加工中心刀庫部分pmc控制系統(tǒng)設(shè)計研究論文[帶圖紙]

1、<p>　　Tianjin University of Technology and Education</p><p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</b></p><p>　　專 業(yè)： 機械維修及檢測技術(shù)教育 </p><p>　　班級學號： 機檢0301-26 </p><p&

2、gt;　　學生姓名： 張書林 </p><p>　　指導教師： 蔣麗 副教授 </p><p>　　二〇〇八 年 六 月</p><p>　　天津工程師范學院本科生畢業(yè)設(shè)計</p><p>　　加工中心刀庫部分PMC控制系統(tǒng)研究設(shè)計</p><p>　　

3、PMC Control System Study and Design of Machining Center Tool Magazine Parts</p><p>　　專業(yè)班級：機檢0301</p><p><b>　　學生姓名：張書林</b></p><p>　　指導教師：蔣麗 副教授</p><p>　　系

4、 別：機械工程學院</p><p>　　二〇〇八 年 六 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控機床的發(fā)展與應(yīng)用極大的提高了生產(chǎn)率。隨著數(shù)控機床的普及，機械加工的自動化程度大大提高。加工中心帶有自動換刀裝置，能對工件按預定的程序進行多工序加工，從而縮短了零件加工的輔助時間。自動換刀裝置應(yīng)當滿足換刀時間短和

5、刀具存儲量足夠，加工中心的關(guān)鍵在于CNC對刀庫的自動選刀和自動換刀的控制。</p><p>　　本次研究對象為VMC630立式數(shù)控加工中心刀庫部分PMC控制系統(tǒng)設(shè)計。該機床刀庫容量為60把刀的鏈式刀庫，刀庫驅(qū)動采用帶抱閘的三相異步電機，設(shè)計和研究的內(nèi)容主要包括以下幾點：</p><p>　　1.加工中心刀庫和機械手的研究；</p><p>　　2.內(nèi)置式PMC-SA

6、1的相關(guān)技術(shù)；</p><p>　　3.加工中心選刀方式和PMC實現(xiàn)的隨機選刀的方法；</p><p>　　4.基于PMC-SA1刀庫控制系統(tǒng)的隨機換刀程序設(shè)計。</p><p>　　通過本設(shè)計完成對該機床刀庫部分PMC控制系統(tǒng)的設(shè)計，使數(shù)控裝置和PMC能協(xié)調(diào)共同完成隨機自動換刀。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機械手；刀庫；PMC；隨機換刀；

7、</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Development and application of the numerical control lathe have boosted productivity greatly. With the popularization of the numerical control lath

8、e, 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

9、one that has shortened the part and processed has assisted time. Change one hundred sheetses of device should satisfied to change one</p><p>　　This research object is designed for one hundred sheets of store

10、houses 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 hundre

11、d 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:</p><p>

12、;　　1.Machining center a one hundred sheets of research of storehouses and manipulators;</p><p>　　2.Relevant technology of built-in PMC-SA1;</p><p>　　3.Machining center select one hundred shee

13、tses of way and whom PMC realize select the method of one hundred sheets at random;</p><p>　　4. Because of changing a one hundred sheets of design program at random of PMC-SA1 one hundred sheets of control s

14、ystems of storehouse. </p><p>　　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 coordin

15、ated and finished changing the knife with PMC automatically at random together.</p><p>　　Key Words: ATC；Tool magazine；PMC；Random Tool Changing</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

16、><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1加工中心和自動換刀裝置概述1</p><p>　　1.2 FANUC 0i系統(tǒng)中的PMC概述2</p><p>　　1.2.1 PMC概述2</p><p>　　1.3 本文的主要研究內(nèi)容5</p><p>　　2 加工中

17、心自動換刀裝置的研究6、</p><p>　　2.1 加工中心自動換刀裝置的主要類型和特點6</p><p>　　2.1.1轉(zhuǎn)塔頭式自動換刀裝置6</p><p>　　2.1.2 有刀庫的轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置6</p><p>　　2.1.3 刀庫式自動裝置7</p><p>　　2.2刀庫式自動換刀裝置的作用及

18、其組成8</p><p><b>　　2.2.1刀庫8</b></p><p>　　2.2.2刀具交換裝置10</p><p>　　2.2.3 機械手的驅(qū)動與控制方式：12</p><p>　　3 PLC控制的隨機換刀方式的研究13</p><p>　　3.1 常見的自動選刀方式13&

19、lt;/p><p>　　3.1.1 順序選刀13</p><p>　　3.1.2 隨機選刀13</p><p>　　3.2 PLC的隨機換刀14</p><p>　　3.2.1 計算機記憶式選刀方式的方法14</p><p>　　3.2.2 計算機記憶式選刀的軟件設(shè)計15</p><p>

20、　　3.3 PLC的選擇與FANUC 系統(tǒng)內(nèi)裝式PMC17</p><p>　　3.3.1 可編程控制器機型選擇的一般原則17</p><p>　　3.3.2 FANUC 0i系統(tǒng)內(nèi)裝式PMC介紹19</p><p>　　3.3.3 PMC控制程序數(shù)據(jù)區(qū)地址的分布22</p><p>　　4 刀庫、機械手與主軸間的自動換刀24<

21、;/p><p>　　4.1 自動換刀程序示意圖及整個實現(xiàn)過程24</p><p>　　4.1.1刀庫工作原理24</p><p>　　4.1.2 刀庫機械手換刀過程25</p><p>　　4.1.3、機械手工作程序及對電氣系統(tǒng)的要求26</p><p>　　4.2 刀庫部分PMC控制系統(tǒng)設(shè)計27</p&g

22、t;<p>　　4．2．1 用PMC-SA1實現(xiàn)隨機換刀的方法27</p><p>　　4.2.2 隨機換刀程序設(shè)計29</p><p>　　4.2.3刀庫、機械手與主軸間換刀程序設(shè)計34</p><p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p><b>　　參考文獻37<

23、/b></p><p>　　附錄1： 中英文資料翻譯錯誤!未定義書簽。</p><p>　　附錄2： 自動換刀程序38</p><p><b>　　致 謝46</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1加工中心和自動換刀

24、裝置概述</p><p>　　加工中心是備有刀庫，并能自動更換刀具，對工件進行多工序加工的CNC機床。如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 日本牧野公司MAKINO-1210臥式加工中心</p><p>　　工件經(jīng)一次裝夾后，計算機控制系統(tǒng)能控制機床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助機能，依次完成

25、工件幾個面上多工序的加工。</p><p>　　加工中心由于工序的集中和自動換刀，減少了工件的裝、夾、測量和機床調(diào)整等時間，使機床的切削時間達到機床開動時間的80%左右(普通機床僅為15～20%);同時也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟效果。加工中心適用于零件形狀比較復雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。</p><p>　　二十世紀70年

