基于PLC的加工中心刀库换刀控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 基于 加工中心刀库换刀控制系统设计 摘要 本设计的题目是基于 工中心刀库换刀控制系统的设计。通过分析刀库的自动换刀的过程，使刀库在加工中心上能配合换刀机械手的需要 能在数控程序的控制下灵活的实现换刀过程每次换新刀只需输入相应换刀号信号即可。 在分析控制要求的基础上 ， 设计出相应控制程序 。 控制程序包含 ： 建立当前刀具库映像 、记录 请求刀具号 、 转盘转动方向判断并确定转盘正反转 、发出脉冲控制刀盘转动、 到位灯及换刀指示灯显示等部分 ， 程序结构性好 、 可读性强 、 运行效率高 ， 能很好地满足实用要求。 关键词 加工中心 ， 刀库 换刀， 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 on is on LC of of so in be - C of to on of of to is to to to in is is 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 目 录 . I 引 言 . 1 1 加工中心中的应用 . 5 控加工中心组成结构及工作过程 . 5 控机床中 关系 . 7 数控机床中的应用 . 8 数控机床中的应用形式 . 9 数控系统及数控机床间的信息交换 . 9 数控机床外围电路的关系 . 10 2 刀库自动选刀系统 . 11 库自动选刀机械系统 . 11 库选刀方式 . 11 动装置步进电机工作原理与控制 . 13 进电机工作原理和特性 . 13 于 进电机的控制原则 . 14 3 选刀控制的 统设计 . 16 菱 其原理 . 16 统组成及各部分的功能 . 16 基本工作原理 . 18 程方法与规则 . 20 程要求 . 20 程方法 . 21 通信 . 22 号的选择分析 . 22 址分配 . 23 线 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 线图 . 24 件接线 . 25 4 换刀控制过程 . 27 刀总过程 . 27 刀程序过程 . 28 立刀具库映像 . 28 刀号输入 . 28 出换刀号所在的刀座号 . 28 断刀盘转动方向并得出 控制刀盘转动脉冲数 . 29 出脉冲以及控制指示灯 . 29 菱 令使用 . 29 序流程图 . 33 5 程序梯形图 . 35 6 软件编程 . 43 X 特点 . 43 X 编程环境 . 44 致 谢 . 46 参考文献 . 47 毕业设计实物模型 . 48 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 共 50 页 引 言 进入 21 世纪，我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的良机，也遭遇到加入 界贸易组织）后激烈的市场竞争压力。从技术层面上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制 造业持续发展的一个关键。 装备制造业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在 “高精尖 ”数控关键技术和装备方面对我国实行限制政策。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术是现代化工业生产中的一门新型的发展十分迅速的高技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对 传统制造业和新兴制造业的渗透形成机电一体化产品。其及技术范围所覆盖的范围有，机械制造技术，微电子技术，信息处理，加工，传输技术，自动控制技术，伺服驱动技术，检测监控技术，传感技术，软件技术等。在提高生产率，减低成本 保证加工质量及改善工人劳动强度等方面，都有突出的优点，特别是在适应机械产品迅速更新换代，小批量，多品种生产方面，各类数控装备是实现制造技术的关键。 数控加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的 数控机床 之一。它的综合加工能力较强，工件一次装夹后能完成较多的加工内容，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的 5 10 倍，特别是它能完成许多普通设备不能完成的加工，对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用。 数控加工中心是一种功能较全的数控加工机床。它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有 刀库 ，刀库 中存放着不同数量的各种 刀具 或检具，在加工过程中由程序自动选用和更换。这是它与数控铣床、数控镗床的主要区别。特别是对于必需采用工装和专机设备来保证产品质量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工装和专机。这会为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用，从而使企业具有较强的竞争能力。 数控 加工中心 是一种 带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作的数控机床。 