加工中心无机械手自动换刀.doc

长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 诚信证明毕业论文（设计）加工中心自动换刀控制及常见故障分析院 系 航空机械制造工程学院 专 业 数控设备应用与维护 班 级 数设1101 学 号 姓 名 指导老师 黄登红 二一四年 月 日诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的大专毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。尽我所知，除了设计（论文）中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 目 录 目 录摘要 （01）引言 （02）第一章 加工中心的发展历史（03） 1.1加工中心的定义 （03） 1.2加工中心的发展历程 （03） 1.3加工中心国内外现状 （03） 1.4国产加工中心目前存在的问题及未来发展趋势 （05） 1.5加工中心的分类 （06）第二章 12刀位斗笠式刀库组成结构及动作原理（08）2.1换刀控制流程图 （09）2.2 加工中心斗笠式刀库旋转及移动与主轴拉刀概述 （11）第三章 斗笠式刀库自动换刀装置电气原理控制（12）3.1 计数器和数据表的设置 （12）3.2 本文加工中心信号地址表 （13）3.3 加工中心斗笠式PLC电气控制原理图 （15）第四章 PMC程序设计与实现 （18） 4.1 本文斗笠式刀库自动换刀PMC控制梯形图 （18） 4.2 本文梯形图说明之加工中心斗笠式还刀控制与选刀 控（21）第五章 自动换刀装置常见故障及维修（24）5.1刀库乱刀故障处理方法 （24）5.2刀具交换时掉刀 （24）5.3加工中心刀库自动换刀故障维修实例 （26）第6章 致谢 （28）第七章 参考文献 （29） 加工中心无机械手自动换刀摘要：现代机械加工中为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向着工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或全部工序的发展，因此出现了各种类型的加工中心，加工中心机床加工过程中要使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同的刀具完成不同工序的加工工艺.它是用手动方式把刀具装夹在主轴上，再通过调用换刀子程序将主轴上的刀具装入刀库.首先按预定的程序轨迹及其它要求, 实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置而可编程控制器（PLC)由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改, 易于扩展和维护, 环境要求低、体积小巧, 安装调试方便, 在工业控制中有着广泛的应用。根据我们所设计的加工中心无机械手，应用(PLC)移位寄存指令可以很方便、灵活地对刀具进行控制。所以在加工中心机床中得到广泛应用，从而更有效的提高了机床的加工效率。但由于自动换刀控制过程中的故障率也比较高、加工中心无机械手自动换刀装置故障也比较多，所以掌握好无机械手自动换刀控制和一些常见故障处理方法非常重要。 数控加工中心由于配有刀具库和自动换刀系统，能实现一次装夹完成，多道工序，大大减少了专用工夹具的数量，缩短了生产准备时间，同时减少了多次安装造成的定位误差，提高加工精度，能实现高精高效的加工，而被各企业广泛的使用，加工中心的关键在于自动换刀系统的控制。本文着重讨论PMC 对加工中心自动换刀系统的控制，并阐述了数控加工中心自动换刀的原理，分析加工中心主轴准停，计算机随机自动换刀的PMC控制思路，以及无机械手换刀动作的分析，本文以FANUC Oi数控系统为例，给出了PMC控制程序，并对其进行了深入的分析。关键字：自动换刀；数控；可编程机床控制器；无机械手；机械准停长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 引 言引言加工中心是指在一次装夹中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心和自动换刀数控车床和车削中心区别开来。加工中心区别于别的数控镗铣床的主要特点就在于它具有根据工艺要求自动更换所需刀具的功能，机自动换刀(ATC)机能。 