26、代以來，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。這種多工序集中加工的形式也擴展到了其他類型數(shù)控機床，例如車削中心，它是在數(shù)控車床上配置多個自動換刀裝置，能控制三個以上的坐標，除車削外，主軸可以停轉(zhuǎn)或分度，而由刀具旋轉(zhuǎn)進行銑削、鉆削、鉸孔和攻絲等工序，適于加工復雜的旋轉(zhuǎn)體零件。</p><p>　　加工中心按主軸的布置方式分為立式和臥式

27、兩類。臥式加工中心一般具有分度轉(zhuǎn)臺或數(shù)控轉(zhuǎn)臺?？杉庸すぜ母鱾€側(cè)面；也可作多個坐標的聯(lián)合運動，以便加工復雜的空間曲面。立式加工中心是刀具主軸垂直設(shè)置，其傳統(tǒng)的布局方式是工作臺作X,Y方向運動，主軸箱在立柱上作Z方向運動，刀庫可以裝在立柱的一側(cè)。此外，還有帶立、臥兩個主軸的復合式加工中心，和主軸能調(diào)整成臥軸或立軸的立臥可調(diào)式加工中心，它們能對工件進行五個面的加工。</p><p>　　自動換刀裝置主要由刀庫、換刀裝

28、置和驅(qū)動裝置幾部分組成。刀庫種類很多，常見的有盤式和鏈式兩類。鏈式刀庫的特點是存刀量多、擴展性好、在加工中心上的配置位置靈活，但結(jié)構(gòu)復雜。盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單緊湊，應(yīng)用較多，適用于中小型加工中心。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看臥式加工中心刀庫容量有30, 40、60、90、120等，立式加工中心有16、24、32把容量的刀庫。用于柔性制造單元(FMC)或柔性制造系統(tǒng)(FMS)的加工中心機床，其刀庫容量應(yīng)選大容量刀庫，甚至配置可交換刀庫。</p>

29、<p>　　換刀裝置在機床主軸與刀庫之間交換刀具，常見的為機械手；也有不帶機械手而由主軸直接與刀庫交換刀具的，稱無臂式換刀裝置。換刀機械手具有多種形式：單臂式、雙臂式、軌道式等等，其中使用等較廣泛的是回轉(zhuǎn)式單臂雙手的機械手，這種機械手轉(zhuǎn)動角度士180°即可抓取刀的需要，其運動過程靠步進電機或液壓（或氣液機構(gòu)）或凸輪機構(gòu)來完成。機械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、換刀以及返回等全部動作過程。現(xiàn)代的一些加工中心，為提高換

30、刀速度，不采用機械手來完成換刀作業(yè)，而是直接利用工作主軸和機床刀具庫的相對運動來實現(xiàn)自動換刀。為了進一步縮短非切削時間，有的加工中心配有兩個自動交換工件的托盤(APC),一個裝著工件在工作臺上加工另一個則在工作臺外裝卸工件。機床完成加工循環(huán)后自動交換托盤，使裝卸工件與切削加工的時間相重合。</p><p>　　加工中心的換刀過程較為復雜，動作多，動作間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系多，因而自動換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的

31、高低。隨著計算機技術(shù)和可編程控制器(PLC)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代加工中心逐漸采用軟件選刀方式，即利用PLC的存儲記憶等功能進行識刀和選刀，這樣刀庫上的刀具與主軸上的刀具可任意交換，即隨機換刀。這種方式主要由軟件完成選刀，消除了由于識別裝置的移動性和可靠性所帶來的選刀誤差，大大提高了選刀精度并簡化了控制裝置。目前該種選刀方式正被越來越多的各類數(shù)控機床自動換刀裝置采用。</p><p>　　1.2 FANUC

32、0i系統(tǒng)中的PMC概述</p><p>　　1.2.1 PMC概述</p><p>　　可編程控制器(Programmable Controller)是20世紀60年代末發(fā)展起來的一種新興自動化控制器。最早在美國通用汽車公司的自動裝配線上使用并獲得成功。由于該控制器當時只是為了解決生產(chǎn)設(shè)備在運行中的開關(guān)量信號和邏輯控制問題，即用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，且只有邏輯運算、定時、計數(shù)及順序控

33、制等功能，因此把這種裝置稱為“可編程邏輯控制器”(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。在數(shù)控領(lǐng)域中，人們習慣稱之為可編程邏輯控制器(PLC)或可編程機器控制器(PMC)。目前多見的FANUC系統(tǒng)內(nèi)置式PMC有PMC-L、PMC-M、PMC-SA1/SA3/SB7等。</p><p>　　長期以來，數(shù)控機床的輔助動作機械的順序控制一直是由“繼電器邏輯電路”(簡稱RLC-Rela

34、y Logic Circuit)來完成。實際應(yīng)用中，RLC存在一些難以克服的缺點。如:只能解決開關(guān)量的簡單邏輯運算，以及定時、計數(shù)等有限的幾種控制功能，難以實現(xiàn)復雜的邏輯運算、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理，以及數(shù)控機床所需要的許多特殊功能;繼電器、接觸器等器件體積較大，每個器件工作觸點有限。當機床受控對象較多、或控制動作順序較復雜時，需要大量的器件，使整個RLC體積龐大，功耗高，可靠性差。而且RLC一旦構(gòu)成，其功能便固定不變，即柔性很差。隨著現(xiàn)代

35、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，一臺數(shù)控機床有很多個控制對象，如:機床操作面板上的各個按鍵、旋鈕及指示燈；M, S, T功能的實現(xiàn)；液壓系統(tǒng)的啟停、刀庫、機械手等的控制等，這些就要求控制系統(tǒng)具有更大的容量和計算速度。同時現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)要求有更大的柔性以適應(yīng)不斷發(fā)展的個性化設(shè)計要求，而這些依靠傳統(tǒng)的RLC難以實現(xiàn)。</p><p>　　使用 PMC代替RLC就克服了上述的缺點。使用PMC代替數(shù)控機床上的繼電器邏輯，使順序控制的控制功

36、能、響應(yīng)速度和可靠性大大提高，而且柔性好，PMC已成為現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分。PMC按規(guī)模可分為小型、中型、大型三類，實際應(yīng)用中，一般是根據(jù)輸入輸出的點數(shù)多少和程序存儲器容量的大小來區(qū)分。數(shù)控銑床/加工中心、機器人等單機數(shù)控設(shè)備所使用的PMC一般屬于中小型，大型數(shù)控設(shè)備、FMC, FMS, CIMS等則需要采用中、大型規(guī)模的可編程邏輯控制器。數(shù)控 機 床 用PMC主要有兩類:內(nèi)裝型和獨立型。內(nèi)裝型PMC是CNC裝置的一個組成部分，與