在加工中心上加工零件的特点是：被加工零件经过一次买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 共 50 页 装夹后，数控系统能控制机床按不同的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它辅助功能，连续地对工件各加工面自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工。由于加工中心能集中地、自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差、减少了工件装夹、测量和机床的调整时间及工件周转、搬运和存放时间，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济 效益。加工中心按主轴在空间的位置可分为立式加工中心与卧式加工中心。 加工中心是目前世界上产量最高，应用最广泛的数控机床之一，他是适应省力，省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀机床，是综合了机械技术，电子技术等等的高技术产品。加工中心综合能力较强，工件经一次装夹后能完成较多的加工内容其效率是普通机床的五到十倍特别是它能完成许多普通设备不能完成的加工，对新装复杂的，精度要求高的单件产品或小批量多品种生产更适用。加工中心不仅提高了共建的加工质量，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。 加工中心 (称 由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心又叫电脑锣。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。因而大大减少了工件装夹时间，测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好 的经济效果。 加工中心的由来 加工中心最初是从数控铣床发展而来的。与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统 (伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。但加工中心又不等同于数控铣床，加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。 加工中心的分类 一、加工中心按加工工序可分分镗铣与车铣两大类。 (1)镗铣 (2)车铣 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 共 50 页 二、按控制轴数可 分为： (1)三轴加工中心 (2)四轴加工中心 (3)五轴加工中心。 三、以主轴与工作台相对位置分类，分为卧式、立式和万能加工中心。 (1)卧式加工中心：是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。 (2)立式加工中心： (指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板 类、盘类、模具及小 型壳体类复杂零件。 (3)万能加工中心 (又称多轴联动型加工中心 )：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的 角度可控制联动变化，完成复杂 空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。 多工序集中加工的形式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 工中心一般不带转台，仅作顶面加工。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。 加工中心的自动换刀装置由存放刀具的刀库和换刀机构组成。刀库种类很多，常见的有盘式和链式两类。链式刀库存放刀具的容量较大。 换刀机构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。 加工中心的发展史 第一台加工中心是 1958 年由美国卡尼 在数控卧式镗铣床 的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 共 50 页 镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。 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。 加工中心定期检查项目 1) 主轴在额定最高转速下运转轴承状态 测振仪 2) 设备水平检测 水平仪 3) X/Y/X 轴相互垂直度检测 方箱 /角尺 4) X/Y/Z 轴重复定位精度检测 激光干涉仪 (视设备品牌可以自动补偿 ) 5) X/Y/Z 轴累计误差检测 激光干涉仪 (视设备品牌可以自动补偿 ) 6) 主轴 300向跳动检测 7) 主轴与工作台面的垂直度检测 8) X/Y/Z 轴滚珠丝杠轴承状态检测、 9) X/Y/Z 轴丝杠状态检测 在数控加工中心，目前的编程方法通常有两种： 简单轮廓 直线、圆弧组成的轮廓，直接用数控系统的 G 代码编程。 复杂轮廓 三维曲面轮廓，在计算机中用自动编程软件 (出三维图形，根据曲面类型设定各种相应的参数，自动生成数控加工程序。以上两种编程方法基本上能满足数控加工的要求。 