【正文】 Annals of the CIRP，1995，49(2):383～387[20] AOURNALT， of HSK tool interfaee under high Rotationspeed[J]在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！最后，我還要向百忙之中抽時(shí)間對本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。我們不但要會(huì)學(xué)習(xí)知識(shí)，更要會(huì)將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際工作中，那樣才能學(xué)以致用，才能造福自己和別人。理論是對實(shí)際操作的一個(gè)提煉和升華，是一個(gè)被理想化了的實(shí)際操作的模型，將實(shí)際操作簡單化了。給了我很大的啟發(fā)，在以后的日子里循序漸進(jìn)抽絲剝繭的慢慢完成程序。最后分析調(diào)試程序。自動(dòng)刀庫作為加工中心的重要部分應(yīng)用廣泛。因此，它特別適合對國內(nèi)現(xiàn)有的加工中心的改造。作為畢業(yè)之前的最后一次練兵，也為了把所有的知識(shí)串聯(lián)起來。而液壓系統(tǒng)的這些能量損耗都變成了熱量，是系統(tǒng)的溫度升高，影響液壓元件的正常工作。液壓泵的選擇時(shí)泵的定量不能過大，這樣可降低能耗，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量的大小選擇其型號(hào)規(guī)格，特別注意其定量泵不能過大，這樣可以降低能耗。而其向自動(dòng)化、高效率、高精度方向的發(fā)展，是不斷提高它與電傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)競爭的關(guān)鍵。對于功能強(qiáng)大的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由好幾個(gè)功能不同的回路組成，這些個(gè)回路共同完成機(jī)械的各種運(yùn)動(dòng)及控制功能。差值內(nèi)存NNNYNNYNYNYYY設(shè)定值=現(xiàn)值設(shè)停車標(biāo)志停車有效?正傳有效 輸出正傳停車反轉(zhuǎn)有效 輸出反轉(zhuǎn)設(shè)正傳輸出標(biāo)志使差值小于一半差值=2啟動(dòng)換刀換刀號(hào)設(shè)定值減當(dāng)前值差值為負(fù)負(fù)值取補(bǔ)224。2）刀庫盤上共有10把刀。若差值VW14小于或等于2。）轉(zhuǎn)動(dòng)：為提高定位精度，當(dāng)指定刀具號(hào)轉(zhuǎn)至離取刀具號(hào)位置時(shí)減速。程序測試時(shí)要求：刀庫無換刀動(dòng)作。z軸返回到換刀準(zhǔn)備為位置。Z軸返回到換刀準(zhǔn)備位置。主軸準(zhǔn)停，主軸松刀。換刀是主軸上有刀具，先將主軸上的刀具還回刀庫中對應(yīng)的位置上，然后目標(biāo)刀具由刀庫取到主軸上。數(shù) 控 裝 置 刀 庫 回 轉(zhuǎn) 指 令刀 號(hào) 復(fù) 合 判 斷刀 具 檢 索譯 T 指 令 代 碼刀 庫回轉(zhuǎn)控制位置反饋圖41 T功能處理示意圖數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出T代碼換刀指令給PLC，經(jīng)譯碼后在數(shù)據(jù)表中檢索，找到代碼指定的新刀號(hào)所在的數(shù)據(jù)表地址，并與實(shí)現(xiàn)刀號(hào)對照，如果不相同，則將刀庫回轉(zhuǎn)控制信號(hào)送至刀庫控制系統(tǒng)，直到定位到新刀號(hào)位置，刀庫才停止回轉(zhuǎn)，并準(zhǔn)備換刀。中斷程序是用戶編寫的。設(shè)計(jì)的好的子程序容易移植到其他別的項(xiàng)目中。因?yàn)楦鱾€(gè)程序都放在獨(dú)立的程序塊中，各程序結(jié)束時(shí)不需要加入無條件結(jié)束指令或無條件返回指令。1. 主程序主程序是程序的主體，每一個(gè)項(xiàng)目都必須并且只能有一個(gè)主程序。語句表比較適合熟悉PLC和程序設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用。3. 功能塊圖這是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人很容易讀懂。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的功能塊組成。1. 序功能圖這是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制流程。3） 功能塊圖（Function Block Diagram，F(xiàn)BD）。其中的第三部分（IEC 611313）是編程語言的標(biāo)準(zhǔn)。6. 中斷程序處理如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時(shí)，CPU停止正常的掃描工作方式立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高到PLC對某些事件的相應(yīng)速度。5. 改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送大輸出模塊并鎖存起來，梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時(shí)，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)。程序運(yùn)行時(shí)，對輸入、輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實(shí)際的I/O點(diǎn)，這樣做有以下兩點(diǎn)好處：（1）程序執(zhí)行輸入點(diǎn)的狀態(tài)是固定不變，程序執(zhí)行完以后再輸出過程映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。外接的輸入電路斷開時(shí)，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。