【正文】 雜。該刀庫采用油壓為動(dòng)力源，因此由油壓系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)部件兩部分組成。運(yùn)動(dòng)部件包括刀庫體(即刀套承載體)和機(jī)械手(負(fù)責(zé)抓刀、換刀)兩部分。刀庫體的轉(zhuǎn)動(dòng)、刀號(hào)的轉(zhuǎn)換和機(jī)械手的整體運(yùn)動(dòng)由伺服電動(dòng)機(jī)來控制，以保證其較高的精度。運(yùn)用電磁閥來控制機(jī)械手的動(dòng)作，比如張開、閉合、伸、縮等?？刂葡到y(tǒng)采用了S7200PLC，可以實(shí)現(xiàn)與外部計(jì)算機(jī)的連接，擁有RS232 等通訊接口。PLC擁有自己獨(dú)立的電源和CPU，通過CPU上RS232 端口可以和觸摸屏、計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。運(yùn)用位置控制單元通過脈沖輸出來帶動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，達(dá)到了較高的定位精度。 大型刀庫的控制系統(tǒng)⑴觸摸屏 采用MT509 Easy View,32位RISC微處理器，畫面展示迅捷。可與PLC直接通訊，無需PLC運(yùn)行任何的附加程序。通過連接PLC可在PC上模擬MT509的操作，直接從PLC獲取數(shù)據(jù)，通過地址來實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC的互動(dòng)。采用EasyBuilder8000軟件編制， ； 軟件界面 觸摸屏編制界面： PLC地址配置⑵計(jì)算機(jī)通過計(jì)算機(jī)使PLC的編程簡單化，通過RS232接口將編制好的程序直接下傳到PLC的存儲(chǔ)器，運(yùn)行的時(shí)候無需再連接計(jì)算機(jī)。當(dāng)然也可以使用編程器來手動(dòng)編程。通過計(jì)算機(jī)還可實(shí)現(xiàn)對PLC的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視、程序的打印等一系列功能。⑶CPU和電源為PLC提供單獨(dú)的電源和運(yùn)算處理單元。⑷位置控制單元和伺服系統(tǒng)位置控制單元提供脈沖輸出口，可按要求向輸出口發(fā)送預(yù)定頻率及一定數(shù)量的脈沖；從PLC的工作區(qū)接收指令并向不同的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出脈沖序列，用于實(shí)現(xiàn)位置控制；可對CPU單元的指令在2ms內(nèi)做出響應(yīng)。定位可以在1073 741 823~1073 741 823個(gè)脈沖內(nèi)被執(zhí)行，速度在1~500000 脈沖/s范圍內(nèi)。這一系列的數(shù)據(jù)意味著在大范圍內(nèi)以精確的速度定位是可能的，因此兩個(gè)電動(dòng)機(jī)所連接的刀庫體和機(jī)械手的定位精度也是非常高的。⑸輸入在此刀庫中，大量地使用了接近開關(guān)來監(jiān)視機(jī)械部件的機(jī)械位置，及時(shí)通過PLC 程序的處理，對下一步的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視。⑹輸出動(dòng)力源采用油壓，系統(tǒng)通過PLC發(fā)送指令給電磁閥，通過電磁閥的通斷電實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的給油、回油，控制機(jī)械手的伸縮、手爪的張合等等。 控制原理大型刀庫有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位要求高等特點(diǎn)。在刀庫回零之后，首先選擇要替換刀的刀號(hào)比如10,在PLC 程序中進(jìn)行計(jì)算伺服電動(dòng)機(jī)所需要的脈沖數(shù)，然后通過位置控制單元將脈沖數(shù)傳輸給驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。若10號(hào)刀到達(dá)預(yù)定等待位置，此時(shí)機(jī)械手手爪松開，到達(dá)指定的換刀位置(伺服電動(dòng)機(jī)的控制與上同)，抓刀，將刀套松開，機(jī)械手伸出離開換刀位置，即完成了換刀過程。在整個(gè)過程中每一個(gè)動(dòng)作的都要受到接近開關(guān)的監(jiān)視，只有動(dòng)作完成才可進(jìn)行下一步的動(dòng)作。 本章小結(jié)通過PLC在大型換刀系統(tǒng)的推廣運(yùn)用，展現(xiàn)了PLC和觸摸屏的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對話，驗(yàn)證了PLC系統(tǒng)的可靠性特點(diǎn)，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。