37、CNC共用計算機硬件資源。PMC與CNC之間的信號傳送在計算機內(nèi)部即可實現(xiàn)。“內(nèi)裝型” PMC除了具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性好、操作方便等優(yōu)點外，與“通用型”PMC相比，它在性能、價格方面也具有明顯的優(yōu)勢.獨立型PMC是CNC外部的專用設(shè)備，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定的控制任務(wù)，以滿足數(shù)控機床或其它順序控制領(lǐng)域的要求，屬于“通用型”PMC。本課題所研究的是前者。</p><p>　　PMC的輸入、輸出端

38、口是數(shù)控機床和CNC交換信息的接口，圖1.2所示為內(nèi)裝型PMC與CNC側(cè)的信息交換。</p><p>　　PMC與CNC側(cè)之間的信息交換有兩部分，CNC側(cè)發(fā)給PMC的功能代碼M,S ,T信號，PMC給CNC側(cè)的是各坐標的機床基準點以及M, S, T功能的應(yīng)答信號。PMC與機床間的信息交換也有兩部分，PMC向機床傳遞的信息主要是控制機床的執(zhí)行元件，以及機床運動部件狀態(tài)和故障的顯示。機床PMC的信息主要是機床操作面板

39、上的各個按鍵、旋鈕等信息，以及各部位的限位開關(guān)等保護裝置的狀態(tài)等。</p><p>　　圖1.2 內(nèi)裝型PMC機床側(cè)CNC側(cè)信息交換</p><p>　　加工中心是功能最完備的數(shù)控機床，是機電液(氣)一體化的高新技術(shù)密集投備，完成其控制需要綜合機械制造、計算機、自動控制和傳感檢測等多種技術(shù)，對完成控制所采用的CNC系統(tǒng)具體較高的技術(shù)要求，如界面開放功能化、網(wǎng)絡(luò)功能等，因此加工中心電氣控制系

40、統(tǒng)在完成硬件電路設(shè)計和PMC的I/O規(guī)劃之后，還要投人更多的時間來完成實現(xiàn)加工中心邏輯控制的PMC軟件開發(fā)工作，這種開發(fā)是建立在CNC生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)平臺之上，針對具體數(shù)按機床的控制功能和動作要求進行的PMC邏輯程序開發(fā)，也稱之為數(shù)控系統(tǒng)二次開發(fā)。</p><p>　　一般來講，一套CNC系統(tǒng)，無論是傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)還是目前正在廣泛運用的開放式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在軟件上均由NC和PMC兩大控制模塊組成。

41、在數(shù)控系統(tǒng)出廠時，NC軟件的功能已被定義和安裝完畢，可用來完成主軸運動控制、伺服軸進給控制、第一操作面板的管理、手輪信號的處理、CRT顯示控制、加工程序傳輸與網(wǎng)絡(luò)控制等、數(shù)控系統(tǒng)通用功能。而PMC軟件則是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠留給用戶(數(shù)控機床制造廠)根據(jù)其特別用途開發(fā)的，用來使通用的CNC系統(tǒng)能通過不同PMC邏輯軟件控制不同功能數(shù)控機床的邏輯動作；如第二操作面板的設(shè)置及管理，工作方式的選擇及方式之間的聯(lián)鎖，自動換刀的分解動作及與動作相配合的進

42、給坐標移動，用戶設(shè)置的PMC報警及處理等。</p><p>　　PMC程序傳統(tǒng)上一般使用梯形圖編制，其特點是形象直觀、可讀性強，但編制具有運算功能的程序時結(jié)構(gòu)復雜、編程難度較大。開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系系統(tǒng)則可以提供功能更強、更靈活高效的高級語言，如C或C++語言用戶利用其強大而又簡單的運算功能，靈活高效的開發(fā)出PMC控制軟件。</p><p>　　1.3 本文的主要研究內(nèi)容</p>

43、;<p>　　本課題研究對象為CMC630立式加工中心刀庫部分PMC控制系統(tǒng)的設(shè)計研究，其中包括對刀庫和機械手的研究；加工中心換刀方式的研究；以及對該機床自動換刀PMC程序的設(shè)計。</p><p>　　該機床本身配置的是FANUC 0iMB系統(tǒng)，其PLC是系統(tǒng)內(nèi)置式的，型號為PMC-SA1，刀庫安裝在機床的右側(cè)，容量為60把刀的鏈式刀庫，刀柄規(guī)格為ISO7:24JT50，最大刀具長度為400mm，刀

44、對刀換刀時間為2s，機床占地空間4790×4600mm，機械手是采用單臂雙爪式機械手，其驅(qū)動裝置是采用液壓缸來完成機械手的動作。</p><p>　　換刀方式采用目前較為先進的隨機換刀方式。對其換刀過程大致如下:刀庫在主軸加工過程中完成轉(zhuǎn)動到固定換刀位的動作，并使刀套翻轉(zhuǎn)90°?！鬏S完成加工動作后，使其主軸線與換刀機械手的軸線在同一水平線上.→機械手順時針轉(zhuǎn)動90°，同時抓新刀、取

45、舊刀?！鷻C械手向外移動拔刀→機械手順時針轉(zhuǎn)動180°，向內(nèi)移動還舊刀，插新刀，→機械手退回原位.刀套翻轉(zhuǎn)到原來位置。</p><p>　　2 加工中心自動換刀裝置的研究</p><p>　　2.1 加工中心自動換刀裝置的主要類型和特點</p><p>　　加工中心自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機床的類型、工藝范圍、使用刀具和數(shù)量。目前加工中心使用的自動換刀裝置主

46、要有轉(zhuǎn)塔式自動換刀和刀庫式自動換刀兩種。</p><p>　　2.1.1轉(zhuǎn)塔頭式自動換刀裝置 </p><p>　　一般數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架，數(shù)控鉆銼床的多軸轉(zhuǎn)塔頭等常采用轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置。在轉(zhuǎn)塔的各個主軸頭上，預先安裝有各工序所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令時，各種主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運動，使相應(yīng)的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，而其它處于不同加工位置的主軸都與主運動脫開。轉(zhuǎn)塔頭式

47、換刀方式的主要優(yōu)點在于省去了自動松夾、卸刀、裝刀、夾緊以及刀具搬運等一系列復雜的操作，縮短了換刀時間，提高了換刀可靠性，它適用于工序較少、精度要求不高的數(shù)控機床。如圖2-1 為水平磚塔頭和垂直磚塔頭。</p><p>　　圖2-1 垂直轉(zhuǎn)塔頭和水平轉(zhuǎn)塔頭</p><p>　　它的特點是所有刀具固定在同一轉(zhuǎn)塔上，無換需機械手換刀，儲刀數(shù)量有限，通常為6-8把。一般僅用于輕便而簡單的機型，常見

48、于車削中心和鉆削中心，在鉆削中心儲刀位置即主軸，其外部結(jié)構(gòu)緊湊，但內(nèi)部構(gòu)造復雜，精度要求高。這種裝置的缺點實要使用數(shù)量多于主軸數(shù)的刀具時，操作者必須卸下已用過的刀具，并娤上后續(xù)程序所要用的刀具。磚塔式刀并不是拆卸刀具，而且是將刀具和刀夾一起換下，目前NC鉆床還在使用此裝置。</p><p>　　2.1.2 有刀庫的轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置</p><p>　　帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機床常采用此種換刀裝

49、置，轉(zhuǎn)塔頭上裝有幾個主軸，每個主軸上均裝一把刀具，加工過程中轉(zhuǎn)塔頭可自動轉(zhuǎn)位實現(xiàn)換刀。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，換刀時間短，僅為25 左右。但由于受空間位置的限制，主軸數(shù)目不能太多，通常只適用于工序較少、精度要就不高的機床，如數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床等。近年來出現(xiàn)了一種用機械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫進行換刀的自動換刀裝置，如圖2-2所示。它實際上是轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置和刀庫式換刀裝置的結(jié)合。其原理如下:</p><p>　　1.刀庫 2.

