【正文】 碰撞刀具，且用這種類型的機械手直接在刀庫與主軸之間換刀，只宜采用順序換刀或刀具編碼式任意選刀，不然，換刀時間將增加。 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手機械手擺動的軸線與刀具主軸平行，機械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來進行自動換刀，換刀具的所花費的時間長，用于刀庫換刀位置的刀座的軸線相平行的場合。盤式刀庫的刀具軸線也圓盤軸線平行，刀具環(huán)形排列，分徑向、軸向兩種取刀方式，其刀座結(jié)構(gòu)不同。鏈式刀庫有如下特點：適用于刀庫容量較大的場合，所占的空間小。如果刀套不能準確地停在換刀位置上，將會使換刀機械手抓刀不準，以致在換刀時容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。 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。從而有利于提高機床的加工精度。 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）。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。另外，PLC不斷與計算機相結(jié)合。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。小型PLC用PID指令實現(xiàn)PID閉環(huán)控制。7. 體積小，能耗低復(fù)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(dāng)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。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。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)。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”。高速化：提高進給速度，采用直線滾珠式導(dǎo)軌等；提高主軸轉(zhuǎn)速，采用直線電機技術(shù)，直接將電機與主軸連接成一體后，裝入軸部件。第一階段中對數(shù)控機床特點、發(fā)展條件缺乏認識，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下，無法用于生產(chǎn)而停頓。自從1052年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數(shù)控機床以來，數(shù)控機床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面都有飛速發(fā)展。具體來說，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫之間的傳遞?？刂瞥绦虬?建立當(dāng)前刀具庫映像、記錄請求刀具號、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動方向判斷并確定轉(zhuǎn)盤正反轉(zhuǎn)、發(fā)出脈沖控制刀盤轉(zhuǎn)動、到位燈及換刀指示燈顯示等部分， 程序結(jié)構(gòu)性好、可讀性強、運行效率高，能很好地滿足實用要求。隨著數(shù)控機床的普及應(yīng)用,機械加工的自動化程度大大提高,數(shù)控機床發(fā)展成了當(dāng)今普遍應(yīng)用的一種更新、更先進的制造設(shè)備即加工中心。本設(shè)計的題目是基于PLC加工中心刀庫換刀控制系統(tǒng)的設(shè)計。刀庫的功能是存儲刀具并把下一把即將要用的刀具準確地送到換到位置，供換刀機械手完成新舊刀具的交換。當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化，高精、高效、自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展?？蓪崿F(xiàn)多工序加工的機床步入了機床發(fā)展的黃金時代。存在的主要問題包括：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。3. 智能化智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中各個方面：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。其特點如下：1. 編程方法簡單易學(xué)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(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電器技術(shù)人員只要花幾天時間就能可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶語言。由于觸電接觸不良，容易出現(xiàn)故障。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。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。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)。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。如：雙機熱備、自動切換I/O、雙機表決（當(dāng)出入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開改輸出）、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。利用刀庫換刀，是目前加工中心中大量使用的換刀方式。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。中型機床，每次換刀時間一般在10秒左右，當(dāng)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?；亓阕矇K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。（2）鏈式刀庫要選用節(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，要用專用夾具來定位，以保證刀套節(jié)距一致。在刀庫容量較大時，為在存取方便的同時保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采取彈倉式結(jié)構(gòu)，但是較其他形式復(fù)雜。 換刀機械手介紹采用機械手進行刀具交換的方式應(yīng)用的最為廣泛，這是因為機械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時間。兩個手臂分別稱作裝刀手和卸刀手。刀庫的功能是存儲刀具并把下一把即將要用的刀具準確地送到換刀位置。2. 