盤式刀庫的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 盤式刀庫PLC程序的設(shè)計(jì)盤式刀庫結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，而且容易控制，在加工中心得到了廣泛的應(yīng)用。本章主要介紹S7200PLC對盤式刀庫換刀過程的控制。 盤式刀庫的特點(diǎn) 刀庫編號(hào)刀庫中的每一個(gè)刀套都有固定的編號(hào)，盤式刀庫采用固定刀位管理，即刀庫中的每個(gè)刀套只用于安裝一把固定的刀具。刀庫的編號(hào)即是刀具的號(hào)碼。盤式刀庫采用普通三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。換刀時(shí)，根據(jù)目標(biāo)刀具號(hào)和當(dāng)前刀具號(hào)的差值刀庫應(yīng)該正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)就近找刀，減少換刀時(shí)間。 刀位管理與換刀由于采用固定刀位管理，刀具的交換實(shí)際是換刀與取刀兩個(gè)動(dòng)作的合成，因此刀庫的控制只有兩個(gè)換刀動(dòng)作，即換刀和取刀。換刀就是把主軸上的刀具歸還到刀庫中相應(yīng)的刀座上，取刀則是根據(jù)目標(biāo)刀具的號(hào)碼，在刀庫中找到這把刀具，并安裝到主軸的過程。 刀庫位置確認(rèn)盤式刀庫在機(jī)床上具有前后兩個(gè)位置，刀庫前衛(wèi)時(shí)刀庫最外的刀具正好與主軸刀套在同一條軸線上，通過氣動(dòng)或液動(dòng)裝置使刀庫在兩個(gè)位置上前后移動(dòng)，并通過兩個(gè)行程開關(guān)來確認(rèn)刀庫前后位置。 換刀方式盤式刀庫沒有換刀機(jī)械手，通過刀庫與Ｚ軸和主軸的配合實(shí)現(xiàn)換刀。 換刀信號(hào)在刀庫上設(shè)有刀具計(jì)數(shù)開關(guān)，檢測刀庫的旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)刀位，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。 換刀動(dòng)作的分析刀庫換刀過程有多個(gè)步驟組成，通過PLC程序控制按序自動(dòng)完成，這些步驟如下。⑴刀庫旋轉(zhuǎn)到換刀坐標(biāo)處，如圖a所示。⑵主軸準(zhǔn)停。⑶刀庫前進(jìn)，抓取舊刀，如圖b所示。⑷主軸松刀。⑸Ｚ軸向上移動(dòng)，讓出刀庫旋轉(zhuǎn)尺寸，如圖c所示。⑹刀庫旋轉(zhuǎn)選刀，如圖d所示。⑺Ｚ軸向下移動(dòng)至換刀為止，如圖e所示。⑻主軸進(jìn)刀，抓取新刀。⑼刀庫后退，換刀結(jié)束，如圖f所示。 刀庫的動(dòng)作監(jiān)控及互鎖刀庫換刀時(shí)，每一個(gè)動(dòng)作正確完成是下一個(gè)動(dòng)作啟動(dòng)的必要條件，為了確保刀庫換刀的安全可靠，在設(shè)計(jì)相應(yīng)的PLC程序時(shí)，必須對每一個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控，避免出現(xiàn)事故。而且，要設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的刀庫控制系統(tǒng)，必須選用可靠的傳感器，例如，松刀、緊刀到位檢測開關(guān)，Z周換刀位置和換刀準(zhǔn)備位置檢測開關(guān)等。 換刀過程用到的PLC指令此次數(shù)控機(jī)床以三菱PLC盤式刀庫進(jìn)行研制，以四個(gè)開關(guān)控制十二個(gè)刀庫進(jìn)行研究，以此電氣圖為研究對象，端子地址賦值表如表51所示： PLC控制I/O接線圖表51 端子地址賦值表電氣控制元件符號(hào)功能PLC編程元件電氣控制元件符號(hào)功能PLC編程元件SBM1停止按鈕X0KS1速度繼電器正轉(zhuǎn)觸頭X11SB1M1點(diǎn)動(dòng)按鈕X1KS2速度繼電器反轉(zhuǎn)觸頭X12SB2M1正轉(zhuǎn)按鈕X2KM1M1正轉(zhuǎn)接觸器主觸頭Y0SB3M1反轉(zhuǎn)按鈕X3KM2M1反轉(zhuǎn)接觸器主觸頭Y1SB4M2停止按鈕X4KM3M1制動(dòng)接觸器主觸頭Y2SB5M2起動(dòng)按鈕X5KM4M2接觸器主觸頭Y3SQM3限位開關(guān)X6KM5M3接觸器主觸頭Y4FR1M1熱繼電器常開觸頭X7KA電流表中間繼電器觸頭Y5FR2M2熱繼電器常開觸頭X10當(dāng)然PLC也可以采用指令編程，：完整結(jié)果見附錄0 LD X0001 = M212 LD X0073 = M1004 LD X0145 = M1016 LD X0027 AN M1018 SET M1029 LD M10210 O M20011 = Y00012 LD M25013 = Y00114 LDP X02516 MPS17 A M10218 MOV K1 D10023 MPP24 RST M10225 LD X02526 = Y01127 LD M800028 BIN K1X003 D20033 LD M800034 A X00735 ADD K9 D200 D20242 LD M800043 AN X00744 ADD K1 D200 D20251 LD X00152 SUB D202 D100 D210 本章小結(jié)一套包括刀庫和控制系統(tǒng)的完整運(yùn)動(dòng)裝置，通過發(fā)出換刀指令，PLC能找到所需刀號(hào)并完成運(yùn)動(dòng)過程。