加工中心的自动换刀系统,通常是由刀库和PLC组成,它是加工中心的象征,又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置,以求在激烈的竞争中取得好的效益。正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容,各厂家都在保密,极少公开有关资料. 加工中心自动换刀装置有两种形式：有机械手换刀和无机械手换刀。加工中心的自动换刀装置，大都采用有机械手换刀方式。在有机械手换刀的过程中,使用一个机械手将加工完毕的刀具从主轴中拔出,与此同时,另一机械手将在刀库中待命的刀具从刀库拔出,然后两者交换位置,完成换刀过程。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活。因而大大减少了装卸工件和换刀等辅助时间, 消除由于多次安装造成的定位误差, 比一般数控机床更能实现高精度、高效率、高度自动化加工。ATC换刀时, 根据数控系统选刀指令, 从刀库中将所需要的刀具转到取刀位置, 称为自动选刀然后由机械手从刀库和主轴上取出刀具, 进行刀具交换, 将新刀具装人主轴, 用过的旧刀具放回刀库。 无机械手换刀方式是直接在刀库与主轴(或刀架)之间换刀的自动换刀方式。因无机械手，所以结构简单。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，这两个动作不能同时进行，所以换刀过程较为复杂，换刀时间较长。但是刀库回转是在工步与工步之间，即非切削时进行的，因此可免去刀库回转时的振动对加工精度的影响。无机械手换刀方式适用于40号以下刀柄的小型加工中心或换刀次数少的用重型刀具的重型机床 。长沙航空职业技术学院毕业设计（论文） 正 文 第一章 加工中心的发展历史 1.1加工中心的定义加工中心（MachiningCenter,MC）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数控机床，它是综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、拖动技术、现代控制理论、测量及传感技术以及通信诊断、刀具和编程技术的高科技产品。由于加工中心能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床3倍4倍，所以说，加工中心不仅提高了工件的加工精度，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。1.2加工中心的发展历程1958年，美国卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把铣、钻、镗等多种工序集中于一台数控机床上，通过换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。该产品出现后，销路惊人，引起了日、德、美、英、法、意等先进工业国家的高度重视，竞相开发生产，不断扩大和完善机床的功能，成为数控机床中发展最快、需求量最大的商品之一。如今，世界上出现了立式、卧式、龙门式、落地式等各种加工中心，据不完全统计，大约有1000多个品种规格。未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，我国的加工中心从70年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经济、技术发展的需要。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造业、机械加工业的巨大发展，使得数控机床的使用越来越普遍，而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。然而，目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主，小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展，需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用。1.3加工中心国内外现状由于加工中心在机械加工中的重要作用，各个工业发达国家都极为重视，在技术和产量上都发展很快。