50、機械手 3、4.刀庫主軸 5.轉(zhuǎn)塔頭 6.工件 7.工作臺</p><p>　　圖2-2機械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫換刀的自動換刀裝置</p><p>　　轉(zhuǎn)塔頭5上有兩個刀具主軸3和4，當用刀具主軸4上的刀具進行加工時，可由機械手2將下一步需要的刀具換至不工作的刀具主軸3上，待本工序完成后，轉(zhuǎn)塔頭回轉(zhuǎn)180°完成換刀。因其換刀時間大部分和加工時間重合，真正換刀時間只需轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位的時間

51、，這種換刀方式主要用于數(shù)控鉆床和數(shù)控鏜床等。</p><p>　　2.1.3 刀庫式自動裝置</p><p>　　在自動換刀裝置中利用刀庫實現(xiàn)自動換刀圈是目前多工序數(shù)控機床上應(yīng)用最廣泛的換刀方法。刀庫式自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置組成。刀刀庫可裝在主軸箱、工作臺或機床的其他部件上，也可作為單獨部件安裝在機床以外。選刀時，刀具交換裝置根據(jù)數(shù)控指令從刀庫中選出所指定的刀具，然后從刀庫和主

52、軸(或刀架)取出刀具，并進行交換。將新刀裝入主軸(或刀架)，把用過的舊刀放回刀庫。由于刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具(可以多達100把以上)，因而能夠進行復雜零件的多工序加工，這樣就明顯地提高了數(shù)控機床的適應(yīng)性和加工效率，所以帶刀庫的自動換刀裝置適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控銼床和加工中心。</p><p>　　這種換刀裝置和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比，由于機床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以增強主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工。

53、刀庫中刀具的數(shù)目可根據(jù)工藝要求和機床的結(jié)構(gòu)布局而定，數(shù)量可較多，以實現(xiàn)復雜零件的多工序加工，從而提高了數(shù)控機床的加工效率。此外，刀庫可布置在遠離加工區(qū)的地方，從而消除了刀庫與工件相干擾的可能性。但采用刀庫式自動換刀裝置，需要增加刀具的自動夾緊、放松機構(gòu)、刀具運動及定位機構(gòu)，常常還需要有清潔刀柄、刀孔及刀座的裝置，因而結(jié)構(gòu)較復雜，換刀過程動作多、換刀時間長，影響換刀工作可靠性的因素也較多。</p><p>　　由刀

54、庫式自動換刀裝置的廣泛使用，因此在本課題設(shè)計中設(shè)計研究對像TH6550×50臥式加工中心上就采用鏈式刀庫式自動換刀系統(tǒng)。見圖2-3，刀庫式自動換刀裝置又分無機械手換刀和機械手換刀兩大類，其結(jié)構(gòu)和換刀過程將在下節(jié)詳細闡述。</p><p>　　2.2刀庫式自動換刀裝置的作用及其組成</p><p>　　刀庫式自動換刀裝置主要是由機械手和驅(qū)動裝置刀庫、選刀機構(gòu)和刀具交換裝置等組成。它

55、是目前加工中心機床上大量使用的換刀方法。下面將對刀庫的形式、刀具的選擇及刀具交換裝置進行介紹。</p><p><b>　　2.2.1刀庫</b></p><p>　　刀庫是用來儲存加工刀具及輔助工具的裝置。在自動換刀裝置中，刀庫是最主要的部件之一，其容量、布局以及具體結(jié)構(gòu)對數(shù)控機床的設(shè)計有很大影響。</p><p><b>　　1.

56、刀庫的類型</b></p><p><b>　　⑴ 盤式刀庫 </b></p><p>　　盤式刀庫中刀又稱為鼓輪式刀庫，刀庫呈盤狀，是刀庫中最常用的刀庫之一。其特點是盤形刀庫的儲存量一般為15～40把刀具，若增加刀庫容量必須使刀庫的外徑增大，轉(zhuǎn)動慣量也相應(yīng)增大，使選刀運動時間增長。</p><p>　　盤形刀庫的種類較多，其中有刀

57、具沿盤面垂直排列（包括徑向取刀和軸向取刀）、沿盤面徑向排列或成銳角排列的刀庫。見圖2.3,（圖1、圖4)是單盤式刀庫，為適應(yīng)機床主軸的布局，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置，圖4.是刀柄可作90翻轉(zhuǎn)的圓盤刀庫，采用這種結(jié)構(gòu)能簡化取刀動作。單盤式刀庫的結(jié)構(gòu)簡單，取刀也較為方便，因此應(yīng)用最為廣泛。</p><p><b>　?、?鏈式刀庫</b></p><p>　　鏈

58、環(huán)形式可有多種變化，包括單鏈結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)式鏈帶結(jié)構(gòu)和多鏈結(jié)構(gòu)如圖</p><p>　　式刀庫(的特點是這種刀庫是在環(huán)形鏈條上裝有許多刀座，其結(jié)構(gòu)有較大的靈活性，存放刀具的數(shù)量也較多，選刀和取刀動作十分簡單。當鏈條較長時，可以增加支承鏈輪數(shù)目，使鏈條折疊回繞，提高空間利用率。適用于刀庫容量較大的場合，所占空間小，一般存刀具數(shù)在30~120把，僅增加鏈條長度即可增加刀具數(shù)，可以不增加圓周速度，其轉(zhuǎn)動慣量不像盤式刀庫增加

59、的那樣大。</p><p>　　（a） (b) (c)</p><p>　?、?直線式刀庫和組合刀庫</p><p>　　直線式到苦苦結(jié)構(gòu)簡單如圖，刀具單行排列，刀庫容量小，多用于數(shù)控車床和鉆床上。由于刀庫位置固定，換到動作由主軸完成，無需機械手。組合刀庫一般式磚塔式刀庫的組合、磚塔式于盤式刀庫的組合及鏈式刀庫

60、的組合。每單個刀庫的儲刀量較小，換刀速度快。另外還有一些密集型的鼓輪式、彈匣和格子式刀庫，這些密集型刀庫雖然占地面積小，但由于結(jié)構(gòu)限制基本上不用單機加工中心，多用于FMS的集中供刀系統(tǒng)。</p><p><b>　　直線式刀庫外觀圖</b></p><p><b>　　2．刀庫的容量</b></p><p>　　刀庫的容量