通過PLC 在刀庫換刀系統(tǒng)的推廣運(yùn)用，展現(xiàn)了PLC和觸摸屏的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對話，驗(yàn)證了PLC系統(tǒng)的可靠性特點(diǎn)，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。6 結(jié)論與展望 結(jié)論數(shù)控技術(shù)的發(fā)展必定是未來制造業(yè)的發(fā)展方向，刀庫的發(fā)展極大的左右了加工中心的發(fā)展，而盤式刀庫的結(jié)構(gòu)解決了刀庫容量，機(jī)床加工范圍等眾多問題。在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，大量的時(shí)間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運(yùn)零件等非切削時(shí)間上，切削加工時(shí)間僅占整個(gè)工時(shí)中較小的比例。而刀庫及由此“工序集中”的特點(diǎn)及功能，因此數(shù)控加工中心特別是帶刀庫的加工中心是未來制造業(yè)的發(fā)展方向。通過完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料的能力、設(shè)計(jì)手冊、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉。 不足之處和未來展望通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對知識(shí)的掌握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序用到可編程控制器中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能通過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。在設(shè)計(jì)的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學(xué)習(xí)的過程中，不是每一個(gè)問題都能自己解決，向老師請教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的方法，不是有句話叫做思而不學(xué)者殆。做事要學(xué)思結(jié)合。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC、等各種工業(yè)控制中。加上PLC在通信方面能力的增強(qiáng)和人機(jī)對話技術(shù)的發(fā)展，從而使對用PLC組成各控制系統(tǒng)變的十分方便。到現(xiàn)在21世紀(jì)，PLC將會(huì)有更巨大的發(fā)展。今后PLC將會(huì)有存儲(chǔ)能力更強(qiáng)大、計(jì)算好能力更快以及更高級的智能功能的類型出來；從PLC的規(guī)模上來說，會(huì)一步一步向更小型和超大型方向發(fā)展；從對市場的需求方面來說，將會(huì)出現(xiàn)由幾個(gè)少數(shù)公司壟斷市場的局面，打破了由不同各國生產(chǎn)多種產(chǎn)品的局面，從而將會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；最后從網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展情況來說，PLC和其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是PLC的今后發(fā)展方向。比如說在當(dāng)今的DCS計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)中，已經(jīng)有大量的PLC應(yīng)用。隨著日后網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，而作為數(shù)控機(jī)床中重要組成部分之一—刀庫，已經(jīng)儼然超過了其作為切削加工機(jī)床的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合高精度、高效能、高可靠度和多復(fù)合的任務(wù)等等一系列產(chǎn)品。在今后刀庫的產(chǎn)品將慢慢向高效能、輕量化、低成本的方向發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床和PLC控制系統(tǒng)的結(jié)合，將使刀庫的發(fā)展前景變的更加美好。參考文獻(xiàn)[1] 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