【正文】 的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：? 加工中心 ATC?刀庫(kù)?PLC?自動(dòng)選刀?液壓傳動(dòng)Abstract With the development of NC, the automatic tool changer system is More and more important in the modern advanced manufacture, because the ATC can shorten the cycle time of product manufacturing, improve the precision of product machining. The latest requirements of machine tool user prise of diversification of control object,plexity of process, flexible of application and high reliability. The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will finish the change over tool When the tool magazine39。刀庫(kù)的功能是存儲(chǔ)刀具并把下一把即將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換到位置，供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。驅(qū)動(dòng)裝置則是使刀庫(kù)和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進(jìn)電機(jī)或液壓（或氣壓機(jī)構(gòu)）或凸輪機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化，高精、高效、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1956年，日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國(guó)IBM公司同期研制成功了“APT”（刀具程序控制裝置）的加工中心。可實(shí)現(xiàn)多工序加工的機(jī)床步入了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。主要存在的問(wèn)題時(shí)盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。存在的主要問(wèn)題包括：缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工；缺少深入的科研工作；零部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍奮戰(zhàn)，雖然廠多人眾‘但形成不了合力。高精度化：精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，隨著高新技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來(lái)越高，數(shù)控加工機(jī)床的加工精度提高了一倍，達(dá)到15微米。3. 智能化智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成等；為提高驅(qū)動(dòng)性能的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適用控制、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載、自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的扥智能化；智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)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。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。其特點(diǎn)如下：1. 編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)梯形圖是使用最多的PLC的編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電器技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就能可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶語(yǔ)言。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。由于觸電接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC的梯形圖程序一般用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少很多。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(shí)，加上開關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費(fèi)用。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用與各種機(jī)械，例如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)器、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。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(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。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)?，F(xiàn)代PLC無(wú)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。他們的CPU與PLC主PLC并行工作，占用主機(jī)CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。個(gè)人計(jì)算主要用作PLC的編程器、操作站或人/機(jī)接口終端，其發(fā)展是使PLC具備計(jì)算機(jī)的功能。如：雙機(jī)熱備、自動(dòng)切換I/O、雙機(jī)表決（當(dāng)出入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯(cuò)時(shí)，自動(dòng)斷開改輸出）、I/O三重表決（I/O狀態(tài)進(jìn)行軟硬件表決，取兩臺(tái)相同的）等，以滿足極高可靠性要求。自動(dòng)換刀系統(tǒng)本省及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度又會(huì)對(duì)機(jī)床的成本造價(jià)產(chǎn)生直接影響。利用刀庫(kù)換刀，是目前加工中心中大量使用的換刀方式。當(dāng)需要某一刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，將該刀具自動(dòng)地從刀庫(kù)轉(zhuǎn)置至機(jī)床主軸或刀架中；在切削完畢后，又將用過(guò)的刀具自動(dòng)的從機(jī)床主軸或刀架移回刀庫(kù)中。刀庫(kù)可布置在遠(yuǎn)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。采用這種自動(dòng)換刀方式的刀具主軸或刀架，需要自動(dòng)夾緊、放松刀具的機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)傳力機(jī)構(gòu)。中型機(jī)床，每次換刀時(shí)間一般在10秒左右，當(dāng)然，在自動(dòng)換刀過(guò)程的各個(gè)動(dòng)作中，有些動(dòng)作如刀具快速退離和快速接近工件所需時(shí)間，尚與工件加工面具體位置有關(guān)，不完全決定于設(shè)計(jì)者。主動(dòng)鏈輪由伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸輪減速裝置驅(qū)動(dòng)（根據(jù)需要，還可以經(jīng)過(guò)齒輪副傳動(dòng)）。回零撞塊可以裝在鏈條的任意位置上，而回零開關(guān)則安裝在便于調(diào)整的位置上。因此，刀套的準(zhǔn)停問(wèn)題將是影響換刀動(dòng)作可靠性的重要因素之一。（2）鏈?zhǔn)降稁?kù)要選用節(jié)距精確度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，而且在把套筒裝在鏈條上時(shí)，要用專用夾具來(lái)定位，以保證刀套節(jié)距一致。一般適用于刀具數(shù)在30～120把的刀庫(kù)。在刀庫(kù)容量較大時(shí)，為在存取方便的同時(shí)保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采取彈倉(cāng)式結(jié)構(gòu)，但是較其他形式復(fù)雜。這種盤式刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多，適用于刀庫(kù)容量較小的情況。 