但加工函数方程曲线轮廓时就很困难，因为早期的铣床数控系统不具备函数运算功能，直接用 G 代码不能编制出函数方程曲线的加工程序， (版本较低的 )件通常也不具备直接由方程输入图形的功能。所以切削函数方程曲线轮廓，目前通常使用的方法是：根据图纸要求，算出曲线上各点的坐标，再根据算出的坐标值用直线或圆弧指令代码编制程序，手工输入系统进行加工。 本设计是某数控加工中心的换刀控制系统，实现基于 自动换刀控制，刀具库由二十种刀具、换刀转盘和取放刀机械手组成。该刀具库 钮控制选择二十种刀 具， 由霍尔元件构成的行程开关 行刀具到位限位， 机械手进行换取刀具。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 共 50 页 1 加工中心中的应用 随着我国新型工业化的进程，数控加工中心等机床在机械制造业中的应用范围和水平有了很大的提高，特别是箱体类零件和复杂曲面零件非常适合在加工中心上完成多工序加工。加工中心是目前世界上产量最高、应用最为广泛的一种数控机床，加工中心综合机床为了能在工件一次装夹中完成多种工序的加工，以缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，必须带有 动换刀 )装置，因此加工中心的加工能力和效率比普通 的数控铣床有了很大的提高。自动换刀系统的性能将直接影响机床的换刀效率和机床的加工性能。由于加工中心是一种高技术含量的机电一体化产品，自动换刀装置的控制系统本身及相关机械结构的复杂，因此在实际的生产维护、维修过程中，需要技术人员具备较高的机电复合知识和技能。 控加工中心组成结构及工作过程 本例数控机床有输入、输出装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成。如下图 示： 图 控机床组成机构图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 共 50 页 输入装置可将不同加工信息传递给计计算机。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰；目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数做记录保存，带工作一段时间后，再将输出与原始资料做比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。数控装置只数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床个功能的指挥工作。它包含为计算机的电路，各种借口电路、 示器等硬件及相应软件。可编程控制器对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转 速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及道具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）进行控制；对输出信号（刀库、机械手、回转工作台等）进行控制。检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈与数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。数控机床的工作过程如下图 示 图 数控机床的工作过程 数控加工的准备过程比较复杂 ，内容多，含对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制定、加工程序的编制、选用工装及使用方法等。机床的调整主要包括刀具命名、调入刀库、工件安装、对刀、测量刀位、机床各部件状态等多项工作内容。程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行检查和调整。试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进行结果检测。前三步均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间越短越好，越有利于机床合理使用。该项指标直接影响对机床利用率的评价即（机床实动率）。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 共 50 页 控机床中 关系 于通用设备的自 动控制，称为可编程控制器。 于数控机床的外围辅助电气的控制，称为可编程序机床控制器。因此，在很多数控系统中将其称之为 控制系统有两大部分，一是 是 两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。可以这样来划分 作用范围 数控系统有两大部分，一是 是 两者在数控机床所起的作用范围是不相同的。 1、 实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由 2、 机床辅助设备的 控制是由 完成。它是在数控机床运行过程中，根据 部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。相对于 床和 是外部。编 序要用到 信号和 信号是为了 C 之间的信息交换。 可编程控制器 (数控系统（ 及数控机床 (间的信息交换有以下信号 : 相对于 床和 是外部。 机床以及 间的信息交换，对于 功能发挥，是非常重要的。 