【正文】 進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從美、日、德等引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作，合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機(jī)床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢1. 搞速化、高精度化、高可靠性質(zhì)量、效率是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級以上。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(bǔ)償，自動診斷，進(jìn)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。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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原理而設(shè)計(jì)。2. 性能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)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。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。6. 維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。 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(jià)格比的不斷提高，PLC的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有一下幾個(gè)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(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時(shí)控制欲順序邏輯控制。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。4. 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括整數(shù)運(yùn)算、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算，以及求反、求補(bǔ)、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。 可編程邏輯控制器的發(fā)展趨勢從當(dāng)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。2 性能的提高。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(qiáng)。大型PLC采用功能很強(qiáng)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(yùn)算和通訊功能緊密結(jié)合在一起。. 課題的研究意義自動換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。本文對數(shù)控機(jī)床自動換刀裝置進(jìn)行研究，不僅提升數(shù)控機(jī)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(jī)的成為可能，對實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義。由于有了刀庫，機(jī)床只要一個(gè)固定主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度。由于在換刀過程中刀具需要在多個(gè)部件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以各部件的動作必需準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。刀庫不承受切削加工的作用力，它的工作條件比較好。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(fù)雜，換刀時(shí)間一般也比較長。但有些動作如進(jìn)行新舊刀具交換所需要的“換刀時(shí)間”，則可基本上由機(jī)床設(shè)計(jì)者所決定。這種傳動方式，不僅在鏈?zhǔn)降稁熘胁捎?，在其他形式的刀庫傳動中，也多采用。這時(shí)處于機(jī)械手抓刀位置的刀套，編號為1好，然后依次編上其他刀號。為了確保刀套準(zhǔn)確地停在換刀位置上，需要采取如下措施：（1）定位盤準(zhǔn)停方式，由液壓缸推動的定位銷插入定位盤的定位槽內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)刀套的準(zhǔn)停，或采取定位塊進(jìn)行快速定位。（3）傳動時(shí)要消除傳動間隙。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的那樣大。目前大量的刀庫安裝在機(jī)床立柱的頂面或側(cè)面。為增加刀庫空間利用率，可采用雙環(huán)或多環(huán)排列刀具的形式，但圓盤直徑增大，轉(zhuǎn)動慣量就增加，選刀時(shí)間也較長。加工中心換刀機(jī)械手的種類繁多，可以說每個(gè)廠家都推出自己的獨(dú)特的換刀機(jī)械手，在加工中心的自動換刀系統(tǒng)中，是機(jī)械手具體執(zhí)行刀具的自動更換，對其要求是迅速可靠、準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩臂各有一個(gè)卡爪，可同時(shí)抓取刀庫及主軸上的刀具，在回轉(zhuǎn)180176。卸刀手完成往主軸上取下“舊刀”歸回刀庫，裝刀機(jī)械手執(zhí)行從刀庫取出“新刀”裝入主軸。 ATC的作用加工中心與一般數(shù)控機(jī)床的顯著區(qū)別是具有對零件進(jìn)行多工序加工的能力，即能在一次裝夾中自動完成銑、鏜、擴(kuò)、攻螺紋和內(nèi)槽加工等，其之所以有這種加工能力就是因?yàn)樗幸惶鬃詣訐Q刀裝置。供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。驅(qū)動裝置則是使刀庫和機(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（或氣液機(jī)構(gòu)）或凸輪機(jī)構(gòu)組成。3. 刀具的選擇方式（1）順序選擇 將刀具按加工工序的順序，一次放人刀庫的每一個(gè)刀座內(nèi)。刀具編碼或到套編碼需要在刀具或到套上安裝用于識別的編碼條，一般都是根據(jù)二進(jìn)制編碼的原理進(jìn)行編碼。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個(gè)刀套的位置。在梯形圖中根據(jù)指令的T瑪進(jìn)行運(yùn)算比較厚輸出角度和速度指令到考庫伺服驅(qū)動刀庫伺服電機(jī)。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。 機(jī)械手1. 機(jī)械手的功能機(jī)械手是執(zhí)行刀庫和主軸之間換刀動作的裝置。常用于不需頻繁換刀的大型臥式加工中心。 夾抓類型根據(jù)爪刀柄在換刀機(jī)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。刀面有多種規(guī)格，常用的有ISO標(biāo)準(zhǔn)的40號、45號、50號，個(gè)別的還有35號和30號。機(jī)械手將刀具從刀庫中取出送至機(jī)床主軸上，然后將用過的舊刀送回刀庫。使刀具軸線與主軸軸線平行，如圖b所示。機(jī)械手拔刀待主軸上自動夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具后，機(jī)械手下降，同時(shí)拔出主軸上和刀庫上的刀具，如圖d所示。機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)75176。準(zhǔn)備下一次選刀,如圖h所示。 PLC的基本結(jié)構(gòu)1. CPU模塊CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編輯器。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC 24V 電源，驅(qū)動PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。在讀取輸入階段，PLC把所有外部電路把所有外部數(shù)字量輸入電路的0/1狀態(tài)讀入輸入過程的映像寄存器。