目前全球加工中心年生产量为50,00055,000台左右，并且以日本、欧盟、美国及中国台湾、韩国等为最具代表性的生产基地。日本市场消费能力强，年生产量超过10,000台。主要机种为立式加工中心，年产量约5,0006,000台，而且不断研发高速、高精密、五面加工、五轴联动加工等技术，满足特殊与复杂曲面加工工件的要求，日本生产加工中心的厂家有MAZAK、大隈、庄田、三菱等公司。德国生产最佳品质与高加工效益的加工中心，近年来生产量每年约在4,0005,000台左右。代表性机种为卧式加工中心，年生产量约1,5002,000台。其他加工中心年生产量约2,0003,000台左右，德国生产加工中心的厂家有西门子、MAKA、GEISS、科恩等公司。美国是全球机床生产代表性国家之一，但近年来由于其国内消费能力不足，再加上出口也面临市场竞争，导致其生产有逐渐下滑的趋势，年生产加工中心仅约为5,0006,000台左右，生产厂家有哈挺、MAG、Hurco等公司。台湾是全球加工中心生产量最大的供货基地，年生产量可达到16,00018,000台，其中有部分是空机台，未加装微机控制器等，平均单价有偏低的情形。韩国是全球加工中心主要生产国家之一。其加工中心主要用于韩国汽车工业、模具工业及机械工业，年生产加工中心在4,0005,000台左右。未来加工中心的生产基地则有可能是大陆，特别是日本、美国、德国、中国台湾、韩国已竞相到大陆设厂生产加工中心，再加上大陆本身的企业研发与制造，未来技术成熟、品质稳定、成本降低后，必将会成为全球重要供应基地之一。20世纪70年代我国研制的加工中心，多数因配套件和设计、制造的缺陷而不能正常使用。进入80年代后，由于引进了日本FANUC、德国SIEMENS等公司的数控系统、直流进给伺服电机和主轴电机及其伺服单元之后，数控系统的可靠性有了很大提高。但就整机而言，可靠性还不够高。20世纪90年代中期以来，随着加工中心技术的进步和配套的完善，国内生产企业注意到了采用标准功能部件来取代产品的某些部件，同时优先选择世界知名公司的名牌产品(如：数控系统、滚动直线导轨、滚珠丝杠、轴承ATC装置、液压气动元件、电气元件和检测元件等)作为配套，提高了国产加工中心的档次和可靠性，在一定程度上缩短了与国外同类产品的差距。当前，国产加工中心的可靠性与国外同类产品相比依然不高。除此以外，还有整机防护与密封、外观粗糙、整体造型不尽如意等缺陷，在一定程度上影响了国产加工中心的市场竞争力。目前国内生产加工中心的有沈阳机床厂、大连机床厂、上海祥裕等厂家。研究主要成果如下；90年代以来，国外一些机床厂家先后开发出一批高速加工中心，其主要技术参数为：主轴最高转速：一般为1200015000r/min，有的高达4000060000r/min。坐标轴的加工进给最高速度：3060m/min，快速移动速度高达7080m/min。换刀时间(刀-刀)普遍在1.53.5s，有的快到0.80.9s；托板交换时间普遍在68s。 综上所述，高速加工中心的出现使得单轴加工中心的效率赶上了多轴的组合机床或专用机床。因此，高效高柔性的加工中心已开始在汽车工业中应用，并成为重要的工艺装备。目前世界上比较有名的加工中心有：德国EX-CELL-OGMBH公司XHC240卧式加工中心、德国ChironWerke公司FZ12W立式加工中心、日本Mazak公司产品、日本新泻铁工所SPN50、SPN40加工中心、美国Giddings&Lewis公司RAM500型、RAM630型卧式加工中心和美国Ingersoll铣床公司HVM600型卧式加工中心等等。 目前，国产加工中心的主要品种是立式加工中心和卧式加工中心。为市场提供的产品主要是立式加工中心。其规格(是指工作台宽度，单位：mm)一般为300、400、500、630和800。其中，前三种属于较小规格产量较大；后两种属于中大型产量较小。目前，国产立式加工中心拥有的规格基本上覆盖了中小型立式加工中心的规格范围。在我国，人们习惯上把数控机床按其技术水平的高低分为高、中、低三个档次。所谓高档数控机床是指高速度、高精度、五轴联动和工艺高度复合化的数控机床，包括部分重型机床；而所谓低档数控机床主要是指以步进电机驱动为主要特征的开环控制的经济型数控车床、钻床和铣床，其精度和速度都不高；其他数控机床则属于中档数控机床，也就是人们常说的通用普及型数控机床。国产加工中心大多数产品的档次属于此范畴。