，这些处理由PMC系统软件实现。输出信号处理 CNC的输出存储器输出信号每隔8ms由PMC传送至CNC的输出存储器中。到机床侧的输出信号由PMC的输出信号存储器传送至机床侧。输出信号存储器由PMC程序设定，每2ms传送至机床侧。循环执行顺序程序从梯形图的开头执行直至梯形图结束，在执行完后，再次从梯形图的开头执行，即为循环执行。从梯形图的开头直到结束的执行时间称为循环处理周期，它取决于控制程序的步数和第1级程序的大小。处理周期越短，信号的响应能力也越强。执行的优先顺序(第1,2 级):顺序程序由两部分组成(如图3.4):第1级和第2级程序两部分组成。第1级程序每8m执行一次。第2级程序每8Xnms执行一次。N为第2级程序的分割数。程序编制完成后，在向CNC的调试RAM中传送时，第2级程序被自动分割。图3.4划分优先级别是为了处理一些宽度窄的脉冲信号，这些信号包括紧急停止信号以及进给保持信号。第一级顺序程序每8ms执行一次，这8ms中的其他时间用来执行第二级顺序程序。如果第二级顺序程序很长的话，就必须对它进行划分，划分得到的每一部分与第一级顺序程序共同构成8ms的时间段。梯形图的循环周期是指将PMC程序完整执行一次所需要的时间。循环周期等于8ms乘以第二级程序划分所得的数日，如果第一级程序很长的话，相应的循环周期也要扩展。在PMC顺序程序中，为了提高安全性，应该注意使用互锁处理。对于顺序程序的互锁处理是必不可少的，然而在机床电气柜中的电气电路终端的互锁也不能忽略。因为即使在顺序程序上使用了逻辑互锁，但当用于执行顺序程序的硬件出现问题时，互锁将失去作用。所以，在电气柜中也应提供互锁以确保机床的安全。3.3.3 PMC控制程序数据区地址的分布地址用来区分信号，不同的地址分别对应机床侧的输入/输出信号、CNC侧的输入、输出信号、内部继电器、计数器、保持继电器和数据表(如图3.5)。FANUC-0i系统的输入/输出信号控制有两种形式，一种是来自系统内装I/O卡的输入/输出信号，其地址是固定的；另一种是来自外装I/O卡（I/O Link）的输入/输出信号，其地址是由数控机床厂家在编制顺序程序时设定的，连同顺序程序存储到系统的FROM中，写入FROM中的地址是不能更改的。如果内装I/O卡控制信号与I/O Link控制信号同时（相同控制功能）作用，内装I/O卡信号有效。图3.51.机床到PMC的输入信号地址（MTPMC）如果采用I/O Link时，其输入信号地址为X0X127；如果采用内装I/O卡时，FANUC-0iB系统的输入信号地址为XOX11（96点输入）。2.从PMC到机床侧的输出信号地址（PMC-MT）如果采用I/O Link时，其输出信号地址为Y0Y127；如果采用内装I/O卡时，FANUC-0iB系统的输出信号地址为Y0Y8（72点输出）。3.从CNC到PMC的输入信号地址（CNCPMC）从CNC到PMC的输入信号的地址为F0-F255，这些信号的功能也是固定的，用户通过顺序程序（梯形图）实现CNC系统的状态。如CNC系统准备就绪信号为F1.7、伺服准备就绪信号为F0.6、系统报警信号为F1.0、系统电池报警信号为F1.2、系统复位信号为F1.1、系统进给暂停信号为F0.4、系统循环启动信号为F0.5、T码选通信号为F7.3、M码选通信号为F7.0、S码选通信号为F7.2等。4.从PMC到CNC的输出信号地址（PMCCNC）从PMC到CNC的输出信号地址为G0-G255，这些信号的功能是固定的，用户通过顺序程序（梯形图）实现CNC各种控制功能。如系统急停控制信号为G8.4、循环启动信号为G7.2、进给暂停信号为G8.5、空运转信号为G46.7、外部复位信号为G8.7、程序保护钥匙信号为G46.3G46.6、CNC系统状态信号为G43.0、G43.1、G43.2、G43.5、G43.7等。1.中间继电器地址中间继电器地址可分为内部继电器（R）和外部继电器（E）两种。