刀庫的容量刀庫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，刀庫的利用率會高，而結(jié)構(gòu)比較緊湊。采用記憶式選刀，這種方式能將道具號和倒庫中的刀套位置對應(yīng)地記憶在數(shù)控系統(tǒng)的PLC中，無論刀具放在哪個刀套內(nèi)，刀具信息都始終據(jù)存在PLC內(nèi)。在梯形圖中比較系統(tǒng)存儲的當(dāng)前刀號（主軸上的刀）和目標刀號（預(yù)選刀）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。如收的平移/爪刀/換刀/插刀等動作分別有不同的電磁閥驅(qū)動；但這種方式傳動機構(gòu)較多，且收液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性檢測元件靈敏度等外界因素的影響。采用標準刀柄，標準刀柄與機床主軸連接的結(jié)合面試7:24錐面。換刀前，刀庫將待換刀具送到換刀位置，然后刀套連同刀具翻轉(zhuǎn)90176。機械手插刀機械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫刀套中,如圖f所示?？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)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同電壓等級直流電源。2. 執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。IEC 611313是世界上第一個，也是至今為止唯一的工業(yè)控制系統(tǒng)的編程語言標準。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，步、轉(zhuǎn)換和動作時順序功能圖中的三種主要元件。改編程語言類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號從左向右流動。在主程序中可以調(diào)試用子程序和中斷程序。3. 中斷程序中斷程序用來即使處理與用戶程序的執(zhí)行時序無關(guān)的操作，或者不能事先預(yù)測何時發(fā)生的中斷事件。 刀庫換刀定位控制 換刀過程盤式刀庫的三個基本動作：取刀、還刀、換刀。Z軸進入換刀位置。主軸緊刀。若設(shè)定值為8，現(xiàn)值為2，則82=65，置正轉(zhuǎn)標志；若設(shè)定值為4，現(xiàn)值為2，則42=25，則置反轉(zhuǎn)標志；若定之為1，現(xiàn)值為2,則12=1，1+10=95置正轉(zhuǎn)標志；由于95，經(jīng)小于半數(shù)處理：109=1，置減速標志。3）為提高換刀效率，要求換刀時按最小旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動。液壓控制系統(tǒng)控制的每一個運動過程都是按順序?qū)崿F(xiàn)的，工作部件主要是液壓缸、馬達等，它們都是按照預(yù)定的順序?qū)崿F(xiàn)的。功能復(fù)雜的液壓傳動系統(tǒng)有多個不同功能的基本液壓回路組成，這些個回路組成的傳動系統(tǒng)實現(xiàn)了機械設(shè)備所需的各種運動及控制功能。我們進行了這次畢業(yè)設(shè)計。設(shè)計主要針對自動換刀PLC的程序設(shè)計，程序由功能指令編寫更加簡單。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我有如下幾方面的感觸：首先，在這次畢業(yè)設(shè)計實習(xí)中，通過自己的努力和請教老師和同學(xué)，我收獲很大，不但比較系統(tǒng)的復(fù)習(xí)了以前所學(xué)習(xí)的所有關(guān)于機械設(shè)計,機械原理，機械制圖以及相關(guān)制圖軟件操作的知識而且加深了對以前那些枯燥公式的理解。致 謝在本次論文設(shè)計過程中，對該論文從選題、構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予我細心指引與教導(dǎo)，使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計。Annals of the CIRP，2001，50(1):251～28443 東華理工大學(xué)長江學(xué)院（論文）目 錄摘 要 2Abstract 3緒 論 4 國內(nèi)外數(shù)控機床的發(fā)展情況 4 4 數(shù)控機床發(fā)展趨勢 5 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 6 可編程控制器的特點 6 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 8 可編程邏輯控制器的發(fā)展趨勢 9. 課題的研究意義 10第二章 機械手的自動換刀裝置研究 11 自動換刀系統(tǒng)研究 11 刀庫介紹 11 鏈式刀庫 12 盤式刀庫 14 換刀機械手介紹 15 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手 15 單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手 16 雙臂回轉(zhuǎn)式機械手 16 雙機械手 17 雙臂往復(fù)交叉式機械手 18 雙臂端面夾緊式機械手 19 20 ATC的作用 20 ATC的組成 20 刀庫 20 機械手 22 夾抓類型 22 刀柄 22 23第三章 可編程序控制器介紹 25 PLC的基本概念與基本結(jié)構(gòu) 25 PLC的基本概念 25 PLC的基本結(jié)構(gòu) 25 PLC的工作原理 26 PLC的編程語言與程序結(jié)構(gòu) 28 PLC編程語言的國際標準 28 PLC的程序結(jié)構(gòu) 30第四章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 31 PLC 實現(xiàn)隨機換刀 31 東華理工大學(xué)長江學(xué)院（論文） 刀庫換刀定位控制 31 換刀過程 31 32 PLC硬件接線圖 35 36第五章 液壓傳動部分的設(shè)計 39 39 39 39總結(jié) 41致 謝 42參考文獻 43 東華理工大學(xué)長江學(xué)院（論文）。這四年中我還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。通過此次實習(xí)，把自己所學(xué)習(xí)的知識運用到實際中解決實際生產(chǎn)中的問題，增強了我的理論聯(lián)系實際的觀念，提高了自己理論聯(lián)系實際的能力。要正確分析控制要求，繪制程序控制流程圖，寫出I\O分配表，并進行PLC電氣控制的元器件選型，還要畫出電氣原理圖。提高精度、效率和自動化程度，降低經(jīng)濟成本，節(jié)約工裝費用，也減輕了工人勞動強度。在液壓傳動中，由于能量損耗較大，使得液壓傳動效率低。液壓傳動技術(shù)已成為工業(yè)機械，工業(yè)建筑及國防尖端產(chǎn)品不可缺少的重要技術(shù)。2. 輸入/輸出及內(nèi)部繼電器地址分配利用西門子S7200可編程控制器對自動選刀和刀庫運動定位進行控制，其輸入/輸出及內(nèi)部繼電器地址見表42.序號輸入