1.4国产加工中心目前存在的问题及未来发展趋势 （一）国产加工中心目前存在的问题有： (1)技术水平上，与国外同类产品的先进水平相比大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大。 (2)产品开发能力上，国内生产企业缺乏对产品竞争前的数控技术的深入研究与开发，特别是对加工中心应用领域的拓展力度不强。 (3)产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，虽然近年来国产加工中心的产量增加较快，但从总体上看，还没有形成规模生产；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 (4)国产数控系统MTBF(平均无故障时间)大都超过1万小时，但国际上知名品牌如：FANUC、SIEMENS等先进企业的数控系统MTBF已达8万小时。国产加工中心MTBF虽有少数厂达500小时，但国外加工中心的先进水平已达800小时。 (5)刀库和机械手的可靠性还比较低，近年来虽有改进，但用户仍然不放心。 (6)位置精度，特别是重复定位精度还有待于进一步提高。 (7)至于外观粗糙，漏油、漏水、漏气等老问题仍然不同程度的存在。（二）加工中心未来发展趋势有：（1）高速度、高效率 众所周知，机床向高速化方向发展，不但可以大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。是进入新世纪以来国内外机床技术发展的重要趋势。20世纪90年代以来，欧、美、日等工业发达国家争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元(电主轴，转/min)、高速且高加/减速度的进给运动部件(快移速度60120m/min，切削进给速度高达60m/min)、高效率的自动换刀装置、高性能数控装置和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。（2）高精度追求加工中心的高精度，一直是世界各工业发达国家努力的方向。当前，在机械加工高精度的要求下，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m；精密级加工中心的加工精度则从35m提高到11.5m，甚至更高。（3）高可靠性 随着数控机床应用领域的日益普及，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造厂家和数控机床制造厂家十分注重和追求的目标。数控机床也只有首先具有较高的可靠性，才能谈得上高速度、高效率和高精度。这已经是众多的数控系统制造厂家和数控机床制造厂家达成的共识。当前，国外先进数控系统的MTBF值已达8万小时以上。1.5加工中心的分类卧式加工中心是指主轴轴线水平设置的加工中心。卧式加工中心有多种形式，如固定立柱式或固定工作台式。固定立柱式的卧式加工中心的立柱不动，其主轴箱在立柱上做上下移动，而工作台可在两个水平方向移动；固定工作台式的卧式加工中心的三个坐标方向的运动由立柱和主轴箱的移动来定位，安装工件的工作台是固定不动的(指直线运动)。卧式加工中心一般具有3个5个运动坐标轴，常见的是三个直线运动坐标轴和一个回转运动坐标轴(回转工作台)它能在工件一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类工件。它与立式加工中心相比，结构复杂、占地面积大、质量大、价格亦高。立式加工中心立式加工中心主轴的轴线为垂直设置的加工中心。其结构多为固定立柱式，工作台为十字滑台，适合加工盘类零件，一般具有三个直线运动坐标轴，并可在工作台上安置一个水平轴的数控转台(第四轴)来加工螺旋线类零件。立式加工中心结构简单，占地面积小，价格低，配备各种附件后，可进行大部分工件的加工。大型龙门式加工中心主轴多为垂直设置，尤其适用于大型或形状复杂的工件，像航空、航天工业及大型汽轮机上的某些零件的加工都需要用这类多坐标龙门式加工中心。五面加工中心。这种加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，在工件一次装夹后，能完成除安装面外的所有五个面的加工，这种加工方式可以使工件的形状误差降到最低；省去二次装夹工件，从而提高生产效率，降低加工成本。 