【正文】 輸出數(shù)據(jù)內(nèi)部繼電器1234567—刀具檢測—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—停止信號表43 PLC輸入/輸出及內(nèi)部繼電器地址分配圖43 自動換刀PLC流程圖設(shè)減速標(biāo)志檢測刀具是正轉(zhuǎn)?當(dāng)前刀號加1當(dāng)前刀號減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，取補后內(nèi)存，若差值大于當(dāng)前刀號的一半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應(yīng)的位置。而是在中斷事件發(fā)生時由操作系統(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，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)也不會隨之改變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個周期的讀取階段被讀入。 PLC的工作原理PLC通電后，需要對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，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。如圖g所示,待主軸上自動夾緊機構(gòu)夾緊刀具后，機械手順時針轉(zhuǎn)75176。機械手轉(zhuǎn)75176。另外還必須考慮換刀機械手尺寸的要求和主軸上拉緊刀柄的拉釘尺寸要求。（2）機械手由交流異步電動機帶動凸輪機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，整個換刀過程機械手僅在主軸送/拉到是啟動/停止3次，整個換刀動作連貫穩(wěn)定，運行可靠，換刀時間一般在2s左右。但使用一段時間后可能胡因為油質(zhì)、油壓、油溫及環(huán)境因素的變化而影響運動速度和準(zhǔn)確性。這樣刀具就可以任意取出并送回。每次換刀時，刀庫順序轉(zhuǎn)動一個刀座位置，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刀座內(nèi)。當(dāng)?shù)稁烊萘看髸r，常遠(yuǎn)離主軸配置且整體移動不易，這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機構(gòu)來執(zhí)行換刀動作。整個機械手可沿導(dǎo)軌或絲杠作直線移動或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)刀庫與主軸之間的運送刀具工作，如圖2—9所示：圖2—9 雙臂往復(fù)交叉式機械手 雙臂端面夾緊式機械手這種機械手只是在夾緊部位上和前幾種不同，上述幾種機械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來抓住刀具，而此種機械手則是夾緊刀柄的兩個端面，如圖2—10所示：圖2—10 雙臂端面夾緊式機械手由于雙臂回轉(zhuǎn)式機械手的動作比較簡單，而且能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫上的刀具，換刀時間較短，故我們選用雙臂回轉(zhuǎn)式機械手。由于加工中心機床的刀庫和主軸，其相對位置距離不同，相應(yīng)的換刀機械手的運動過程也不盡相同，它們由各種形式的機械手來完成。在刀庫容量較大時，也有安裝在單獨的地基上的，以隔離刀庫轉(zhuǎn)動造成的振動。消除反向間隙方法有以下幾種：電氣系統(tǒng)自動補償方式，在鏈輪軸上安裝編碼器，單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動方式，使刀套單方向運行、單方向定位以及使刀套雙向運行、單向定位方式等。刀庫回零時，只能從一個方向回零，至于是順時針回轉(zhuǎn)回零，還是逆時針回轉(zhuǎn)回零，可由機電設(shè)計人員商定。這種“換刀時間”，一般約為5秒。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。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。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。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。1 體積小型化。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。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。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(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，具有很高的性能價格比，PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(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。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)周期和提高市場競爭力。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，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務(wù)。完成此功能的機構(gòu)包括送刀臂、擺刀站和換刀臂、總稱為機械手。在分析控制要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計出相應(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 題 目 加工中心智能換刀系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 翁 志 義 學(xué) 號： 09312124 專 業(yè)： 自動化 系 別： 機械與電子工程系 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 機床的發(fā)展與應(yīng)用,大大降低了零件加工的輔助時間,極大的提高了生產(chǎn)率。通過分析刀庫的自動換刀的過程，使刀庫在加工中心上能配合換刀機械手的需要——能在數(shù)控程序的控制下靈活的實現(xiàn)換刀過程每次換新刀只需輸入相應(yīng)換刀號信號即可。當(dāng)?shù)稁烊萘看髸r，常遠(yuǎn)離主抽配置且整體移動不易，這就需要在主軸和刀庫之間配置換刀機構(gòu)來執(zhí)行換刀動作。長期以來，歐、美、亞在國際市場上互相展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨著電子、計算機技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機床在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床展上各國機床制造商競相展示先進(jìn)技術(shù)、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國1958年研制出第一臺數(shù)控機床以來，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。 數(shù)控機床發(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。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(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，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(fù)雜的控制功能。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。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。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。. 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。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。刀庫不承受切削加工的作用力，它的工作條件比較好。但有些動作如進(jìn)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。這時處于機械手抓刀位置的刀套，編號為1好，然后依次編上其他刀號。（3）傳動時要消除傳動間隙。目前大量的刀庫安裝在機床立柱的頂面或側(cè)面。加工中心換刀機械手的種類繁多，可以說每個廠家都推出自己的獨特的換刀機械手，在加工中心的自動換刀系統(tǒng)中，是機械手具體執(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)。卸刀手完成往主軸上取下“舊刀”歸回刀庫，裝刀機械手執(zhí)行從刀庫取出“新刀”裝入主軸。供換刀機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刀座內(nèi)。刀庫上裝有位置檢測裝置，可獲得每個刀套的位置。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。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、45號、50號，個別的還有35號和30號。使刀具軸線與主軸軸線平行，如圖b所示。機械手順時針轉(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應(yīng)用程序的執(zhí)行，每個掃描周期都要執(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，即刀具號就是刀庫位置號。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。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刀號位置時，刀庫要減速。由各種開關(guān)提供控制信號，這些個信號通過PLC轉(zhuǎn)化為控制信號。通過對液壓傳動系統(tǒng)的工作過程和特點進(jìn)行分析，液壓傳動系統(tǒng)控制的任何一個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會、加工中心刀庫的設(shè)計，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，運算指令等功能指令是這次實習(xí)的主要內(nèi)容。其次，以前我總是以為我什么東西都懂了，但到了實際設(shè)計過程中才發(fā)現(xiàn)自己是那么的膚淺，所以設(shè)計過程中我逐漸克服了自己眼高手低的缺點。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)求實的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