【正文】 輸出數(shù)據(jù)內(nèi)部繼電器1234567—刀具檢測(cè)—復(fù)位按鈕—正轉(zhuǎn)—反轉(zhuǎn)—減速—停車VW010—現(xiàn)值VW012—設(shè)定值VW014—差值—換刀指令—啟動(dòng)微分—復(fù)位微分—正轉(zhuǎn)標(biāo)志—反轉(zhuǎn)標(biāo)志—減速標(biāo)志—停止信號(hào)表43 PLC輸入/輸出及內(nèi)部繼電器地址分配圖43 自動(dòng)換刀PLC流程圖設(shè)減速標(biāo)志檢測(cè)刀具是正轉(zhuǎn)?當(dāng)前刀號(hào)加1當(dāng)前刀號(hào)減1當(dāng)前值=0?當(dāng)前值=21?20當(dāng)前內(nèi)存1當(dāng)前值內(nèi)存差值減1224。用設(shè)定值VW12減去當(dāng)前值VW10，得到差值VW14內(nèi)存，若VW14為負(fù)值，取補(bǔ)后內(nèi)存，若差值大于當(dāng)前刀號(hào)的一半5，若小于5，；設(shè)正轉(zhuǎn)輸出標(biāo)志后使差值VW14小于一半（也就是10減去差值VW14，然后差值VW14內(nèi)存）。就近尋找目標(biāo)刀具。刀庫回到原始位置。還刀是主軸上有刀具，將主軸刀具還回刀庫中對(duì)應(yīng)的位置。而是在中斷事件發(fā)生時(shí)由操作系統(tǒng)調(diào)用。STEP7Micro/WINde 程序編輯器窗口下部的標(biāo)簽用來選擇不同的程序。圖32 梯形圖與語句表 圖33 功能模塊4. 語句表PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)式，由指令組成指令表或語句表程序。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器的技術(shù)人員掌握，特別適用于數(shù)字量邏輯控制，有時(shí)候梯形圖稱為電路或程序。2） 梯形圖（Ladder Diagram，LD）。當(dāng)CPU的操作模式從RUN變?yōu)镾TOP是，數(shù)字量輸出位置為系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，默認(rèn)的設(shè)置是將所有的數(shù)字量輸出清零。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之改變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)周期的讀取階段被讀入。 PLC的工作原理PLC通電后，需要對(duì)硬件和軟件作一些初始化工作。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的心臟和大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)。如圖g所示,待主軸上自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具后，機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)75176。機(jī)械手轉(zhuǎn)75176。另外還必須考慮換刀機(jī)械手尺寸的要求和主軸上拉緊刀柄的拉釘尺寸要求。（2）機(jī)械手由交流異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過程機(jī)械手僅在主軸送/拉到是啟動(dòng)/停止3次，整個(gè)換刀動(dòng)作連貫穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，換刀時(shí)間一般在2s左右。但使用一段時(shí)間后可能胡因?yàn)橛唾|(zhì)、油壓、油溫及環(huán)境因素的變化而影響運(yùn)動(dòng)速度和準(zhǔn)確性。這樣刀具就可以任意取出并送回。每次換刀時(shí)，刀庫順序轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(gè)刀座內(nèi)。當(dāng)?shù)稁烊萘看髸r(shí)，常遠(yuǎn)離主軸配置且整體移動(dòng)不易，這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機(jī)構(gòu)來執(zhí)行換刀動(dòng)作。整個(gè)機(jī)械手可沿導(dǎo)軌或絲杠作直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫與主軸之間的運(yùn)送刀具工作，如圖2—9所示：圖2—9 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手 雙臂端面夾緊式機(jī)械手這種機(jī)械手只是在夾緊部位上和前幾種不同，上述幾種機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來抓住刀具，而此種機(jī)械手則是夾緊刀柄的兩個(gè)端面，如圖2—10所示：圖2—10 雙臂端面夾緊式機(jī)械手由于雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手的動(dòng)作比較簡單，而且能夠同時(shí)抓取和裝卸機(jī)床主軸和刀庫上的刀具，換刀時(shí)間較短，故我們選用雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手。由于加工中心機(jī)床的刀庫和主軸，其相對(duì)位置距離不同，相應(yīng)的換刀機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程也不盡相同，它們由各種形式的機(jī)械手來完成。在刀庫容量較大時(shí)，也有安裝在單獨(dú)的地基上的，以隔離刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)造成的振動(dòng)。消除反向間隙方法有以下幾種：電氣系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償方式，在鏈輪軸上安裝編碼器，單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動(dòng)方式，使刀套單方向運(yùn)行、單方向定位以及使刀套雙向運(yùn)行、單向定位方式等。刀庫回零時(shí)，只能從一個(gè)方向回零，至于是順時(shí)針回轉(zhuǎn)回零，還是逆時(shí)針回轉(zhuǎn)回零，可由機(jī)電設(shè)計(jì)人員商定。這種“換刀時(shí)間”，一般約為5秒。機(jī)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。獨(dú)立的刀庫大大增加了刀具的儲(chǔ)存數(shù)量，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，并能較好地減少各種影響加工精度的干擾。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸的聯(lián)絡(luò)方式，將直接影響機(jī)床的加工性能。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(shí)間減少，控制精度提高。1 體積小型化。PLC通過模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)PID（比例積分微分）控制。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，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。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。與相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比，PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r 可編程控制器的特點(diǎn)可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic controller），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。高速、高精度加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭力。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今未第二階段。中國加入WTO后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭，今后如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)。