61、首先考慮加工工藝的需要，從使用角度出發(fā)，一般為10～40把飽，刀庫的利用率會高，而結(jié)構(gòu)比較緊湊。</p><p><b>　　3．刀具的選擇方式</b></p><p>　?、?順序選擇 將刀具按加工工序的順序，依次放入刀庫的每一個刀座內(nèi)。每次換刀時刀庫順序轉(zhuǎn)動一個刀座位置，并取出所需要的刀具，已經(jīng)使用過的刀具可以放會原來的刀座內(nèi)，也可以順序放入下一個刀座內(nèi)，但是由

62、于刀庫中刀具在不同的工序中不能重復使用。</p><p>　?、?任意選擇 目前大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都采用任意選擇刀的方式，其分為刀套和刀具編碼和記憶式等三種。刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用于識別的編碼條，對每一把刀具進行編碼。因而刀具可在不同的工序中重復使用，換下的刀具不用放回原刀座內(nèi)。另外的一種是記憶式選刀，是目前用運最多的選刀方式，這種選刀是能將刀具號和刀庫中的刀套位置對應(yīng)地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PLC

63、中，無論刀具放在哪個刀套內(nèi)，刀具信息都始終記憶在PLC內(nèi)，刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置。刀庫上換設(shè)有機械原點，使每次選刀時就近選取，這樣刀具就可以任意地取出和送回。</p><p><b>　　4．刀庫的控制方式</b></p><p>　?、?刀庫作為系統(tǒng)的定位軸來控制。在梯形圖中根據(jù)指令的T碼進行運算比較后輸出角度和速度指令到刀庫伺服驅(qū)動刀庫伺服電

64、機。刀庫的容量、旋轉(zhuǎn)速度、加/減速時間等均可在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)定，此種方式不受外界因素影響定位準確、可靠但成本較高。</p><p>　?、?刀庫有液壓馬達驅(qū)動，有快/慢速之分，用接近開關(guān)計數(shù)并定位。在梯形圖中比較系統(tǒng)存儲的當前刀號和目標刀號并運算，再輸出旋轉(zhuǎn)指令，同時判斷按最短路徑旋轉(zhuǎn)到位。這種方式需要足夠的液壓動力和電磁閥刀庫旋轉(zhuǎn)速度可通過節(jié)流閥調(diào)整。但使用一段時間后可能會因為油質(zhì)、油壓、油溫及環(huán)境因素的變化而影

65、響運動速度和準確性。一般用于不需頻繁換刀的大中型機床。</p><p>　?、?刀庫由交流異步電動機驅(qū)動凸輪機構(gòu)（馬氏機構(gòu)），是利用接近開關(guān)計數(shù)，這種方式運行穩(wěn)定，定位準確可靠一般與凸輪機械手配合使用，換刀速度快，定位準。主要用于中小型的加工中</p><p>　　2.2.2刀具交換裝置</p><p>　　刀具交換裝置是式執(zhí)行刀庫和主軸之間刀具的交換，刀具交換方式

66、和具體結(jié)構(gòu)對機床的生產(chǎn)率和工作可靠性有著直接的影響。刀具的交換方式通常分為無機械手換刀和有機械手換刀兩類。</p><p>　　1.無機械手換刀方式</p><p>　　無機械手換刀方式是利用刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換。一般都為徑向取刀。此裝置在換刀時必須首先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個動作不可能同時進行，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，換刀可靠，由于交換刀具時機床不

67、工作，但換刀時間長，刀庫容量不大，該裝置適合于中、小型加工中心采用。生產(chǎn)中最常見的一種是刀庫到庫移動直接換刀。圖2.2是一立式加工中心換刀過程。</p><p>　　圖2.4 刀庫移動換刀過程</p><p><b>　　2.機械手換刀方式</b></p><p>　　采用機械手進行刀具交換的方式應(yīng)用最為廣泛，因為機械手換刀靈活、動作快，而且結(jié)

68、構(gòu)簡單。由于刀庫和刀具交換方式的不同，換刀機械手的形式也是多種多樣的，按手臂的類型常用的可分為單臂機械手和雙臂機械手。通常用在盤式刀庫和鏈式刀庫自動換刀裝置上。</p><p>　　(1)單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手</p><p>　　這種機械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度進行自動換刀，如a .手臂上只有一個夾爪。所有動作均由單手完成，執(zhí)行動作多，換刀時間長，但結(jié)構(gòu)簡單，刀庫與主軸軸線平行。<

69、/p><p>　　(2)單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手</p><p>　　本課題當中的VMC立式加工中心上就配置的這種機械手，如圖 b.其手臂兩端各有一個夾爪，機械手同時抓取主軸和刀庫上的刀具，回轉(zhuǎn)180°，又同時放回刀庫及裝入主軸。換刀時間短較是最常用的一種形式。多用于刀座與主軸軸線平行的場合，入圖 b.圖c為兩臂可以伸縮的單臂雙爪機械手，在換刀時兩臂可以伸縮。</p>

70、;<p><b>　　(3)雙臂機械手</b></p><p>　　雙臂機械手指的是兩個機械手臂每個手臂端部都有一個抓刀手，其抓刀和換刀動作類似于人手動作，除執(zhí)行換刀動作外有些還可以起運輸?shù)毒叩淖饔?，這種機械手結(jié)構(gòu)復雜，但換刀時間短，如圖c 。</p><p>　　(4)雙臂往復交叉式機械手</p><p>　　這種機械手的兩臂可

71、以往復運動，并交叉成一定的角度。如圖f,一個手臂從主軸上取下舊刀送回刀庫；另一個手臂由刀庫取出新刀裝入主軸。整個機械手可以沿某導軌直線移動或饒某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)刀庫與主軸間的運動。</p><p><b>　　3．夾爪的類型</b></p><p>　　根據(jù)抓刀柄在換刀機構(gòu)刀臂上的夾持方式可分為固定爪、活動爪、單夾爪、雙夾爪、彈簧爪、動力爪等類。固定爪是指刀臂夾持部

72、能吻合刀柄V形槽的半圓部分，半圓形夾持部的一端或兩端有彈簧扣，即所謂單夾爪、雙夾爪；由兩個可張開的夾指所組成即活動爪，其夾緊力由彈簧產(chǎn)生的即彈簧爪，通常以直進方式抓刀松刀；由液壓缸等動力源控制其張合的為動力爪。</p><p>　　2.2.3 機械手的驅(qū)動與控制方式：</p><p>　　⑴ 機械手用液壓驅(qū)動，靠接近開關(guān)檢測裝置。如手的平移/抓刀/拔刀/換刀/插刀等動作分別由不同的電磁閥驅(qū)