外部的信息交换，通常有四个部分： （ 1） 机床侧至 床侧的开关量信号通过 I/O 单元接口输入到 极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由 序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对 序和地址分配进行修改。（ 2） 机床： 控制信号通过 输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由 序编制者或者是使用者自行定义。 （ 3） 至 信息可由 接 送入 寄存器中 ,所有 至 信号含义和地址（开关量地址或寄存器地址） 均由 家确定 ,程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的 M、S、 T 功能 ,通过 码后直接送入 应的寄存器中。（ 4） 至 信息也由开关量信号或寄存器完成 ,所有 至 信号地址与含义由 家确定 ,程者只可使用 ,不可改变和增删。 数控机床中的控制功能 : （ 1） 操作面板的控制。操作面板分为系统操作面板和机床操作面板。系统操作面板的控制 信号先是进入 后由 到 制数控机床的运行。机床操作面板控制信号，直接进入 制机床的运行。（ 2） 机床外部开关输入信号。将机床侧的开关信号输入到送入 行逻辑运算。这些开关信号，包括很多检测元件信号买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 共 50 页 （如：行程开关、接近开关、模式选择开关等等）（ 3） 输出信号控制： 出信号经外围控制电路中的继电器、接触器、电磁阀等输出给控制对象。（ 4） 功能实现。系统送出 T 指令给 过译码，在数据表内检索，找到 T 代码指定的刀号，并与主轴刀号进行比较。如果不符，发出换刀指令，刀具换刀， 换刀完成后，系统发出完成信号。（ 5） M 功能实现。系统送出 M 指令给 过译码，输出控制信号，控制主轴正反转和启动停止等等。 M 指令完成，系统发出完成信号。 A、实现刀具相对于工件各坐标轴几何运动规律的数字控制。这个任务是由 完成； B、机床辅助设备的控制是由 完成。它是在数控机床运行过程中，根据 部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑对诸如刀库运动、换刀机构、冷却液等的运行进行控制。 在数控机床中这两种控制任务，是密不可分的，它们 按照上面的原则进行了分工，同时也按照一定的方式进行连接。 接口方式遵循国际标准 “ 336)机床数字控制数控装置和数控机床电气设备之间的接口规范”的规定，接口分为四种类型： a、与驱动命令有关的连接电路； b、数控装置与测量系统和测量传感器间的连接电路； c、电源及保护电路； d、通断信号及代码信号连接电路； 从接口分类的标准来看，第一类、第二类连接电路传送的是数控装置与伺服单元、伺服电机、位置检测以及数据检测装置之间的控制信息。第三类是 由数控机床强电电路中的电源控制控制电路构成。通常由电源变压器、控制变压器、各种断路器、保护开关、继电器、接触器等构成。为其他电机、电磁阀、电磁铁等执行元件供电。这些相对于数控系统来讲，属于强电回路。这些强电回路是不能够和控制系统的弱电回路直接相连接的，只能够通过中间继电器等电子元器件转换成直流低压下工作的开关信号，才能够成为 继电器逻辑控制电路的可接受的电信号。反之， 继电器逻辑控制来的控制信号，也必须经过中间继电器或转换电路变成能连接到强电线路的信号，再由强电回路驱动执行元件工作。第四类信号是 数控装置向外部传送的输入输出控制信号。 数控机床中的应用 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 50 页 数控机床中的应用形式 数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。 内装式 称集成式 用这种方式的数控系统，在设计之初就将 间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个 可以是单独的 种结构从软硬件整体上考虑 , 间没有多余的导线连接 , 增加了系统的 可靠性 , 而且 间易实现许多高级功能。 的信息也能通过 显示器显示 , 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的 独立式 称外装式 独立于 置，具有独立完成控制功能的 采用这种应用方式式，可根据用户自己的的特点，选用不同专业 商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。 数控系统及数控机床间的信息交换 相对于 床和 是外部。 机床以及 间的信息交换，对于 非常重要的。 外部的信息交换，通常有四个部分： （ 1）机床侧至 床侧的开关量信号通过 I/O 单元接口输入到 ，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由 序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对 序和地址分配进行修改。 （ 2） 机床： 控制信号通过 输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由 序编制者或者是使用者自行定义。 （ 3） 至 信息可由 接送入 寄存器中 ,所有 至 信号含义和地址（开关量地址或寄存器地址） 均由 家确定 ,程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的 M、 S、 T 功能 ,通过 应的寄存器中。 （ 4） 至 信息也由开关量信号或寄存器完成 ,所有 至 信号地址与含义由 家确定 ,程者只可使用 ,不可改变和增删 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 共 50 页 数控机床外围电路的关系 如前所述， 数控机床中用 来控制机床的强电回路（通过一些电器元件）。为了更好了解数控机床的 控制功能，就有必要对 外围电路的关系进行分析。 数控机床通过 机床的辅助设备进行控制， 对外围电路的控制来实现对辅助设备的控制的。 受 控制信号以及外部反馈信号，经过逻辑运算、处理将结果以信号的形式输出。输出信号从 输出模块输出，有些信号经过中间继电器控制接触器然后控制具体的执行机构动作，从而实现对外围辅助机构的控制。有些信号不需要通过中间环节的处理直接用于控制外部设施，比如说，有些直接用低压电源驱动的 设备（如：面板上的指示灯）。也就是说每一个外部设备（使用 制的）都是由一路控制信号来控制的，也就是说每一个外部设备（使用 制的）都在 出地址相对应。 外围设备的控制，不仅仅是要输出信号控制设备、设施的动作，还要接受外部反馈信号，以监控这些设备设施的状态。在数控机床中用于检测机床状态的设备或元件主要有，温度传感器、震动传感器、行程开关、接近开关等等。这些检测信号有些是可以直接输入到 端口，有些必须要经过一些中间环节才能够输入到 输入端口。 无论是输入还是输出， 必须要通过外围电路才能够控制机床的辅助设施的动作。在 外围电路的关系中，最重要的一点就是外部信号和 部信号处理的对应。这种对应关系就是前面所说的地址分配，就是将每一个 地址和外围电路每一路信号相对应。这个工作是在机床生产过程中，编制和该机床相对应的 序时，由 序编制工程师定义。当然做这样的定义必须遵循必要的规则，以使 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 共 50 页 2 刀库自动选刀系统 库自动选刀机械系统 刀库自动选刀机械系统主要是将加工所需刀具，从刀库中传 送到主轴夹持机构上 基本要求： 换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量， 刀库 占地面积小(结构紧凑 )， 安全可靠。 刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置；其自动换刀机构及可以储放多把刀具的刀库。由电脑程式的控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、搪孔、攻牙等。大幅缩短加工时程，降低生产成本。 刀库主要是提供储刀位置，并能依程式的控制，正确选择刀具加以定位，以进行刀具交换；换刀机构则是执行刀具交换的动作。刀库必须与换刀机构同时存在，若无刀库则加工所需刀具无法事先储备； 若无换刀机构，则加工所需刀具无法自刀库依序更换，而失去降低非切削时间的目的，刀库自动换刀示意图如图 示。 图 刀库自动换刀 本设计刀库的回转运动由步进电机作动力源，由 出一定脉冲控制步进电机，以带动刀库可使每个刀套准确停在换刀位置。刀套停在换刀位置后，由气缸控制刀套处于水平或垂直状态，以方便机械手换刀，刀套分度台可以顺时针或逆时针方向旋转，从而可以在最短的时间内搜索到所要更换的刀具。 库选刀方式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 共 50 页 根据刀具与刀库的位置关系可将刀库分成两类：一类是刀具在刀库中的 位置固定不变，称为机械随机控制。根据来自机床刀库的位置信息和 T 命令按照给出的命令控制系统决定刀库的旋转方向要求的步数等，每个刀具和刀套 (刀鞘 )有一一对应关系，通常在主轴和刀库之间以 “中间刀套 ”提供换刀，不用 令而用 令也可以进行此控制 ;另一类是刀具在刀库中的位置会发生改变，即当刀库旋转时，刀库号和刀具号之间的关系会发生改变，也称为记忆模式随机控制。根据来自机床刀库的旋转或位置的信息控制系统指出储存在自动模式中的刀具号刀库的寻址刀库旋转的方向和步数由给出的 个 刀具和刀套 (刀鞘 )并不总是有一一对应关系，通常不提供 “中间刀套 ”。 动换刀 (旋转刀库 (用命令要把握住换刀过程的两个基本动作：刀库定位和旋转。刀库定位即确定刀库当前的位置 ;刀库旋转即确定从刀库当前刀位转到目标刀位的旋转方向和步数。 对于第一类刀库通常采用固定指针系统，刀库旋转时刀套与刀具号之间的关系是固定的，通过环形计数器记录当前刀位的刀号来确定刀库的位置，再根据 T 命令给出要求变换的刀具号作为目标刀号，由旋转体转位命令 (确定刀库的旋转方向和步数。由于这种刀 库中刀具的位置唯一确定，一般不使用刀具搜索命令 (对于第二类刀库，刀具在刀库中的位置随着刀库的旋转发生变化，根据刀具数据表中刀具号与刀库号 (指针 )相对位置的变化方式可分为浮动指针系统和刀台旋转系统，见图 3。浮动指针系统即刀具数据表中刀具号在刀盘中的位置固定不动而刀库号 (指针 )随刀库的旋转而发生变化，变化方式由指针向前、反向旋转命令 (控制，确定当前刀位所对应的刀具号。刀台旋转系统是刀具数据表中刀库号 (指针 )的位置固定不动而刀盘中的刀具号随刀库的旋转而变化， 变化方式由刀 台向前、 反向旋转命令 (制，确定当前刀位所对应的刀具号。在浮动指针系统和刀台旋转系统中刀库的位置由记录当前刀位号的指针来确定，并且在刀台旋转系统中指针始终为零，即指向数据表的起始处。这类刀库是刀具的位置不唯一确定，换刀过程与第一类刀库有所不同：首先由指针 (记录当前刀位号 )确定刀库位置，根据 T 命令给出的要求更换的刀号，由刀具搜索命令 (到所要求更换的刀号，把输出在刀库中的位置 (刀库号 )作为旋转体转位命令 (的目标刀号，利用该命令来确定刀库的旋转方向和步数，最后利 用换刀命令 (要求更换的刀具与被更换的刀具的数据进行交换。