為了使PLC得輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后PLC要反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)如圖3—1，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。4. 電源PLC使用AC 220V 電源或 DC 24V 電源。2. I/O模塊輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，它們相當(dāng)于人的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。回到原始位置。使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。如圖c所示，換刀機(jī)械手逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)75176。如上圖a所示刀庫位于立柱左側(cè)，刀具軸線在刀庫中的安裝方向與主軸垂直。目前國內(nèi)機(jī)床上使用的刀柄規(guī)格很多，而且使用標(biāo)準(zhǔn)有美國的、德國的、日本的。 刀柄自動(dòng)換刀裝置的工作質(zhì)量表現(xiàn)為換到時(shí)間和故障率，刀柄的選擇直接影響到機(jī)床的開動(dòng)率和設(shè)備的投資大小，因此對刀柄的選擇十分重要。但對主軸拉松刀及爪刀位置的準(zhǔn)確性要求較高，常用于需頻繁換刀的中小型加工中心。3. 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)與控制方式:（1）機(jī)械手用液壓驅(qū)動(dòng)，靠接近開關(guān)檢測位置。一般用于不需頻繁換刀的大中型機(jī)床。（2）刀庫由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，有快/慢速之分，用接近開關(guān)計(jì)數(shù)并定位。刀庫上還沒有機(jī)械遠(yuǎn)點(diǎn)，使每次選刀時(shí)就近選取。每把刀具都有自己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重復(fù)使用，換下的刀具不用放回原刀座，刀庫的容量也可相應(yīng)減少。但由于刀庫中刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，必須增加刀庫的容量，降低了利用率。刀具的類型有盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁斓榷喾N形式，刀庫的形式和容量要根據(jù)機(jī)床的工藝范圍來確定。 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。ATC的主要組成部分是刀庫、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置。如果我們采用不能伸縮的機(jī)械手，由于機(jī)械手回轉(zhuǎn)時(shí)其手部回轉(zhuǎn)半徑較大，如刀庫中刀具排得較密，可能碰撞刀具，且用這種類型的機(jī)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(shí)間將增加。其中一個(gè)機(jī)械手執(zhí)行拔“舊刀”歸回刀庫，另一個(gè)機(jī)械手執(zhí)行從刀庫取“新刀”插入機(jī)床主軸上，如圖2—8所示：圖2—8 雙機(jī)械手 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手這種機(jī)械手兩臂可往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定角度。 單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)的軸線與刀具主軸平行，機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來進(jìn)行自動(dòng)換刀，換刀具的所花費(fèi)的時(shí)間長，用于刀庫換刀位置的刀座的軸線相平行的場合。經(jīng)過對上述兩種刀庫形式的比較，以及結(jié)合的實(shí)際情況，在本設(shè)計(jì)中采用盤式刀庫這種結(jié)構(gòu)。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。刀具軸向安裝的結(jié)構(gòu)最為緊湊，但為了換刀時(shí)刀具與主軸同向，有的刀庫中的刀具需要在換刀位置作翻轉(zhuǎn)。鏈?zhǔn)降稁煊腥缦绿攸c(diǎn)：適用于刀庫容量較大的場合，所占的空間小。這種準(zhǔn)停方式的優(yōu)點(diǎn)是能有效地消除傳動(dòng)鏈反向間隙的影響，保護(hù)傳動(dòng)鏈，使其免受換刀撞擊力，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可不用制動(dòng)自鎖裝置。如果刀套不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上，將會(huì)使換刀機(jī)械手抓刀不準(zhǔn)，以致在換刀時(shí)容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。兼起張緊輪作用的左側(cè)兩個(gè)導(dǎo)論，其輪座必須帶有導(dǎo)向槽（或?qū)蜴I），以免松開安裝螺釘時(shí)，輪座位置歪扭，對張緊調(diào)節(jié)帶來麻煩。 鏈?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁彀▎苇h(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。由于這種自動(dòng)換刀裝置是用于多工序零件加工，換刀頻繁，如果每一次的“自動(dòng)換刀過程時(shí)間”稍長一點(diǎn)，多次換刀所積累的結(jié)果就會(huì)相當(dāng)可觀，就不能顯著提高生產(chǎn)效率，因此，在設(shè)計(jì)條件允許的情況下，應(yīng)盡可能縮短“自動(dòng)換刀過程時(shí)間”。從而有利于提高機(jī)床的加工精度。刀庫的儲(chǔ)存量一般在8～64把范圍內(nèi)，多的可達(dá)10～200把。 自動(dòng)換刀系統(tǒng)研究 刀庫介紹刀庫式換刀裝置有一個(gè)存儲(chǔ)刀具的刀庫，機(jī)床只需一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的刀具主軸（鉆，膛，銑類機(jī)床）或刀架（車床類機(jī)床）。