73、動；但這種方式傳動機構(gòu)較多，且易受液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性或檢測元件靈敏度等外界因素的影響。常用于不需要頻繁換刀的大型臥式加工中心。</p><p>　?、?機械手由交流異步電動機帶動凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，整個換刀過程機械手僅在主軸松/拉刀時起動/停止3次，整個換刀動作連貫穩(wěn)定，運行可靠，刀對刀換刀時間一般在2s左右。但對主軸拉/松刀及抓刀位置的準確性要求較高，常用于需頻繁換刀的中小型加工中心。</p><p&

74、gt;　?、?機械手由伺服電機驅(qū)動，定位精度高，換刀速度快，穩(wěn)定，但成本較高。</p><p>　　3 PLC控制的隨機換刀方式的研究</p><p>　　3.1 常見的自動選刀方式 </p><p>　　刀庫的自動控制指CNC執(zhí)行用戶指令后系統(tǒng)對刀庫的自動控制過程，包括程序找刀和自動換刀。加工中心的計算機數(shù)控裝置(CNC)發(fā)出的選刀指令，將刀庫轉(zhuǎn)到所需刀

75、具號的取刀位置，稱自動選刀。自動選刀有兩種方法:順序選刀和隨機選刀方法。</p><p>　　3.1.1 順序選刀</p><p>　　將刀具按加工工序的順序，依次放入刀庫的每一個刀座內(nèi)。每次換刀時，刀庫順序轉(zhuǎn)動一個刀座位置，并取出所需要的刀具，已經(jīng)使用過的刀具可以放回原來的刀座內(nèi)，也可以順序放入下一個刀座內(nèi)。這種方式不需要刀具識另 裝置，而且驅(qū)動控制比較簡單，可以直接由刀庫的分度機構(gòu)來實

76、現(xiàn)。但由于刀庫中刀具在不同的工序中不能重復使用，必須增加刀庫的容量，降低了利用率。</p><p>　　3.1.2 隨機選刀</p><p>　　目前大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都采用隨機選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。自動換刀裝置中必須有刀具識別裝置，刀具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上安裝用于識別的編碼條，一般都是根據(jù)二進制編碼的原理進行編碼。動換刀時刀庫旋轉(zhuǎn)，每把刀具(或刀座

77、)都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。當某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該把刀具被選中，并將刀具送到換刀位置，等待機械手來抓取。因此，刀具可在不同的工序中多次重復使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應(yīng)減少。</p><p>　　隨機選刀必須對刀具編碼，以便識別。編碼主要有以下三種。</p><p>　　1．刀具編碼方式 這種方式是采用特殊的刀柄結(jié)構(gòu)進行編碼。由于每把刀具都

78、有自己的代碼，因此，可以存放于刀庫的任一刀座中。這樣刀庫中的刀具在不同的工序中也就可重復使用，用過的刀具也不一定放回原刀座中，這對裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可相應(yīng)地減小，而且還可避免由于刀具存放在刀庫中順序差錯而造成的事故。</p><p>　　2．刀座編碼方式 這種編碼方式對刀庫中的每個刀座都進行編碼，刀具也編號，并將刀具放到與其號碼相符的刀座中。換刀時刀庫旋轉(zhuǎn)，使各個刀座依次經(jīng)過識刀器，直至找到規(guī)定

79、的刀座，刀庫便停止旋轉(zhuǎn)。由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大為簡化。因此，刀具識別裝置的結(jié)構(gòu)不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在較適當?shù)奈恢?。與順序選擇刀具的方式相比，刀座編碼的突出優(yōu)點是刀具在加工過程中可以重復使用。刀座編碼方式在自動換刀過程中必須將用過的刀具放回原來的刀座中，增加了換刀動作。</p><p><b>　　3．編碼附件方式</b></p><p

80、>　　這種方式有編碼鑰匙、編碼卡片、編碼桿和編碼盤等，其中應(yīng)用最多的編碼鑰匙。先給刀具都附上一把表示該刀具號的編碼鑰匙，當把各刀具存放到刀庫的刀座中時，將編碼鑰匙插進到座旁邊的鑰匙孔中，這樣就把鑰匙的號碼轉(zhuǎn)記道刀座中，給刀座編上了號碼。</p><p>　　3.2 PLC的隨機換刀</p><p>　　在找刀選刀之前，主機坐標軸定位到換刀點:用CNC子程序L60完成，是單純的坐標軸控

81、制，不需要PLC參與；而找刀和刀庫刀套定位的過程是:CNC指令T運行后，PLC程序得到目標刀具號并打開刀庫數(shù)據(jù)表進行查找，找到需要的刀具號后讀出其所在刀套位置，然后命令刀庫旋轉(zhuǎn)，直到目標刀套位于換刀位置。在許多數(shù)控加工中心的自動換刀裝置中，現(xiàn)在大多仍在采用傳統(tǒng)的刀座編碼式或刀具編碼式來實現(xiàn)選刀。這些選刀方式存在很多缺點，比如前者和后者都要加裝編碼環(huán)，從而使機構(gòu)過于龐大復雜。本設(shè)計采用較新穎的計算機記憶式選刀方式，利用編程方法完成軟件選刀

82、功能。</p><p>　　3.2.1 計算機記憶式選刀方式的方法</p><p>　　計算機記憶式選刀方式的方法是:在CNC加工中心中，將刀具號和刀庫上的存刀地址對應(yīng)記憶在計算機存儲器內(nèi)。無論刀具放在哪個地址，均可跟蹤記憶；利用刀庫上換刀位置檢側(cè)裝置，可測得每一地址。這樣刀具是無需編碼元件，便可任意存、取，故換刀控制也大為簡化。</p><p>　　(1)首先要在

83、(加工中心CNC系統(tǒng)計算機)PLC內(nèi)建立一個模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表庫，假設(shè)刀庫容量為40把刀量，建立下面所示的刀號數(shù)據(jù)表庫。</p><p>　　刀庫有60個刀座，刀具和刀座均需編號，都以0～59為編號，刀座編號對應(yīng)地址TAB0～TAB+59，即刀座編號對應(yīng)刀號數(shù)據(jù)表序號數(shù)。首地址TAB單元存放主軸刀號，TAB+1～TAB＋59存放刀庫上刀號。TAB60 存放換刀號，刀號數(shù)據(jù)表實際上是刀庫中存放刀具位置的一種映像，

84、因此刀號表與刀庫中刀具的位置應(yīng)始終一致。</p><p>　　(2)刀具的識別由計算機完成。當計算機接到T指令后，便檢索刀號數(shù)據(jù)表庫，把換刀號對應(yīng)表序號通過通信程序傳給PLC，并同時通知PLC開始換刀。這樣就把對刀具的識別變成了對表序號即刀座號的識別。當?shù)稁烀哭D(zhuǎn)過一個刀座便產(chǎn)生一個脈沖給PLC作為計數(shù)脈沖，當?shù)稁煺D(zhuǎn)時，使計數(shù)脈沖加1，當?shù)稁旆崔D(zhuǎn)時，使計數(shù)脈沖減1。PLC內(nèi)部計數(shù)器的值始終在1～59之間循環(huán)。然后

