毕业设计（论文）-加工中心刀库的PMC控制系统分析.doc

*毕业设计（论文）题目 加工中心刀库的PMC控制 学 院 机 械 工 程 学 院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 姓 名 学 号 指导教师 职称 完成毕业设计（论文）时间 2014 年 5 月 目 录摘要1Abstract1第一章 绪论21. 加工中心简介22.FANUC数控系统PMC概述22.1 PMC的定义22.2 PMC的组成23. 加工中心刀库系统2第二章 斗笠式刀库系统31.斗笠式刀库系统简介32.斗笠式刀库系统32.1换刀过程描述3第三章 斗笠刀库换刀PMC程序分析51. 换刀系统代码及接口定义51.1 M代码定义51.2 数据表定义52.刀库换刀宏程序62.1斗笠刀库换刀流程62.2换刀宏程序分析73斗笠刀库换刀PMC程序分析83.1 信号及数据转换83.2 换刀报警信号处理93.3 PMC换刀运行流程113.4刀库旋转控制16结 论18致 谢19参考文献192014届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）加工中心刀库的PMC控制系统分析*摘要 90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。刀库作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。斗笠式刀库一般只能存1624把刀具，斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴移动。当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具，这时刀库转动。当要换的刀具对正主轴正下方时主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，夹紧刀具后，刀库退回原来的位置，整个控制过程主要依靠系统宏程序和PMC程序控制系统。关键词：数控加工中心 斗笠式刀库 PMC 控制系统AbstractSince 90 time,the NC machiningtechnology has beenrapid and universal development,high-speed machining centeras arepresentative of a new eraof CNC machine tools,has been widelyused in the field of machine tools.Development ofautomatically change theknifebasehasexceeded itsNC Center for supporting the role ofthe development ofunique products,to meet the high-precision machine tools,high efficiency,highreliabilityand more complex taskssuch as the concept oftechnology in their unique areas of.As one of themost important part of machining centertool magazine,itsdevelopment will determine the processingcenter.Bamboo hat type tool magazinegeneral cansave 1624tool,bamboo hat typeknife intheknifeknife is changedto thespindle.When the cardslot cutterspindleintothe knife,the spindleto movefromthe tool,thetoolrotation.When you want tochangethecuttertojust below themainspindleisdown,so that the toolinto thespindletaper hole,the clampingtool,knifeback tothe original position,the whole control processmainly depends on thesystemof macro programand PMCprogram control system.Keywords:CNC machining center of bamboo hat type tool magazinePMC control system第一章 绪论1. 加工中心简介加工中心（CNC MACHINING CENTER）又称多工序自动换刀数控机床，是当今世界上产量最大，在现代制造业中最广泛应用的一种功能较全的金属切削加工设备。加工中心综合了现代控制技术、计算机应用技术、精密测量技术以及机床设计与制造等方面的最新成就，具有较高的科技含量。与普通机床相比，它简化了机械结构，加强了数字控制化功能，成为众多数控加工设备的典型。加工中心的突出特征是设置有刀库，刀库中存放着各种刀具或检具，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。2.FANUC数控系统PMC概述2.1 PMC的定义可编程控制器（PLC）在FANUC数控系统中称为可编程序机床控制器（programmable machine controller，PMC ）。PLC和PMC只是名称上不同，其本质是相同的。它主要用于机床顺序控制，包括主轴旋转、刀具交换、机床操作面板控制等。2.2 PMC的组成 FANUC PMC由内装的PMC软件、接口电路、外围设备构成。3. 加工中心刀库系统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盘式刀库之间交换刀具，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，俗称斗笠式刀库。第二章 斗笠式刀库系统1.斗笠式刀库系统简介无机械手的盘式刀库，俗称斗笠式刀库。该刀库具有前后两个位置，前位刀库最外的刀具正好与主轴刀套在同一条轴线上。通过气动或液压装置使刀库在两个上前后移动，且通过两个行程开关来确认刀库的前后位置。刀库采用普通三相异步电机来驱动，可以正转或反转。