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 共 50 页 目前加工中心大量使用记忆式的任选方式，该方式将刀具号和刀库中的刀套位置(地址 )通过编码识别系统对应地记忆在数控系统的 ， 本设计无需 编码识别系统 ，只需在初始建立刀具库映像，记录当前道具与刀库对应关系， 无论刀具放在哪个刀套内都始终记忆着。 每次换刀后自动修改刀具库映像 ，使刀具可以任意取出 和交换， 使每次选刀时就近选取。本文主要采用记忆式取刀方式， 无需传感器识别，可实现机械手任意位置自由换刀。 动装置步进电机工作 原理与控制 进电机工作原理和特性 步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制 ,并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的执行机构。由于受脉冲的控制 ,其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比 ,通过控制脉冲数量来控制角位移量 ,从而达到准确定位的目的 ;通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度 ,从而达到调速的目的 ;通过改变通电顺序 ,从而达到改变电机旋转方向的目的。 总结来说 ,步进电机主要具有以下一些工作特性 : (1)输入脉冲数严格和电机的角位移成正比 ,电机运 转一周后没有积累误差 ,因此具有良好的跟随特性 ;(2)由于其良好的跟随特性 ,步进电机可以与驱动器电路组成开环数字控制系统 ,同时 ,也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。 (3)步进电机的动态响应快 ,易于启动和停止、正反转和变速。 (4)速度可以在相当宽的范围内平滑调节 ;在低速动作状态下仍能保证获得大的转矩。 系统设计中我们采用的步进电机为 距角的三相步进电机。步进电机在启动和停止时有一个加速及减速过程 ,且加速速度越小则冲击越小 ,动作越平稳 ,所以步进电机工作一般要经历以下的变化过程 :加速 恒速 (高速 )减速 恒速 (低速 )停止。因步进电机转速与脉冲频率成正比 ,所以输入步进电机的脉冲频率也要经历一个类似的变化过程 ,可见在步进电机启动时要使脉冲升频 ,停车时使脉冲降频。 可见在步进电机启动时要使脉冲升频 ,停车时使脉冲降频。由于步进电机驱动器在输入脉冲 200 处于震荡区内 ,容易损坏内部元件 ,而在 200 下运转速度较慢 ,效率较低 ,故一般采用 350为脉冲的低频起点。经测试 ,轻载时高频脉冲可达到 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 共 50 页 于 进电机的控制原则 步进电机的控制和驱动方法很多 ,按照 使用的控制装置可分为 :普通集成电路控制、单片机控制、工控机控制、 制等几种 ;按照控制结构可分为 :硬脉冲生成器硬脉冲分配结构、软脉冲生成器软脉冲分配器结构、软脉冲生成器硬脉冲分配器结构。由于步进电机具有无累积误差、跟踪性能好的优点 ,步进电机的控制以组成开环控制系统居多。 步进电机能作出响应而不失步的最高步进频率称为 “启动频率 ”;与此类似 ,“停止频率 ”是指系统控制信号突然关断 ,步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。而电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据 ,就能有效 地对步进电机进行变速控制。采用 制步进电机 ,应根据下式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和最大脉冲数量 ,进而选择 其相应的功能模块。根据脉冲频率可以确定 速脉冲输出时需要的频率 ,根据脉冲数量可以确定 位宽。 3 步进电机制系统的硬件设计 . 制系统结构 设计中 ,步进电机 制 ,系统硬件部分由控制面板、 制器、驱动器、步进电机等组成。上位机是个人计算机 ,作为控制面板、人机交互界面和控制软件编制环境 ,通过与 通信 ,实现操作监控功能 ;控制器 出脉冲、方向信号 ,通过驱动器控制步进电机的运行状态。因为设计的步进电机控制系统中要求手动盘车功能 ,在驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴 ,这时要利用驱动器的脱机信号功能 ,使电机脱机 ,进行手动操作或调节 ;手动完成后 ,再将脱机信号去除 ,以继续自动控制。 (1)步进电机 :步进电机有步距角、静力矩、电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步距角大小 ,根据负载的大小确定静力矩 ,静力矩一经确定根据电机矩频特性曲线来判断电机的电流。一旦三大要素确定 ,步进电机的型号便确定下来了。 (2)驱动器 :遵循先选电机后选 驱动的原则 ,电机的相数、电流大小是驱动器选择的决定性因素 ;在选型中 ,还要根据 出信号的极性来决定驱动器输入信号是共阳极或共阴极。为了改善电机的运行性能和提高控制精度 ,通常通过选择带细分功能的驱动器来实现 ,目前驱动器的细分等级有 8 倍、16 倍、 32 倍、 64 倍等 ,最高可达 256 倍细分。在实际应用中 ,应根据控制要和步进电机的特性选择合适的细分倍数 ,以达到更高的速