85、判斷設(shè)定值與當前值即換刀號刀座號與當前刀座號是否一致，一致則刀庫刀盤停轉(zhuǎn)，機械手準備換刀。不一致則刀庫繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直到判斷為一致為止。</p><p>　　(3) 當M06指令來時，計算機便通知機械手動作，然后在測知刀庫己換刀完畢后，則要通過軟件修改計算機內(nèi)部的刀號數(shù)據(jù)表庫，使相應(yīng)的刀號表單元中的刀號與交換后的刀號相對應(yīng)。機械手換刀過程(M06):在PLC程序的控制下，機械手、刀庫防護門和主軸按預定義的步驟完成取刀、

86、交換和還刀動作。刀庫數(shù)據(jù)表的自動修改:由PLC程序根據(jù)當前的動作及時進行修改，以保證刀具位置的正確性。</p><p>　　3.2.2 計算機記憶式選刀的軟件設(shè)計</p><p>　　1.刀號數(shù)據(jù)表的建立</p><p>　　首先建立一個模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表TABLE，如圖3.2中的表序號(即內(nèi)存地址號)與刀座編號依次對應(yīng).每個表序號內(nèi)的內(nèi)容就是序號相同的刀座中所插

87、人的刀具的刀號。首地址TAB單元內(nèi)，固定存放插在主軸內(nèi)的刀具的刀號，TAB+1～TAB+59單元內(nèi)存放相同的刀座所插刀具的刀號。每次刀庫旋轉(zhuǎn)定位并交換刀具后，主軸內(nèi)與在換刀位置的某號刀座內(nèi)的刀號將發(fā)生變化，應(yīng)及時修改TABLE內(nèi)相關(guān)表序號內(nèi)的刀號，使TABLE始終是刀庫中刀座號及刀號的一種映像。</p><p><b>　　2．刀具的識別</b></p><p>　　

88、換刀時，刀庫定位后處于換刀位置的為某號刀座。刀具交換后，該號刀座內(nèi)的新刀插人主軸內(nèi)，主軸內(nèi)用過的舊刀插回處于換刀位置的該號刀座內(nèi)。該號刀座定義為現(xiàn)在刀座PT(Present Tool)，將PT的編號存人一個現(xiàn)在刀座計數(shù)器PTC(present Tool Counter)內(nèi)。</p><p>　　當 PLC 接到下一次需要的新刀指令T后，在TABLE中進行搜索，搜索 到指令刀號，將該刀號(1～59) 在TABLE

89、中的表序號保存到緩沖單元BUF1中，該表序號就是指令刀號所在的刀座的號數(shù)。令刀庫旋轉(zhuǎn)，每一刀座通過換刀位置時，由電器元件(如無觸點開關(guān))產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖信號。當?shù)稁煺D(zhuǎn)（順時針）PTC遞增計數(shù)，使計數(shù)脈沖加1，反轉(zhuǎn)時遞減計數(shù)。使計數(shù)脈沖減1。因此，PTC的計數(shù)值總是等于PT的號數(shù)，且計數(shù)值總在1-59之間循環(huán)。當計數(shù)值等于目標刀座OT（Object Tool )，即指令刀號所在的刀座時，刀庫定位，等待刀具交換。PLC刀具識別程序流程如圖

90、3.1。</p><p>　　圖3.1 刀具識別程序流程</p><p>　　3．刀具的交換刀號數(shù)據(jù)表的修改</p><p>　　加工過程中需要更換刀具時，NC系統(tǒng)發(fā)出換刀指令M06。機床主軸停止轉(zhuǎn)動，自動換刀裝置執(zhí)行換刀動作。將主軸上用過的舊刀與刀庫上處于刀具交換位置的新刀進行交換。與此同時，通過軟件修改PLC 內(nèi)部的刀號數(shù)據(jù)表，使相應(yīng)刀號表單元中的刀號與交換后的

91、刀號相對應(yīng)．修改刀號數(shù)據(jù)表的PLC 流程圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 數(shù)據(jù)表修改流程圖</p><p>　　3.3 PLC的選擇與FANUC 系統(tǒng)內(nèi)裝式PMC</p><p>　　可編程控制器機型的選擇需遵循一定的規(guī)則來進行，下面首先介紹可編程控制器機型選擇的一般原則。然后詳細的介紹本課題FANUC 0i系統(tǒng)的內(nèi)裝式可編程控制器。</p&g

92、t;<p>　　3.3.1 可編程控制器機型選擇的一般原則</p><p><b>　　1.CPU的能力</b></p><p>　　CPU的能力是可編程控制器最重要的性能指標，也是機型選擇時首先要考慮的問題?？删幊炭刂破鞯腃PU能力主要包括:</p><p>　　(1)處理器個數(shù)是單處理器還是雙處理器或多處理器;處理器是8位的還

93、是16位或32位的。根據(jù)處理器的個數(shù)和位數(shù)就可粗略了解該可編程序控制器的基本特性。</p><p>　　(2)CPU存儲器的性能從使用角度考慮存儲器的性能主要是可供用戶使用的存儲器能力，它應(yīng)包括存儲器的最大容量、可擴展性、存儲器的種類(RAM、EPROM、EEPROM).存儲器的最大容量將限制用戶程序的多少，一般來講應(yīng)根據(jù)內(nèi)存容童估計并留有一定余量來選擇存儲器的容量。</p><p>　　

94、(3) 中間標志、計時器和計數(shù)器的能力這一性能實際上也體現(xiàn)了軟件功能，中間標志的多少和種類與系統(tǒng)的使用性能具有一定關(guān)系。如果構(gòu)成的系統(tǒng)龐大、控制功能復雜，就而要較多的中間標志。對于計時器和計數(shù)器不但要知道它們的多少還要知道它們的計時和計數(shù)范圍。</p><p>　　(4)共它的性能參數(shù)包括電流消耗，工作環(huán)境要求，壽命時間等。</p><p><b>　　2.I/O點數(shù)</b

95、></p><p>　　I/O點數(shù)是可編程控制器的一個簡單明了的性能參數(shù)，也是應(yīng)用設(shè)計的最直接的參數(shù)。在機型選擇時必須注意以下問題:</p><p>　　(1) 產(chǎn)品手冊上給出的最大I/O 點數(shù)的確切含義有的是指輸入輸出的總點數(shù)，有的則分別給出最大輸入點與最大輸出點。</p><p>　　(2) 要分清模擬量10點數(shù)和數(shù)字量10點數(shù)的關(guān)系有的產(chǎn)品模擬量I/O點