在刀库上设有刀具计数传感器，通过刀库的伸出和缩回，刀库与Z轴和主轴配合实现换刀；采用固定刀位管理，即刀库中每个刀套安防一把固定的刀具。斗笠式刀库机械结构简单，成本较低，而且容易控制，因而在小型加工中心上得到广泛的应用。2.斗笠式刀库系统2.1换刀过程描述换刀过程实际上包含换刀和取刀两个过程。还刀是将主轴上有效刀具换回到刀库中与之对应的刀套中，取刀是将指令中的目标刀具从刀库中取到主轴的刀套中。由于每次换刀时都要先还刀，再取刀，所以这种类型的刀库换刀速度比较慢。2.1.1还刀控制斗笠刀库还刀过程控制图由PMC应用程序根据主轴的有效刀具号，控制刀库就近方向旋转，将主轴上有效刀具对应到刀位移动到换刀位置上。Z轴移动至换刀位置。Z轴移动过程中，主轴同时准停进行定位。确认主轴到位后，刀库伸出。在确认刀库伸出到位后，主轴松刀，同时启动吹气。在确认松刀到位后，Z轴慢速上升至换刀准备位置。主轴紧刀。确认紧刀到位，且Z轴到位后，刀库退回到原始位置上。2.1.2取刀控制斗笠刀库取刀过程控制图由PMC应用程序根据数控信号接口中的目标刀具控制刀库按就近方向旋转，将目标刀具置于换刀位置上。Z轴快速抬至换刀准备位置。Z轴到位后，刀库伸出。在确认刀库伸出到位后，主轴准停定位。主轴松刀，同时吹气。在确认主轴抓刀机构放松到位后，Z轴慢速下降到换刀位置。主轴紧刀，抓住刀库中的目标刀具。在确认紧刀到位后，主轴抓刀机构已经将目标刀具抓紧后，刀库退回到原始位置上。第三章 斗笠刀库换刀PMC程序分析1. 换刀系统代码及接口定义1.1 M代码定义M80 主轴准停M81 刀库向右伸出M82 刀库向左收回M86 刀号赋值给D0M87 主轴刀具松开M88 主轴刀具夹紧1.2 数据表定义D0：主轴当前刀号C0：刀库容量C2：刀库当前刀号保持继电器K数据表7654321016进制K00000000000000K00010000000101K00020000000000K00030000000000K00040101000028K00050000000000K00060000000000K00070000000000K00080000000000K00090000000000K00100001100018K00110000000000K00120000000000K00130000000000K00140000000101K00150000000000K00160000000000K00170000000000K00180000000000K001900000000002.刀库换刀宏程序整个换刀过程的控制是由PMC和数控系统换刀宏程序相互结合完成的。刀库的旋转、伸出和收回及主轴的松刀和紧刀都是有PMC应用程序来控制的，而Z轴的上下移动是由换刀宏程序来完成的。2.1斗笠刀库换刀流程刀库换刀流程图2.2换刀宏程序分析O9000#100=#4001; 保留之前的模态信息。#101=#4003; 保留之前的模态信息。#102=#149; 将#149中换刀刀号赋值给#102；#103=#1032 AND 255; 通过#1032一次性读入低8位(255即为8位二进制数)输入信号，即宏变量#1000、#1001、#1002、#1003、#1004、#1005、#1006、#1007对应PMC地址为G54.0、G54.1、G54.2、G54.3、G54.4、G54.5、G54.6、G54.7即G54接口地址；#104=BIN #103; 将#103转化为BIN(二进制)码存入#104中；IF#102 LT 1 GOTO 2000; 如果#102小于1跳至2000；IF#102 GT 16 GOTO 2000; 如果#102大于16跳至2000；IF#102 EQ #104 GOTO 1000; 如果#102等于#104跳至1000，即当前主轴刀号等于换刀刀号换刀结束；G91 G00 G30 Z0 M80; 主轴到达换刀点，主轴准停；M81; 刀库向右伸出；M87; 主轴刀具松开；G28 Z0; 主轴回到机床零点，准备换刀点；T# 149; 刀具选择；G30 Z0; 刀库回到换刀点；M88; 主轴刀具夹紧；M86; 将刀号输入主轴刀号寄存器D0；M82; 刀库向左收回；G#100 G#101; 恢复模态信息；N1000 M99; 宏程序结束；N2000 #3000=16; CNC停止运行且报警。%3斗笠刀库换刀PMC程序分析3.1 信号及数据转换3.1.1数控 M代码译码程序通过DECB指令对刀库控制的M代码进行译码。M80M88对应内部继电器R310.0R310.7,R311.03.1.2 刀具数量确定及换刀刀号转存（1）通过系统参数保持继电器K中K004.1和K004.2均为零，确定参数刀具数量。（2）刀库容量定义。（3）将用户输入数据地址F26中的数据通过DCNV指令转化为BCD码，并储存在内部储存器R0270中。其中R0891.1为常1指令。3.2 换刀报警信号处理（1）将R0270中刀号提取出来存入R0191中，用于后面的比较。（2）输入刀具号不等于0比较（3）输入刀号是否超刀库容量比较（4）刀库换刀无刀号报警。当输入刀号等于0或者大于16时，系统发出报警信息，换刀终止。（5）刀库运行时间报警信号，刀库运行时间超过5S时间，产生报警信号。（6）刀库报警信号，包含换输入刀号不合法报警和刀库运行超时报警，换刀终止。3.3 PMC换刀运行流程（1）主轴准停控制（2）将系统产生的T代码信号F7.3转换为内部继电器地址R0201.0，将主轴准停完成信号转换成内部继电器地址R201.1。（3）通过COIN指令进行刀库刀套号与T代码刀号一致判断。（4）通过COIN指令进行主轴刀号与刀库刀套号一致判断，当两者值相同时R0200.3为1。（5）刀具功能完成信号。（6）主轴刀号与刀库刀套号相同信号。（7）刀库向右伸出控制（8）还刀时旋转信号（9）主轴松刀控制。执行条件：当辅助指令M87，无气压低报警，主轴禁止，无急停报警。在未执行M88时，系统产生松刀自锁。（10）取刀刀库反转选通信号。当前位置C0002，目标位置为R0270。（11）主轴紧刀控制。执行原理：当M88指令有效后，松刀控制自锁取消，刀具自动夹紧。（12）刀具号传送给主轴。（13）将主轴刀号送给G54。G54.0G54.7对应PMC与CNC输入输出接口信号UI0UI7。对应宏变量#1000#1007。在下次换刀时，换刀宏程序通过#1032系统变量读入到#103中。（14）换刀完成刀库退回。3.4刀库旋转控制3.4.1.刀库静止状态判断及延时3.4.2.刀库正转控制（1）刀库正转状态（2）刀库正转信号产生（3）刀库正转控制输出3.4.3刀库反转控制（1）刀库反转信号产生（2）刀库反转信号输出（3）刀库旋转计数控制。Y0001.5为1（即刀库反转）时，计数器加计数；Y0001.5为0，Y0001.4为1（即刀库正转）时，计数