第二章 斗笠式刀库组成结构及刀具选择方式图2-1 12刀位刀库示意图在加工中心上刀库选刀控制（T 指令）和刀具交换控制（M06 控制）是 PMC 控制的重要部分，通常用刀套编码方式和随机方式。加工中心自动换刀系统的控制主要分为两部分：刀库选刀控制（T指令）和刀具交换控制(M06指令)。目前刀库选刀一般有四种控制方式：顺序选刀方式，刀具编码方式，刀套编码方式，计算机记忆随机换刀。顺序选刀方式是将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内，刀具顺序不能搞错。更换加工工件时，刀具在刀库上的排列顺序也要改变。这种方式的缺点是同一工件上的相同的刀具不能重复使用，因此刀具的数量增加，降低了刀具和刀库的利用率，但其控制以及刀库运动等则比较简单。刀具编码方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具进行编码。换刀时通过编码识别装置，根据换刀指令代码，在刀库中寻找出所需要的刀具。由于每一把刀都有自己的代码，因而刀具可以放入刀库的任何一个刀座中，这种方式编程控制简单，但是编码刀柄结构复杂，容易出故障。刀套编码方式是对刀库各刀座预先编码，每把刀具放入相应刀座之后，就具有了相应刀座的编码，即刀具在刀库中的位置是固定的。缺点是用过的刀具必须放回原来的刀座，增加了辅助换刀的时间，降低了换刀效率。计算机记忆随机换刀方式是目前使用最为广泛的一种方式。这种方式的的特点是刀具号和刀座号对应地记忆在计算机地存储器或可编程控制器的存储器中，不论刀具放在哪个地址，都始终记忆着它的踪迹，这样刀具可以任意取出，任意送回。刀柄采用国际通用的形式，没有编码条，结构简单，通用性能好。刀套编码是对刀库中的刀套进行编码，并将与刀套编码相对应的刀具一一放在指定的刀套中（如图2-1），然后根据刀套的编码选刀具，刀套编码控制换刀过程需要两次完成，首先把主轴的刀具放回主轴上刀具的原来位置，然后再从刀库中取出要选择的刀具，这样换刀一般用于无机械手或刀库容量比较少的刀库选刀控制。2.1 加工中心换刀流程如下执行M06换刀指令 换刀编程为：M06 T M06子程序如下： G28 Z0 主轴到还刀点 M19 主轴定向准停 M23 刀库推出 M25 主轴松刀 M26 选刀信号发出 G30 (由参数设置) M19 主轴定向 M24 主轴抓刀 M22 刀库退回检测TF信号上升沿TF7.3TFR信号（来自CNC的执行T代码） TF系统选通信号F7.3置1 检索数据表 M26选刀信号发出后 开始选刀使用DSCH检索功能，从D420开始，在长度为13个单元的数据表中，依次检索D350（T码值F26二进制转换BCD码输入地址）中储存的值，并把检索到的数据表内号（数据序号）写入D435（目标刀套号）。 目标刀套号=当前刀套号？是 使用COIN比较功能，比较D435（目标刀套号）与D352（当前刀套号） 否ROT计算刀库旋转步数和方向 使用ROT旋转控制功能计算从当前刀套号D352（CTR计数器1,当前计数值C001传到D352）到目标刀套号D435的旋转步数，根据最短路径输出旋转方向，把计算结果写入D355。 步数=0？ 是 使用COIN判断D355（步数）是否为0。 否刀库旋转 输出Y1.4或Y1.5地址信号驱动刀库电机旋转 旋转结 束？ 否 是 R100.4置1目标刀套已到当前位置，检测旋转结束信号上升沿 阻断刀库电机，刀库停止旋转。换刀结束主轴抓刀 2.2 加工中心斗笠式刀库旋转及移动与主轴拉刀概述 刀库的旋转由普通电机驱动，刀库的移动与主轴拉刀由气动连接驱动。图2-2 刀库旋转及移动与主轴拉刀动作图 第三章 斗笠式刀库自动换刀外部接线电气原理控制3.1 计数器和数据表的设置本文以12把刀为例设计加工中心斗笠式无机械手自动换刀功能:我的思路是：1）、在刀库定轴上装一个信号发射体（磁铁），每个刀套位置上装一个接受体（霍尔元件），当刀库每转一个刀套位置系统接收到一次输入信号(R11.0)，并使用CTR1号计数器储存。在CTR设定画面把预置值设为12（BCD码）作为刀具容量，CNO=1,计数由1开始。用CTR当前计数值C0001作为当前刀套号（D352），并一一对应。由刀库旋转方向控制信号R100.3来选择计数方式：R100.3=1,加计数；R100.3 =0，减计数。由外部一次输入信号R11.0来触发CTR计数器计数。