96、數(shù)要占數(shù)字量I/0的點數(shù);有的產(chǎn)品則分別獨立給出且相互并無影響。</p><p>　　(3) 遠程I/0的考慮對于較大的控制系統(tǒng)，控制對象較為分散，一般都采用遠程10。在選擇機型時，要注意可編程控制器是否具有遠程I/O的能力和能驅(qū)動遠程I/0的點數(shù)。</p><p>　　(4) 智能I/O的考慮在機型選擇考慮I/O點數(shù)的同時，還要考慮智能I/0的能力。具有智能I/O模板可方便地解決高速計數(shù)

97、、閉環(huán)控制等特殊的控制功能。</p><p>　　(5)I/O 點數(shù)的余量無論如何，在系統(tǒng)硬件設(shè)計中要留有充分的I/O點數(shù)作為備用。這主要是基于兩個方面的考慮:一是系統(tǒng)設(shè)計的更改。如果不留有充分的余量，一旦系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整、控制功能增加，就要全部推翻原有設(shè)計好的系統(tǒng)，造成不必要的損失:二是手冊上給出的最大I/O點數(shù)都是在理想情況下獲得的參數(shù)，一旦滿負荷運行，就要影響整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性，給系統(tǒng)帶來不良的影響。為

98、了保證所設(shè)計的控制系統(tǒng)的正常運行，在系統(tǒng)硬件設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際I/O點數(shù)留有20一30%的余量。</p><p><b>　　3.響應(yīng)速度</b></p><p>　　對于以數(shù)字量控制為主的工程應(yīng)用項目，可編程控制器的響應(yīng)速度都可滿足實際需要，不必給予特殊的考慮。對于模擬量控制的系統(tǒng)，特別是具有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)，則必須考慮可編程控制器的響應(yīng)速度。不同的控制對象對響應(yīng)

99、速度有不同的要求，要根據(jù)實際需要來選擇可編程控制器。控制對象信號變化速度快;控制對象信號變化慢，則要求響應(yīng)的速度就不同。</p><p><b>　　4.指令系統(tǒng)</b></p><p>　　在選擇機型時，從指令系統(tǒng)方面注意下面內(nèi)容:</p><p>　　(1)指令系統(tǒng)的總語句數(shù)這反映了整個指令所包含的全部功能。</p><

100、p>　　(2)指令系統(tǒng)的種類主要應(yīng)包括邏輯指令，運算指令和控制指令，具體的需求則與實際要完成的控制功能有關(guān)。</p><p>　　(3)指令系統(tǒng)的表達方式指令系統(tǒng)表達方式有多種，有的包括梯形圖，控制系統(tǒng)流程圖，語句表，順控圖，高級語言等多種表達方式，有的只包括其中一種或兩種表達方式。</p><p>　　(4)應(yīng)用軟件的程序結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu)有模塊化的程序結(jié)構(gòu)，有子程序式的程序結(jié)構(gòu)。前一種

101、有利于應(yīng)用軟件編寫和調(diào)試，但處理速度慢;后一種響應(yīng)速度快，但不利于編寫和現(xiàn)場調(diào)試。</p><p>　　(5)軟件開發(fā)手段在考慮指令系統(tǒng)這一性能時，還要考慮到軟件的開發(fā)手段。有的廠家在此基礎(chǔ)上還開發(fā)了專用軟件，可利用通用的微機作為開發(fā)手段，這樣就更加方便了用戶的需要。</p><p>　　3.3.2 FANUC 0i系統(tǒng)內(nèi)裝式PMC介紹</p><p>　　1. F

102、ANUC-0i系統(tǒng)中PMC簡介</p><p>　　現(xiàn)在用于數(shù)控機床的可編程控制器通常是內(nèi)裝型，尤其是FANUC 0i系統(tǒng)的所有產(chǎn)品均為內(nèi)置式PMC，它已經(jīng)作為NC的一部分，其任務(wù)是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)對機床進行整體的實時控制，輸出信號(循環(huán)啟動，進給暫停等)和向機床側(cè)的輸出信號(冷卻液電機啟動、刀庫旋轉(zhuǎn)等。由于控制程序代替了傳統(tǒng)的繼電器控制電路，所以不僅控制功能大幅度地提高，而且大大地簡化了硬件電路，提高了控制系統(tǒng)的可

103、靠性。</p><p>　　FANUC-0i系統(tǒng)有0iA系列、0iB系列和0iC系列三種，F(xiàn)ANUC-0iA系統(tǒng)的PMC可采用SA1或SA3兩種類型，一般系統(tǒng)配置為SA3。FANUC-0iB/0iC/系統(tǒng)的PMC可采用SA1或SB7</p><p>　　兩種類型，一般系統(tǒng)配置為SB7。即使同一類型PMC在不同系統(tǒng)中其性能也有所不同。⑴ PMC的基本結(jié)構(gòu)</p><p&g

104、t;　　PMC本身是一個微處理器控制系統(tǒng),與其他PLC非常相似，它由中央處理單元(CPU)、控制程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器、中間結(jié)果存儲器和輸入/輸出接口(I/O)等部分組成。由于它是內(nèi)裝的，是數(shù)控系統(tǒng)的一部分，所以還包括與數(shù)控(NC)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換區(qū)。如圖3.3，來自CNC側(cè)的輸入信號(M代碼、T代碼等)和機床側(cè)的輸入信號(循環(huán)啟動、進給暫停等)傳送至PMC中處理。作為PMC的輸出信號，有向CNC側(cè)的輸輸入信號的處理<

105、/p><p><b>　　圖3.3</b></p><p>　　① CNC側(cè)的輸入存儲器。來自CNC側(cè)的輸入信號存放于CNC的輸入存儲器中，每隔8ms傳送到PMC中。第1級程序直接引用這些信號的狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的處理。</p><p>　?、?來自機床的輸入信號(DI/DO卡)傳送至輸入信號存儲器中。第1級程序中處理的信號取自此存儲器.</p&

106、gt;<p>　?、?輸入信號存儲器:輸入信號存儲器每隔2ms掃描和存儲機床側(cè)的輸入信號。PMC第1級程序中處理的信號取自此存儲器。因此，輸入信號存儲器中的信號狀態(tài)與第一級的信號狀態(tài)是同步的。</p><p>　?、?第2級程序同步輸入信號存儲器。第2級程序同步輸入信號存儲器中儲存的信號由第2級程序處理。此信號存儲器中的信號狀態(tài)與第二級的信號狀態(tài)是同步的。只有在開始執(zhí)行第2級程序時，輸入信號存儲器中

107、的信號和來自CNC側(cè)的輸入信號才會被傳送至第2級程序同步輸入信號存儲器中，也就是說在第2級程序的執(zhí)行過程中，此信號存儲器中的信號狀態(tài)保持不變。第1級程序引用輸入信號存儲器和CNC側(cè)輸入存儲器中的信號，第2級程序引用的第2級程序同步輸入信號存儲器的信號，這些處理由PMC系統(tǒng)軟件實現(xiàn)。</p><p><b>　　⑵ 輸出信號處理</b></p><p>　?、?CNC的