【正文】 量的智能化，如自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成等；為提高驅(qū)動性能的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適用控制、自動識別負載、自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的扥智能化；智能化的自動編程、智能化的人機界面等，及智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 4. 柔性化、集成化 為適應(yīng)制造自動化的發(fā)展，向 FMC、 FMS、 CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自動測量，自動上下料，自動換刀，自動誤差補償，自動診斷，進線和聯(lián)網(wǎng)功能，一句用戶的不同要求，可方便地靈活配置及集成。 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展狀況 可編程控制器的特點 可編程控制器，簡稱 PLC（ Programmable logic controller），是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987年國際電工委員會（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義：“ PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字操作的電子裝置”。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原理而設(shè)計。 PLC之所以高速發(fā)展除了工業(yè)自動化的客觀需求外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中的可靠、安全、靈活、方便經(jīng)濟等問題。其特點如下： 1. 編 程方法簡單易學 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 7 梯形圖是使用最多的 PLC的編程語言，其電路符號和表達式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電器技術(shù)人員只要花幾天時間就能可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶語言。 2. 性能強，性能價格比高 一臺小型 PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比， PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強 PLC產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化 、模塊化、配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶使用用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。 硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 4. 可靠性高，抗干擾能力強 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器，時間繼電器。由于觸電接觸不良，容易出現(xiàn)故障。 PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器， PLC外部僅剩下與輸入和輸出的有關(guān)的少量硬件 元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/10~1/100，因觸電接觸不良造成的故障大為減少。 PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場， PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 5. 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等期間，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。 PLC的梯形圖程序一般用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計 梯形圖的時間比設(shè)計相同功能的繼電器控制系統(tǒng)電路圖的時間要少很多。 PLC的用戶程序可以在實驗實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過 PLC上的發(fā)光二極管可觀察出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少很多。 6. 維修工作量小，維修方便 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 8 PLC 的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。 PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù) PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模式的方法可以迅速的排 除故障。 7. 體積小，能耗低 復雜的控制系統(tǒng)使用 PLC后，可以減少大量的中間繼電器盒時間繼電器，小型 PLC的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的 1/2~1/10。 PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的的配線少很多，股可以節(jié)省大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，加上開關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費用。 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 已經(jīng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在很多的工業(yè)部門，隨著其性能的價格比的不斷提高， PLC 的應(yīng)用范圍不斷擴大，主要有一下幾個方面： 1. 數(shù)字量邏輯控制 PLC用“與”、“或”、“非”等邏輯控制指令來實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制、定時控制欲順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭。 2. 運動控制 PLC使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加工控制，可以實現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸位置控制，是運動控制欲順序控制有機地結(jié)合在一起。PLC的運動控制功能廣泛地用與各種機械，例如金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機器、機器人、電梯等場合。 3. 閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC 通過模擬量I/O模塊，實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D轉(zhuǎn)換，并對模擬量實行閉環(huán) PID（比例 積分 微分）控制。小型 PLC用 PID指令實現(xiàn) PID閉環(huán)控制。 PID閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 4. 