2）、然后在PMC内部设置一个刀库数据表，如表3-1-1所示，数据表的个数（数据表容量）是刀库的刀具总量加上主轴刀，如该刀库为12把刀，则数据表的个数为 13（如 D420D432）该数据的首地址D420为主轴的刀套号，当系统执行T时，T码信号值首先会寄存在F26其数值为二进制需经过CONV功能转码为BCD码写入D350。数据表的序号（又称表内号）与刀库中的刀套号相对应，每个表内号中的内容就是对应刀套中的刀具号，当程序执行到 T 码时，PMC 通过数据检索指令DSCH，从D420开始在长度为13个单元的数据表中，依次检索D350中储存的值，把检索到 T 码（即所选择的目标刀具）所在数据表的位置（数据表内号），即目标刀套号通知系统，PMC 控制刀库旋转把选择的目标刀具转到当前位置，等待抓刀。在执行换刀指令（M06）其子程序如下：G28ZO到还刀点M19定向准停M23刀库推M25主轴松刀M26选刀信号发出G30主轴到抓刀点M24主轴抓刀M22刀库退回。表 3-1-1 刀具数据表名称数据序号 刀套号(BCD)刀具号(BCD)D420 0 (0000,0000)(0000,0000) D001 1 (0000,0001)(0000,0001)D0022 (0000,0010)(0000,0010)D0033 (0000,0011)(0000,0011)D0044 (0000,0100)(0000,0100)D0055 (0000,0101)(0000,0101)D0066 (0000,0110)(0000,0110)D0077 (0000,0111)(0000,0111)D0088 (0000,1000)(0000,1000)D0099 (0000,1001)(0000,1001)D01010 (0001,0000)(0001,0000)D01111 (0001,0001)(0001,0001)D01212 (0001,0010)(0001,0010)3.2 本文加工中心信号地址表表 3-2-1 R地址信号表序号地址说明1R10.0插刀入套单脉冲2R10.1R10.0的常1阻断中间继电器3R11.0当前刀位检测单脉冲4R12.0R11.0的触发信号5R12.1R11.0的常1阻断中间继电器6R13.0T0还刀控制触发信号7R15.0M22刀库退回触发信号8R15.1M23刀库推出触发信号9R15.2M24株洲紧刀触发信号10R15.3M25主轴松刀触发信号11R15.4M26选刀信号触发信号12R16.0R15.3的转接信号13R17.0选刀信号发出信号14R100.0CTR已达预置值输出信号15R100.1检索出错输出信号16R100.2当前刀具即为目标刀具输出信号17R100.3ROT计算方向输出信号18R100.4目标道具已达当前位置在信号19R100.5过载报警触发信号20R101.0转换出错输出信号21R200.0M码结束信号22R300.0T码结束信号表 3-2-2 输入输出地址信号表序号地址说明1X7.0插刀入套外部检测信号2X8.0倒库回退到位输入信号3X9.0刀库推出输出信号4X10.0-X11.3当前刀套，外部检测5Y1.1刀库正转6Y1.2刀库反转7Y1.3刀库推出8Y1.4刀库退回9Y1.5主轴松刀10Y1.6主轴紧刀表3-2-3 刀具数据地址与报警信号表序号地址说明1A1.4无目标刀报警2A1.5刀库电机过载报警3C1计数器当前值地址4F10M码信号寄存地址5F26T码信号寄存地址6D350T码信号转码地址7D352计数器当前值传送地址8D353ROT计算结果输出地址9D420数据表头地址10D435检索输出地址11G4.3辅助功能结果信号3.3 加工中心斗笠式PLC电气控制原理图输入电源控制电路如下图3-3-1所示，380V电压经过电源总开关QF1，在进入三相变压器开关QF2，380V变220V。再接两根线到QF11,经过两相变压器，380V变220V。然后再经过24V稳压电源，AC220V变DC24V。图3-3-1输入电源控制电器原理图图3-3-2 刀库正反转控制电器原理图图3-3-3 刀位检测输入信号I/O地址分配图3-3-4 输出Y信号地址分配图 当系统输出Y1.1置1或Y1.2置1，信号后，对应的继电器KA2或KA3得电，然后使KM4或KM5接触器线包得电，连通刀库电机实现刀库的正转或反转；A,B,C,D四个继电器为气动电磁阀继电器，当它们得电时导通对应的气动回路，实现刀库移动推出或退回、主轴松刀或抓刀。第四章 PMC程序设计与实现4.1 本文斗笠式刀库自动换刀PMC控制梯形图图4-1 加工中心斗笠式自动换刀PMC梯形图4.2 本文梯形图说明之加工中心斗笠式还刀控制与选刀控制.