換刀機(jī)械手介紹采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用的最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時(shí)間。如圖2—4所示：圖2—4 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手圖2—5 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的手臂上有兩個(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪有所分工，一個(gè)卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)的任務(wù)，另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要短，如圖2—5所示。兩個(gè)手臂分別稱作裝刀手和卸刀手。故我們采用手臂可伸縮式的雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。刀庫(kù)的功能是存儲(chǔ)刀具并把下一把即將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換刀位置。具體來(lái)說(shuō)，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫(kù)之間的傳遞。2. 刀庫(kù)的容量刀庫(kù)的容量首先要考慮加工工藝的需要，從使用角度出發(fā)，一般為10~40把刀，刀庫(kù)的利用率會(huì)高，而結(jié)構(gòu)比較緊湊。（2）任意選擇 目前大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都采用任意選刀的方式，其分為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。采用記憶式選刀，這種方式能將道具號(hào)和倒庫(kù)中的刀套位置對(duì)應(yīng)地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中，無(wú)論刀具放在哪個(gè)刀套內(nèi)，刀具信息都始終據(jù)存在PLC內(nèi)。4. 刀庫(kù)的控制方式（1）刀庫(kù)作為系統(tǒng)的定位軸來(lái)控制。在梯形圖中比較系統(tǒng)存儲(chǔ)的當(dāng)前刀號(hào)（主軸上的刀）和目標(biāo)刀號(hào)（預(yù)選刀）并運(yùn)算，再輸出旋轉(zhuǎn)指令，同時(shí)判斷按最短路徑旋轉(zhuǎn)到位。（3）刀庫(kù)由交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)（馬氏）機(jī)構(gòu)，用接近開關(guān)計(jì)數(shù)，這種方式運(yùn)行穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確可靠，一般與凸輪機(jī)械手配合使用，換刀速度快，定位準(zhǔn)確。如收的平移/爪刀/換刀/插刀等動(dòng)作分別有不同的電磁閥驅(qū)動(dòng)；但這種方式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較多，且收液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性檢測(cè)元件靈敏度等外界因素的影響。（3）機(jī)械手由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，定位精度高，換刀快速穩(wěn)定，但成本較高。采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄，標(biāo)準(zhǔn)刀柄與機(jī)床主軸連接的結(jié)合面試7:24錐面。因此，在選定機(jī)床后，選擇刀柄之前必須了解該機(jī)床主軸用的規(guī)格，機(jī)械手夾持尺寸及刀柄的實(shí)際尺寸。換刀前，刀庫(kù)將待換刀具送到換刀位置，然后刀套連同刀具翻轉(zhuǎn)90176。兩手爪分別抓住刀庫(kù)上和主軸上的刀柄。機(jī)械手插刀機(jī)械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫(kù)刀套中,如圖f所示。刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉(zhuǎn)90176?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。3. 編程器編程器用來(lái)生成用戶程序，并用它來(lái)編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同電壓等級(jí)直流電源。1. 讀取輸入在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過(guò)程映像寄存器和輸出過(guò)程映像寄存器。2. 執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按順序排列。（2）用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點(diǎn)快得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。7. 立即I/O處理在程序執(zhí)行過(guò)程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)，用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入過(guò)程映像寄存器的值未被更新。IEC 611313是世界上第一個(gè)，也是至今為止唯一的工業(yè)控制系統(tǒng)的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。4） 指令表（Instruction List，IL）。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作時(shí)順序功能圖中的三種主要元件。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，例如外部的開關(guān)按鈕等。改編程語(yǔ)言類似與門、或門的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)從左向右流動(dòng)。5. 結(jié)構(gòu)文本結(jié)構(gòu)文本是為IE611313標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種專用的高級(jí)編程語(yǔ)言。在主程序中可以調(diào)試用子程序和中斷程序。2. 子程序子程序可逆的，僅在被其他程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。3. 中斷程序中斷程序用來(lái)即使處理與用戶程序的執(zhí)行時(shí)序無(wú)關(guān)的操作，或者不能事先預(yù)測(cè)何時(shí)發(fā)生的中斷事件。因?yàn)椴荒茴A(yù)知何時(shí)會(huì)出現(xiàn)中斷事件，所以不允許中斷程序改寫可能在其他程序中使用的存儲(chǔ)器。 刀庫(kù)換刀定位控制 換刀過(guò)程盤式刀庫(kù)的三個(gè)基本動(dòng)作：取刀、還刀、換刀。取刀的基本過(guò)程：刀庫(kù)將目標(biāo)刀具按就近原則轉(zhuǎn)到換到位置。Z軸進(jìn)入換刀位置。還刀的基本過(guò)程：Z軸進(jìn)入換刀準(zhǔn)備位置。主軸緊刀。編程的刀具應(yīng)生效，以便系統(tǒng)檢測(cè)加上刀具參數(shù)后有無(wú)超出軟限位，記錄進(jìn)入程序測(cè)試時(shí)，主軸上的刀具號(hào)，在程序測(cè)試結(jié)束后的第一次換刀時(shí)，恢復(fù)原主軸的刀具號(hào)。若設(shè)定值為8，現(xiàn)值為2，則82=65，置正轉(zhuǎn)標(biāo)志；若設(shè)定值為4，現(xiàn)值為2，則42=25，則置反轉(zhuǎn)標(biāo)志；若定之為1，現(xiàn)值為2,則12=1，1+10=95置正轉(zhuǎn)標(biāo)志；由于95，經(jīng)小于半數(shù)處理：109=1，置減速標(biāo)志。當(dāng)前刀號(hào)加，當(dāng)前值VW10內(nèi)存，若當(dāng)值VW10等于0，一號(hào)刀作為當(dāng)前值VW10內(nèi)存；若當(dāng)前值VW10不等于0，用差值VW14減1，差值VW14內(nèi)存；，當(dāng)前號(hào)減，當(dāng)前值VW10內(nèi)存，若當(dāng)前值VW10等于,10號(hào)刀作為當(dāng)前值VW10內(nèi)存，若當(dāng)前值VW10不等于0，則用差值VW14減1，差值VW14內(nèi)存。3）為提高換刀效率，要求換刀時(shí)按最小旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動(dòng)。差值內(nèi)存差值大于10設(shè)反轉(zhuǎn)輸出標(biāo)志Y 停車減速 正轉(zhuǎn)K反轉(zhuǎn) 圖44 PLC硬件接線圖 PLC接受數(shù)控系統(tǒng)的T指令，經(jīng)譯碼后將設(shè)定值送VW012。液壓控制系統(tǒng)控制的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都是按順序?qū)崿F(xiàn)的，工作部件主要是液壓缸、馬達(dá)等，它們都是按照預(yù)定的順序?qū)崿F(xiàn)的。但是在現(xiàn)液壓傳動(dòng)中，能量損失較大,使得液壓系統(tǒng)溫度升高，影響液壓元件使用壽命和系統(tǒng)工作的可靠性，所