内部继电器的地址为R0R999，其中R900R999为系统专用。外部继电器的地址为E0E999。只有PMC-SB7才有外部继电器。2.信息继电器地址（A）信息继电器通常用于报警信息显示请求，FANUC-0iB系统有200个信息继电器（占用25个字节），其地址为A0A24。3.计数器地址（C）系统共有20个计数器，其地址为C1C20。4.保持型继电器（K）FANUC-0iB/0iC（PMC为SB7）系统的保持型继电器地址为K0到K99（用户使用）和K900到K919（系统专用）。5.数据表地址（D）FANUC-0iA系统数据表共有1860字节，其地址为D0D1859，FANUC-0iB/0iC系统（PMC为SB7）共有10000字节，其地址为DOD9999。6.定时器地址（T）定时器分为可变定时器（用户可以修改时间）和固定定时器（定时时间存储到FROM中）两种。可变定时器有40个（T01T40），其中T01T08时间设定最小单位为48ms,T09T40时间设定最小单位为8ms。固定定时器有100个（PMC为SB7时，固定定时器有500个），时间设定最小单位为8ms。4 刀库、机械手与主轴间的自动换刀4.1 自动换刀程序示意图及整个实现过程4.1.1刀库工作原理如图4.1是本课题加工中心自带的链式刀库结构简图，该刀库是沈阳中捷机床厂生产的链式型刀库最大容量为60把刀。刀库外形为跑道型并采用链子将各个刀套联结在一起，刀库和机械手的回转运动由带抱闸的三相异步电机作动力源，三相电源通过交流接触器提供给电动机时抱闸打开然后刀库进行运转，切断三相电源则抱闸闭锁刀库立刻停止运转。刀库中刀套按照T代码由PMC控制刀库正换或反转，通过PMC程序设计实现双向就近找刀和随机换刀，刀库运转到换刀点的位置，然后进行刀具交换。在机床工作过程中刀具按着M06指令使机械手取刀或装刀。因此，机床在工作过程中要求刀库必须具备以下条件：1刀具必须按照工作要求移到指定的换刀位置。运动路径刚应就近选刀，从而达到缩短选刀时间、提高机床工作效率的目的。2刀具在刀套中必须保证不能掉出，还应便于取出。台湾吉辅刀的刀套锁刀机构，则采用四个弹簧压住钢球，拉住刀具的拉钉，从而锁住刀杆。3刀套到达指定点的位置必须准确，翻转灵活、可靠。4刀库、机械手的动作必须协调。实现上述条件除了刀具安装尺寸等机械方面达到要求外，尤为重要的是数控系统如何保证。本设计中的FANUC 0iMB系统通过PMCSA1的一些功能指令来计算出选刀所在的刀套号与换刀点的刀套号的步数。不用在PMCSA1程序中自己进行编辑。图4.1链式刀库结构简图1.刀库刀位计数开关 2.刀库回参考点前减速开关 3.刀套回库到位开关4.刀套倒刀到位开关 5.刀库返回参考点开关 6.刀库驱动电机4.1.2 刀库机械手换刀过程加工中心产品机械手是实现自动换刀的主要机构，它的任务是当一个工序完成后，将不用的刀具从主轴的锥孔中卸下来，并且把刀具送回刀库中，同时还将下道工序的刀具装入主轴中，然后机械手回到原始位置等待下一个工作循环。目前实现这一工作目前实现这一工作程序一般有液压和机作凸轮机构本文中的加工中心机械手驱动方式就为液压式驱动，通过电气系统按照换刀过程的时序准确可靠地完成每一个动作。其换到过程如下：图4.2 机械手换刀动作简图程序执行到选刀指令T码时，宏程序控制主轴实现准定，主轴到达第二换刀点后，PMC控制系统通过方向判别后，控制刀库电动机正转或反转，刀套计数及定位信号开关开始计数(计算出到达换刀点的步数)，当刀库上所选的刀具转到换刀位置后，刀库电机立即停止转动，完成选刀定位控制。如图4.2(a)所示。当刀库完成定位后倒刀电磁阀线圈获电，气缸推动选刀的刀杯向下翻转90度，倒刀到位检测信号开关发出信号，完成倒刀控制，同时这个信号还是交换刀具的开始信号，如图4.2(b)所示。执行到交换刀具指令M06后，然后机械手的液压缸启动通过齿轮齿条传动机构控制机械手手臂正转90度实现抓刀动作，当机械手+90到位开关发出信号后，主轴夹紧装置松开刀具，即机械手就可以进行拔刀动作了，如图4.2(c)。