完成此功能的機(jī)構(gòu)包括送刀臂、擺刀站和換刀臂、總稱為機(jī)械手。在分析控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出相應(yīng)控制程序。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院（論文）東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 加工中心智能換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 翁 志 義 學(xué) 號(hào)： 09312124 專 業(yè)： 自動(dòng)化 系 別： 機(jī)械與電子工程系 指導(dǎo)教師： 職稱： 講師 二零一三年六月 東華理工大學(xué)長江學(xué)院（論文） 東華理工大學(xué)長江學(xué)院（論文）摘 要 機(jī)床的發(fā)展與應(yīng)用,大大降低了零件加工的輔助時(shí)間,極大的提高了生產(chǎn)率。通過分析刀庫的自動(dòng)換刀的過程，使刀庫在加工中心上能配合換刀機(jī)械手的需要——能在數(shù)控程序的控制下靈活的實(shí)現(xiàn)換刀過程每次換新刀只需輸入相應(yīng)換刀號(hào)信號(hào)即可。當(dāng)?shù)稁烊萘看髸r(shí)，常遠(yuǎn)離主抽配置且整體移動(dòng)不易，這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機(jī)構(gòu)來執(zhí)行換刀動(dòng)作。長期以來，歐、美、亞在國際市場(chǎng)上互相展開激烈競(jìng)爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨著電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多要求，早已成為四大國際機(jī)床展上各國機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)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。4. 柔性化、集成化為適應(yīng)制造自動(dòng)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(dòng)測(cè)量，自動(dòng)上下料，自動(dòng)換刀，自動(dòng)誤差補(bǔ)償，自動(dòng)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。2. 性能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)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。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。3. 閉環(huán)過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 可編程邏輯控制器的發(fā)展趨勢(shì)從當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)性能來看，PLC發(fā)展趨勢(shì)仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面。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)。. 課題的研究意義自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。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。刀庫不承受切削加工的作用力，它的工作條件比較好。但有些動(dòng)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。這時(shí)處于機(jī)械手抓刀位置的刀套，編號(hào)為1好，然后依次編上其他刀號(hào)。（3）傳動(dòng)時(shí)要消除傳動(dòng)間隙。目前大量的刀庫安裝在機(jī)床立柱的頂面或側(cè)面。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(dòng)換刀系統(tǒng)中，是機(jī)械手具體執(zhí)行刀具的自動(dòng)更換，對(duì)其要求是迅速可靠、準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。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。供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。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)。刀庫上裝有位置檢測(cè)裝置，可獲得每個(gè)刀套的位置。這種方式需要足夠的液壓動(dòng)力和電磁閥刀庫旋轉(zhuǎn)速度可通過節(jié)流閥調(diào)整。常用于不需頻繁換刀的大型臥式加工中心。刀面有多種規(guī)格，常用的有ISO標(biāo)準(zhǔn)的40號(hào)、45號(hào)、50號(hào)，個(gè)別的還有35號(hào)和30號(hào)。使刀具軸線與主軸軸線平行，如圖b所示。機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)75176。 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(chǔ)器組成。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(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。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。若梯形圖中輸出點(diǎn)的線圈“斷電”，對(duì)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(duì)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。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）。2. 梯形圖梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語言。如圖32中的控制邏輯與圖33中的相同。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。中斷程序不是有用戶用戶程序調(diào)用。取刀既是主軸上無刀具，將目標(biāo)刀具由刀庫取刀主軸上。主軸緊刀。換刀控制的基本約定：盤式刀庫采用固定刀位，即刀具號(hào)就是刀庫位置號(hào)。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(hào)所在的數(shù)據(jù)表地址，換刀起動(dòng)，并設(shè)定新刀號(hào)內(nèi)存。4）為提高換刀效率，當(dāng)指定刀具號(hào)轉(zhuǎn)至距取到位置相差兩個(gè)刀號(hào)位置時(shí)，刀庫要減速。由各種開關(guān)提供控制信號(hào)，這些個(gè)信號(hào)通過PLC轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)。通過對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作過程和特點(diǎn)進(jìn)行分析，液壓傳動(dòng)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。為我們的大學(xué)生活畫上一個(gè)圓滿的額句號(hào)，也為我們即將開始的工作提供了很好的練兵機(jī)會(huì)、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。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。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)。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(shí)、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(lì)