在RUN模式的程序執(zhí)行階段，如果沒有跳轉(zhuǎn)指令，CPU從第一條指令開始，逐條順序得地執(zhí)行用戶程序。3. 通信處理在處理通信請求階段，CPU處理通信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并放在緩沖區(qū)，子適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請求方。若梯形圖中輸出點(diǎn)的線圈“斷電”，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器中存放的二進(jìn)制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對應(yīng)的u影見繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。用立即I/O指令來改寫輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出過程映像寄存器的值被更新。IEC611313詳細(xì)地說明了句法，語義和下述5種編程語言（見圖31）圖31 PLC編程語言1） 順序功能（Sequential Function Chart，SFC）。5） 結(jié)構(gòu)文本（Structured Text，ST）。2. 梯形圖梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語言。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的標(biāo)志位等。如圖32中的控制邏輯與圖33中的相同。與梯形圖相比，他能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，編寫的程序非常簡潔和緊湊。主程序通過指令控制整個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行，每個(gè)掃描周期都要執(zhí)行一次主程序。同一個(gè)子程序可以在不同的地方多次調(diào)用。中斷程序不是有用戶用戶程序調(diào)用。第四章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀 在隨機(jī)換刀控制中，換刀的位置是隨機(jī)的，刀具選擇指令與刀套編號無關(guān)，是隨機(jī)變動的，指令僅以刀具自身的直接編號為目標(biāo)。取刀既是主軸上無刀具，將目標(biāo)刀具由刀庫取刀主軸上。Z軸進(jìn)入換刀準(zhǔn)備位置。主軸緊刀。z軸進(jìn)入換刀位置，主軸準(zhǔn)停，刀庫進(jìn)入換刀位置。換刀控制的基本約定：盤式刀庫采用固定刀位，即刀具號就是刀庫位置號。換刀控制部件包括：換刀固定循環(huán)和換刀PLC子程序,以及液壓缸的液壓原理圖。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出T代碼指令給PLC，經(jīng)PLC譯碼后在數(shù)據(jù)表中檢索，找到T代碼指定到新刀號所在的數(shù)據(jù)表地址，換刀起動，并設(shè)定新刀號內(nèi)存。然后看設(shè)定值VW12是否等于現(xiàn)值VW10，等于，；不等于的話，然后返回差值VW14是否小于等于2，反復(fù)循環(huán)。4）為提高換刀效率，當(dāng)指定刀具號轉(zhuǎn)至距取到位置相差兩個(gè)刀號位置時(shí)，刀庫要減速。當(dāng)復(fù)位按鈕按下后，1送VW012，發(fā)出1換刀命令。由各種開關(guān)提供控制信號，這些個(gè)信號通過PLC轉(zhuǎn)化為控制信號。液壓泵是液壓系統(tǒng)中提供一定流量和壓力的液壓油原動力，它是每個(gè)液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件，合理的選擇液壓泵對也降低液壓系統(tǒng)溫度、提高性能、提高效率、改善環(huán)境十分重要。通過對液壓傳動系統(tǒng)的工作過程和特點(diǎn)進(jìn)行分析，液壓傳動系統(tǒng)控制的任何一個(gè)過程幾乎都是按照順序不走進(jìn)行的。這就需要在液壓傳動回路設(shè)計(jì)上下功夫，由于液壓部分不是我們設(shè)計(jì)所要研究的，所以不做簡述。為我們的大學(xué)生活畫上一個(gè)圓滿的額句號，也為我們即將開始的工作提供了很好的練兵機(jī)會、加工中心刀庫的設(shè)計(jì)，是在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新。關(guān)于盤式刀庫的自動換刀。其中用到的傳送指令，運(yùn)算指令等功能指令是這次實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容。自動換刀的換刀取存是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中困擾我的問題。其次，以前我總是以為我什么東西都懂了，但到了實(shí)際設(shè)計(jì)過程中才發(fā)現(xiàn)自己是那么的膚淺，所以設(shè)計(jì)過程中我逐漸克服了自己眼高手低的缺點(diǎn)。比如理論上只要一部機(jī)器各個(gè)機(jī)構(gòu)或者部件滿足所需的運(yùn)動要求和力學(xué)性能，那么這樣的設(shè)計(jì)方案就是可行的。在學(xué)習(xí)中,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵著我。感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在此，我再一次真誠地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝！參考文獻(xiàn)[ 1 ] 鄒慧君. 機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M] . 上海:上?？萍汲霭嫔?～20[ 2 ] 鄒慧君. 機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計(jì)手冊[M] . 北京:高等教育出版社,1995. 17～20[ 3 ] 畢承恩,等. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床(上冊) [M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993. 115～206[ 4 ] 王繼正. CNC 銑床與切削中心[M] . 臺灣:全華科技圖書公司發(fā)行,1991. 76～86[ 5 ] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(3) [M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1986. 23～34[ 6 ] 廉元國,張永洪. 加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M] . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995. 176～189[ 7 ] 王科社. 張懷存. 加工中心ATC 凸輪式與液壓式的比較[J ] .組合機(jī)床與自動化加工技術(shù),1995 , (9) . 63～82[ 8 ] 孫凡國,鄒慧君. 基于實(shí)例的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新理論與方法的研究,[J ] . 機(jī)械與電子,1996 ,(2) .[ 9 ] 何立民. MCS 51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M ]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 1999. 69～89[10]郭宗仁,[Ｍ]，北京:人民郵電出版社，2000.[11][Ｍ]，廣州:華南理工大學(xué)出版社,2003.[12][Ｍ]，北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.[13]夏田．?dāng)?shù)控加工中心設(shè)計(jì)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．[14]高德文．?dāng)?shù)控加工中心[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003．[15]邱混城．刀庫之發(fā)展趨勢與未來展望[J]．制造技術(shù)與機(jī)床，2007，(4)：114115．[16]余仲裕．?dāng)?shù)控技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．[17 ] ,. Configuration synthsis of machining centerswith tool changemechanisms [ J ] . International Jounral of Ma2chine Tool a