主轴刀具松开后,机械手的拔到液压缸起动运行,通过换刀机构使机械手进行拔刀控制,机械手完成拔刀后,机械手电机继续运转,连续下一个动作.如图4.2d. 机械手完成拔刀后,机械手换手臂伸出到位开关接通，PMC控制手臂液压缸动作，通过齿轮齿条机构使机械手180使主轴刀具与刀库交换位置。当手臂+180到位开关接通后PMC控制机械手入开接通，液压缸驱动机械手上升,进行装刀动作，把交换后的刀具插入主轴和刀库的刀套中。完成插刀后机械手回到位开关发出信号使主轴刀具夹紧装置夹紧刀具。如图4.2(e)和(g)所示。主轴夹紧刀具后，夹紧到位开关会接通，PMC控制机械手反转开关接通，使机械手反转回到来位置，等交换完毕后机械手返回位等待下一个动作，如图4.2f. 机械手回原位后, 机械手原始位置信号开关接通后，回刀电磁阀线圈获电,气缸推动刀杯向上翻转90,为下一次选刀做准备。刀套复位信号开关接通,完成整个换刀控制.如图4.1(i)、(f)。4.1.3、机械手工作程序及对电气系统的要求加工中心产品机械手是实现自动换刀的主要机构。它的任务是当一个工序完成后将不用的刀具从主轴锥孔中卸下来并且把刀具送回刀库中，同时还将下道工序的刀具装入主轴孔中。然后机械手回到原始位置等待下一个工作循环。目前实现这一工作程序一般有液压和机械凸轮机构。而本课题的机床选用的是凸轮式换刀机械手，所有的扣刀、拔刀、交换刀具、插刀、机械手回零都是由内部的蜗杆凸轮及平面凸轮摆动机构配合来实现的。但是这些动作还需要通过电气系统来实现。因此，要求电气系统须按照换刀过程的时序准确可靠地完成每一个动作。电气动作顺序启动选刀，主轴回到第二参考点，主轴定向给出位置到达确认信。刀库正转或反转就近找刀。刀套计数及定位信号使刀套电机停止。一个刀套准确停在换刀位置。控制刀套翻转90的电磁阀得电到位延时2s断电。刀套垂直到位，发出到位信号。机械手从原始位置启动，旋转90达到机械手夹刀位置。机械手+90信号发出后，拔刀油缸动把刀具从主轴和刀座中拔出。手臂出到位信号给出，刀具松开。刀具松开到位信号给出后，机械手油缸再次启动正转180。 +180到位信号发出后，机械手入开关接通使机械手上升装刀。装刀确认及刀具夹紧给出到位信号。机械手反转90油缸接通，逆时针转动90回原位。机械手原位信号发出，使机械手停止。机械手原始位置开关发信号。控制刀套翻转的水平电磁阀得电。刀套水平位置的开关发信号及主轴与刀套间刀号交换。换刀结束。42 刀库部分PMC控制系统设计421 用PMC-SA1实现随机换刀的方法1.数据表和记数器的设置及选到控制在随机自动换刀方式中，刀库上的刀具能与主轴的刀具任意的直接交换。随机换刀控制方式需要在PMC内部设置一个模拟刀库的数据表，其长度为刀库容量+l，数据表的表序号与刀套编号相对应，主轴的刀套编号为0，数据表内容对应刀套中所存刀具号。表1 刀具数据表数据表地址数据表序号即刀套号内容即刀具号D4000（00000000）12(00010010)D4011（00000001）16(00010110)D4022（00000010）17(00010111)D4033（00000011）11(00010001)D4044（00000100）15(00010101)D4055（00000101）18(00011000)D4066（00000110）14(00010100)D4077（00000111）13(00010011)D46060（00111001）19(00011001)本设计课题中加工中心刀库为60把刀的链式刀库，所以在建立数据表时需要数据表的个数为60+1即从D400D610,其表序号对应刀具号如表1。其中060为刀套号，也是数据表序号，且0是将主轴作为刀库中的一个刀套，l17l为刀库中相应刀套号中的刀具号。