还刀控制有2种情况：(1)系统执行T0（还刀），系统选通信号F7.3置1,F7.3=1，触发DEC译码功能指令，T码信号值寄存在F26,0011表示只译码TO高低位都译码，译码结果输出为R13.0=1。R13.0=1,不触发DSCH检索功能指令，并且R13.0=1还会触发JMP跳转功能指令使梯形图不执行JMPJMPE之间的任何程序步。R13.0=1，会使Y1.3置1，电磁阀A继电器得电由气动回路推动刀库推出。当刀库移动到合适位置，撞到SQ常开开关X9.0时，切断Y1.3，同时使R16.0得电，Y1.5置1，电磁阀C继电器得电由气动回路使主轴松刀。当刀具插入刀套常开检测信号X7.0=1，R10.0得电，Y1.4置1，电磁阀B继电器得电由气动回路推动刀库退回,。R13.0=1，Y1.4=1，使R300.0置1，F7.3=1，R300.0=1,G4.3由0变1，切断选通信号F7.3。F7.3=0，G4.3由1变0辅助功能结束。当刀库退回到合适位置，撞到SQ常开开关X8.0时，切断Y1.4刀库停止移动，还刀结束。(2)执行换刀指令M06，系统执行M指令，系统选通信号F7.0置1，触发DECB译码功能指令，M码信号值寄存在F10，译码结果输出为R15的8个位，对应点位分别是：M22R15.0=1；M23R15.1=1;M24R15.2=1;M25R15.3=1;M26R15.4=1。换刀指令（M06）其子程序如下：G28ZO到还刀点M19定向准停M23刀库推M25主轴松刀M26选刀信号发出G30主轴到抓刀点M24主轴抓刀M22刀库退回，这种情况只需要进行到第步，就表示还刀结束。.选刀控制过程的3种情况：因为前文就说过我用CTR1号计数器的当前计数值来储存当前刀具刀套位置，我把 PMC梯形图中CTR当前计数值地址C1（BCD码）中的值，用MOVE逻辑与功能指令高低4位都与1相与之后存入D352中。例如假设当前刀具为5号刀，其刀套号为5，在D352中的值为（0000,0101），M26选刀信号发出后，R17.0置1。（1）假设系统执行T13即目标刀具为13号刀F7.3=1（T码选通），F26中的二进制值为（00001101）经过DNCV转码功能指令转为（00010011）BCD码后写入D350。F7.3与R17.0同时为1触发DSCH检索功能指令，从D420开始在长度为13个单元的数据表中，依次检索D350中储存的值，数据表中没有数据为（00010011），数据检索出错R100.1置1。R100.1=1，触发JMP跳转功能指令，PMC梯形图不执行JMPJMPE之间的任何程序，R300.0置1，T码结束，G4.3置1,切断选通信号F7.3。F7.3=0，G4.3由1变0辅助功能结束。（2）如系统执行T05即目标刀具为5号刀F7.3=1(T码选通)，F26中的二进制值为(00000101)经过DNCV转码功能指令转为（00000101）BCD码后写入D350。F7.3与R17.0同时为1触发DSCH检索功能指令，从D420开始在长度为13个单元的数据表中，依次检索D350中储存的值，并把检索到 T 码（即所选择的目标刀具）所在数据表的位置刀套号（数据表内号）写入D435。然后COIN比较功能指令对D435（目标刀套号）与D352(当前刀套号)进行比较，D435（00000101）=D352（00000101），输入数据等于比较值R100.2置1。R100.2=1，触发JMP跳转功能指令，PMC梯形图不执行JMPJMPE之间的任何程序，R300.0置1，T码结束，G4.3置1,切断选通信号F7.3。F7.3=0，G4.3由1变0辅助功能结束。（3）如系统执行T12即目标刀具为12号刀F7.3=1(T码选通)，F26中的二进制值为（00001000）经过DNCV转码功能指令转为（00010010）BCD码后写入D350。F7.3与R17.0同时为1触发DSCH检索功能指令，从D420开始在长度为13个单元的数据表中，依次检索D350中储存的值，并把检索到 T 码（即所选择的目标刀具）所在数据表的位置刀套号（数据表内号）写入D435。然后COIN比较功能指令对D435（目标刀套号）与D352(当前刀套号)进行比较，D435（00010010）D352（00000101）输入数据不等于比较值。