自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的刀庫，換刀的可靠性，即換刀速度直接影響到加工中心的工作效率。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(huì)影響機(jī)床的換刀效率。改善和發(fā)展新的編程語言、高性能的外部設(shè)備和圖形監(jiān)控技術(shù)構(gòu)成的人/及對話技術(shù)，除梯形圖、流程圖、專用語言指令外，還增加了BASIC、C語言的編程功能和容錯(cuò)功能。另外，PLC不斷與計(jì)算機(jī)相結(jié)合。智能I/O模塊式以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件。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。5. 通信聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括PLC與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺(tái)PLC之間的通信、PLC與其他智能控制設(shè)備（例如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。小型PLC用PID指令實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán)控制。2. 運(yùn)動(dòng)控制PLC使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，對直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加工控制，可以實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸位置控制，是運(yùn)動(dòng)控制欲順序控制有機(jī)地結(jié)合在一起。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(shí)間繼電器，小型PLC的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)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。PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察出信號(hào)的狀態(tài)。5. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等期間，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。4. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器，時(shí)間繼電器。3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中的可靠、安全、靈活、方便經(jīng)濟(jì)等問題。在1987年國際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)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(jì)的數(shù)字操作的電子裝置”。復(fù)合功能的機(jī)床是今年來發(fā)展快的機(jī)種，其核心是在一臺(tái)機(jī)床上要完成車、銑、鉆、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種操作工序。高速化：提高進(jìn)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(jī)技術(shù)，直接將電機(jī)與主軸連接成一體后，裝入軸部件。至今許多重要功能部件，自動(dòng)化刀具，數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床水平差距很大。第一階段中對數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，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。1967年出現(xiàn)了FMS，1978年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有ATC裝置。自從1052年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控機(jī)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。所以數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時(shí)間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。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。刀庫容量可大可小，其裝刀數(shù)在20—180把之間?？刂瞥绦虬?建立當(dāng)前刀具庫映像、記錄請求刀具號(hào)、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)、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(qiáng)、運(yùn)行效率高，能很好地滿足實(shí)用要求。利用PLC 控制液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu),使液壓傳動(dòng)更加穩(wěn)定和精確。隨著數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用,機(jī)械加工的自動(dòng)化程度大大提高,數(shù)控機(jī)床發(fā)展成了當(dāng)今普遍應(yīng)用的一種更新、更先進(jìn)的制造設(shè)備即加工中心。加工中心帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置,能對工件按預(yù)定程序進(jìn)行多工序加工的高度自動(dòng)化的多功能的數(shù)字控制機(jī)床。本設(shè)計(jì)的題目是基于PLC加工中心刀庫換刀控制系統(tǒng)