由于刀具数据表实际上是刀库中存放刀具的一种映像，所以数据表与刀库中刀具的位置应始终保持一致，对刀具的识别实质上转变为对刀库位置的识别。当PLC接到寻找新刀具的指令TXX后，在模拟刀库的刀号数据表中进行数据检索，检索到T代码给定的刀具号在数据表中的表序号也就是刀套号，存入目标刀套号存储器中，设目标刀套号的存储地址为D461。若在刀号数据表中没有检索刀指令刀具号，则机床出现报警，结束换刀指令处理。将目标刀套号与当前换刀位置的刀套号(称为当前刀套号)相比较来决定是否转动刀库，因此需要建立一个环形计数器来记录当前刀套号。见图2。图4.3 环形计数器的设定据FANUC数控系统专用PMC指令中计数器控制数据的格式：D350D351：计数器的预置值，这里为刀库中的刀套数。D352D353:计数值，这里为当前刀套号。D354:为PMC系统使用。当刀库旋转时，每个刀套通过换刀位置时，由外部检测装置产生一个脉冲信号送到计数器：当刀库正转1个工位时，当前刀套号加1；当刀库反转1个工位时，当前刀套号减1。因此D352D353中的值总是指示刀库的现在位置。当目标刀套号为0，即目标刀号已经在主轴上，则不用换刀；当检索刀套号与当前刀套号一致时，就不用旋转刀库，直接换刀；不一致时，则可利用ROT旋转功能指令计算刀库旋转方向和旋转步数。刀库旋转方向输出给中间继电器即“0”和“1”来控制刀库电机运转，旋转步数计算结果存储到D355中。刀库转动后，检测装置发出脉冲给PMC，更新D352当前刀套号的内容，再循环执行ROT指令，用判别一致指令来判别目标刀是否转到换刀点。2. 数据更新 M06指令结束后，刀号数据表中的数据发生变化，需要更新，将数据表中当前刀套号对应的刀具号与主轴上的刀具号相对调，实现这样的目的，可以用FANUC PMC-SA1的功能指令XMOV变地址传动指令，来实现刀库和主轴刀具对调，这样就保证了数据表与刀库中刀具的位置始终保持一致。 4.2.2 随机换刀程序设计1.随机换刀流程图当系统上电后刀库可以双向旋转，具体的旋转方向由目标刀具到取刀位的距离远近决定，为了快速实现刀具的选取，要求刀库双向就近旋转。由于刀库旋转控制的捷径选取要求，可设计一个刀具记数开关信号，一般为霍尔检测元件，每个刀具到位时，此元件都会给出一个响应信号输出。另外考虑到原始位的确定，在刀库运转前需要给出当前的位置数据。当选刀信号到来时，根据目标刀具位置与当前位置的比较，确定刀库的旋转方向。2.刀库部分随机换刀程序以下是用PMC-SA1实现随机换刀整个程序及程序说明：T码选通后首先进行数据比较，即T码与实际刀具号的比较。如果T码基准值时，R0221.3=1，则出现错误。再利用判别一致指令，来判别所选的刀具是否再主轴上，当R0221.4=1，则出现错误。从跳转指令处跳赚不进行检索等指令。当R0221.3,R0221.4,R0227.4的中任意一个为1时，执行跳转指令不执行下面的程序，当三者都不符合时，不执行JMP，当PMC接收刀T指令后，开始在模拟刀库的刀号数据表中进行数据检索，把检索到的目标刀具号的所在地址即刀套号存入目标存储器D0461当中。通过旋转指令ROT来判断刀库的旋转方向，如果计算结果R0216.7=0则控制刀库正转，反之为刀库反转，从而实现双向就近找刀，指令中的D352是计数器存储换刀点刀具地址的，D0461为目标刀套的存储位置，D0355为计算结果即把换刀点到目标位置的步数计算处来，存入D035中。COIN为版别一致指令，它的功能时实现两个数据是否一致，如果一致则R0227.2=1，步一致R0227.2=0.指令中D355中的计算结果步数与0做比较，如果一致则说明所需的刀具已转到了换刀点则控制刀库电机停止转动。CTR为计数器指令，主要用来计数，可以时加数，也可以时减数。程序中D350中存储的是控制数据地址即刀库模拟数据表，再接收刀库计数开关的脉冲后，通过计数器更

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。