數(shù)據(jù)處理 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 9 現(xiàn)代的 PLC 具有數(shù)學運算（包括整數(shù)運算、浮點數(shù)運算、函數(shù)運算、字邏輯運算，以及求反、求補、循環(huán)和移位等）、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn) 換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參考值進行比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將他們打印制表。 5. 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括 PLC與遠程 I/O之間的通信、多臺 PLC之間的通信、 PLC與其他智能控制設(shè)備（例如計算機、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。 PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 可編程邏輯控制器的發(fā)展趨勢 從當前產(chǎn)品技術(shù)性能來看， PLC發(fā)展趨勢仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高 兩大方面。 1 體積小型化。電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。現(xiàn)代 PLC無論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)于早期的 PLC有了很大的不同， PLC體積被大幅度縮小。 2 性能的提高。 PLC的性能主要包括 CPU性能與 I/O性能兩大方面。 智能 I/O模塊式以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件。他們的 CPU與 PLC主 PLC并行工作，占用主機 CPU的時間很少，有利于提高 PLC 的掃描速度。智能模塊要有模擬量 I/O， PID回路控制，智能 I/O的應(yīng)用，使過程控制功能增強。某些 PLC的過程控制還具有自適應(yīng)，參數(shù)自整 定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。 另外， PLC 不斷與計算機相結(jié)合。個人計算主要用作 PLC 的編程器、操作站或人 /機接口終端，其發(fā)展是使 PLC具備計算機的功能。大型 PLC采用功能很強的微處理器和大容量存儲器，將邏輯控制，模擬量控制，數(shù)字運算和通訊功能緊密結(jié)合在一起。這樣， PLC與個人計算機，工業(yè)控制計算機，集散控制系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面互相滲透，使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。 改善和發(fā)展新的編程語言、高性能的外部設(shè)備和圖形監(jiān)控技術(shù)構(gòu)成的人 /及對話技術(shù)，除梯形圖、流程圖、專用語言指令外，還增加了 BASIC、 C語言的編程功能和容錯功能。如：雙機熱備、自動切換 I/O、雙機表決（當出入狀態(tài)與 PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開改 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 10 輸出）、 I/O三重表決（ I/O狀態(tài)進行軟硬件表決，取兩臺相同的）等，以滿足極高可靠性要求。 . 課題的研究意義 自動換刀系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機床主軸的聯(lián)絡(luò)方式，將直接影響機床的加工性能。刀庫結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會影響機床的換刀效率。自動換刀系統(tǒng)本省及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復雜程度又會對機床的成本造價產(chǎn)生直接影響。 本文對數(shù)控機床自動換刀裝置進 行研究，不僅提升數(shù)控機床的工作效率，而且通過對其結(jié)構(gòu)的研究，使得在可行的范圍內(nèi)降低整機的成為可能，對實踐具有重要的指導意義。 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 11 第二章 機械手的自動換刀裝置研究 加工中心要完成對工件的多工序加工，必須要在加工過程中自動更換刀具，為完成這項工作而設(shè)置的儲存及更換刀具的系統(tǒng)統(tǒng)稱為自動換刀系統(tǒng)。自動換刀系統(tǒng)中的刀庫，換刀的可靠性，即換刀速度直接影響到加工中心的工作效率。 利用刀庫換刀，是目前加工中心中大量使用的換刀方式。由于有了刀庫，機床只要一個固定主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度。獨立的 刀庫大大增加了刀具的儲存數(shù)量，有利于擴大機床的功能，并能較好地減少各種影響加工精度的干擾。 自動換刀系統(tǒng)研究 刀庫介紹 刀庫式換刀裝置有一個存儲刀具的刀庫，機床只需一個夾持刀具進行切削的刀具主軸（鉆，膛，銑類機床）或刀架（車床類機床）。當需要某一刀具進行切削加工時，將該刀具自動地從刀庫轉(zhuǎn)置至機床主軸或刀架中；在切削完畢后，又將用過的刀具自動的從機床主軸或刀架移回刀庫中。由于在換刀過程中刀具需要在多個部件之間進行轉(zhuǎn)換，所以各部件的動作必需準確協(xié)調(diào)。 刀庫中刀具的數(shù)目可根據(jù)工藝要求與機床的結(jié) 構(gòu)布局而定，數(shù)量可較多。刀庫的儲存量一般在 8～ 64把范圍內(nèi)，多的可達 10～ 200把。 刀庫可布置在遠離加工區(qū)的地方，從而消除了它與工件發(fā)生干涉的可能性。 刀庫不承受切削加工的作用力，它的工作條件比較好。 機床的主軸或刀架的尺寸不象刀塔那樣的受限制，這樣就有可能提高主軸或刀架的剛度。從而有利于提高機床的加工精度。 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 12 采用這種自動換刀方式的刀具主軸或刀架，需要自動夾緊、放松刀具的機構(gòu)及其驅(qū)動傳力機構(gòu)。另外，還常需要清潔刀柄及刀孔、刀座的裝置，因而結(jié)構(gòu)復雜，換刀時間一般也比較長。 “自動換刀過程時間”包括下述動作的 時間：一個工序加工完畢后，刀具快速退離工件，從加工位置退到換刀位置（同時主軸準停）；進行新舊刀具的交換；然后松開主軸（消除準停）、變速、主軸啟動旋轉(zhuǎn)并快速趨近加工位置，用更新的新刀具開始下一工序的加工。 由于這種自動換刀裝置是用于多工序零件加工，換刀頻繁，如果每一次的“自動換刀過程時間”稍長一點，多次換刀所積累的結(jié)果就會相當可觀，就不能顯著提高生產(chǎn)效率，因此，在設(shè)計條件允許的情況下，應(yīng)盡可能縮短“自動換刀過程時間”。中型機床，每次換刀時間一般在 10秒左右，當然，在自動換刀過程的各個動作中，有些動作如刀具快速 退離和快速接近工件所需時間，尚與工件加工面具體位置有關(guān)，不完全決定于設(shè)計者。但有些動作如進行新舊刀具交換所需要的“換刀時間”，則可基本上由機床設(shè)計者所決定。這種“換刀時間”有的已降低至 ，一般約為 5秒。 鏈式刀庫 鏈式刀庫包括單環(huán)鏈和多環(huán)鏈 , 鏈環(huán)形式可有多種變化，如圖 2— 1（ a）、（ b）、（ c） （ a） （ b） （ c） 圖 2— 1 圖 2— 2 是方形刀庫的典型結(jié)構(gòu)示意圖。主動鏈輪由伺服電動機通過 蝸輪減速裝置驅(qū)動（根據(jù)需要，還可以經(jīng)過齒輪副傳動）。這種傳動方式，不僅在鏈式刀庫中采用，在其他形式的刀庫傳動中，也多采用。 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文）