F7.3=1，触发ROT旋转控制功能指令，CNO=1，计算由1开始,；DIR=1，选最短路径；POS=1，目标位置；INC=1，计算步数；计算目标位置D435到当前位置D352的步数，正转5步到达，反转7步到达，因为DIR=1选择最短路径，所以计算结果写入D355中的值为5（00000101），正转R100.3置0。F7.3为1，R100.3常闭为1,Y1.1置1，刀库电机正转。刀库每转过一个刀套位置，外部输入信号X10.0X11.3触发一次单脉冲R11.0,CTR计数器减计数，更新当前刀套号，刀库电机一直转动到当前刀套号为12（00010010）时ROT计算结果D355为0（00000000）时，COIN比较功能指令比较D355与0,D355（00000000）=0，输入数据D355等于比较数据，R100.4置1,切断Y1.1刀库停止转动，R100.4=1，表示目标刀具刀套已达当前位置。R100.4=1，R300.0置1，T码结束，G4.3置1,切断选通信号F7.3。F7.3=0，G4.3由1变0辅助功能结束。第五章 自动换刀装置常见故障及维修5.1 刀库乱刀故障处理方法由于自动换刀装腔作势置是通过记忆数据表中的数据进行换刀的，如果系统 PMC 参数丢失或换刀装置拆修后，系统就会出现换刀过程中乱刀或不执行换刀动作的故障。此时应当恢复系统参数和换刀机械动作，然后对刀库的数据表进行初始化。具体操作是把计数器 01设定为 12，数据表的 D000 设定为 0，D420-D432 设定值应按实际刀库的刀座中的刀具号进行设定，最后系统断电再重新上电，系统恢复正常工作。5.2刀具交换时掉刀换刀时主轴没有准确回到换刀点或主轴准停位置偏移，机械手抓刀时没有到位就开始拔刀，都会导致换刀。处理方法是重新调整主轴换刀点位置并修改第二参考点的坐标值；检查主轴编码器与主轴的连接和编码器本身一转信号是否正确；栓查扣刀到位开关 6 位置调整是否正确及机械手转位是否良好。故障现象原因分析故障处理方法刀套破裂装刀时，被撞击转动刀库氢破裂的刀套移到旁边，然后使用六角扳手把固定螺钉开以便更换刀套未定位之前有倒动作刀库电动机过热烧坏检查电动机线关闭电源后，取下配线，栓查并排除阴碍点后更换新马达刀具的质量是否过大刀库是否有阻碍而过载刀套在准备好后要下载时却不能正降落气压是否正常检查气压气缸气缸是否漏气螺钉是否松动紧固螺钉刀具是否重（15kg）或过长（300mm）确认刀具质量刀库无法运转电源是否良好（电压是否正常）检查电源、气源气源是否供应良好（压力是否足够）检测开关是否正常工作检查每一个开头产是否正常发信号电线是否接好检查电线连接是否完好换刀时，刀掉落，而且有拉刀的情况发生刀臂被撞击并变形换新刀臂并调整刀具太重导致刀臂变形在换刀前先检查其质量刀套内夹紧压缩弹簧已经疲劳调整并跟换弹簧倒刀时刀掉落刀臂及刀具的夹刀点的校正不正确重新校正刀具质量超过所规定的限制检查总质量刀套内的弹簧夹力不够调整或更换换刀时无法回归倒刀块及刀套没有定位好（即没倒90 度）调整螺钉刀臂弯曲先用扳手旋转 ATC 来确认是否夹刀；位置正确，如果高度已修正仍不能回归则更换刀臂。电线接触不良先用换刀命令来换，如果刀没被卡信，表示电线故障夹刀及释刀的信号无法被传递调整感应器的感应装置5.3 加工中心刀库自动换刀故障维修实例：5.3.1 加工中心执行自动换刀时位置出错，准停位置随主轴转速变化故障处理实例：故障现象：某配套YASKAWA J50M的加工中心，在机床换刀时，停位置随主轴转速变化。分析：仔细检查机床的准停动作，发现机床在主轴转速小于10r/min时，自动换刀时主轴位置正确，但在主轴转速大于10r/min时，准停点在不同的速度下均不一致。通过系统的号诊断参数1287bit0bit2，检查主轴编码器信号输入，发现该机床的主轴零位脉冲输入信号在一转内有多个，引起了准停点的混乱。处理：检查CNC与主轴编码器的连接，发现机床出厂时，主轴编码器的连接电缆线未按照规定的要求使用双绞屏蔽线，当机床环境发生变化后，由于线路干扰，引起主轴零位脉冲的混乱。重新使用双绞屏蔽线连接后，故障排除，机床自动换刀恢复正常。5.3.2 TH5632/1型加工中心不能实现自动换刀故障处理实例故障现象:TH5632/1型加工中心采用了FANUC一6CM系统，不能实现自动换刀。分析：先检查数控系统(CNC)板上准停起动信号点，发现该点的波形与理波形一样。检查CNC板上准停完成信号点的波时，发现该信号点无信号，这是由于主轴未实现准停造成的。再检查主轴驱动板及准停板(CAN)上相关点的波形，发现也与理论波形一样。然后检查大器上相关点的波形，发现放大器相关点上无信号由于放大器是刚换新的，而