【正文】 長江學院（論文） 11 第二章 機械手的自動換刀裝置研究 加工中心要完成對工件的多工序加工，必須要在加工過程中自動更換刀具，為完成這項工作而設置的儲存及更換刀具的系統(tǒng)統(tǒng)稱為自動換刀系統(tǒng)。自動換刀系統(tǒng)本省及相關結(jié)構(gòu)的復雜程度又會對機床的成本造價產(chǎn)生直接影響。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機床主軸的聯(lián)絡方式，將直接影響機床的加工性能。如：雙機熱備、自動切換 I/O、雙機表決（當出入狀態(tài)與 PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開改 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 10 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。這樣， PLC與個人計算機，工業(yè)控制計算機，集散控制系統(tǒng)在功能和應用方面互相滲透，使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。個人計算主要用作 PLC 的編程器、操作站或人 /機接口終端，其發(fā)展是使 PLC具備計算機的功能。某些 PLC的過程控制還具有自適應，參數(shù)自整 定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。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。 PLC的性能主要包括 CPU性能與 I/O性能兩大方面?，F(xiàn)代 PLC無論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)于早期的 PLC有了很大的不同， PLC體積被大幅度縮小。 1 體積小型化。 PLC與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參考值進行比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將他們打印制表。 PID閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 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。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應用領域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭。 PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的的配線少很多，股可以節(jié)省大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，加上開關柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費用。 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。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。對于復雜的控制系統(tǒng)，設計 梯形圖的時間比設計相同功能的繼電器控制系統(tǒng)電路圖的時間要少很多。 PLC的梯形圖程序一般用順序控制設計法來設計。 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已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。由于觸電接觸不良，容易出現(xiàn)故障。 硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。 PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。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。其特點如下： 1. 編 程方法簡單易學 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 7 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，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電器技術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。 PLC之所以高速發(fā)展除了工業(yè)自動化的客觀需求外，還有許多獨特的優(yōu)點。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 可編程控制技術的現(xiàn)狀及發(fā)展狀況 可編程控制器的特點 可編程控制器，簡稱 PLC（ Programmable logic controller），是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。 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。 2. 復合化 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 6 數(shù)控機床的功能復合化的發(fā)展以其復合加工實現(xiàn)了一次裝夾后完成各種復雜零件的全部加工，從而減少了不創(chuàng)造價值的輔助時間，提高了機床的效率和加工精度，降低了生產(chǎn)制造成本，提高了生產(chǎn)的 柔性。 高精度化：精密化是為了適應高新技術發(fā)展的需要，隨著高新技術的發(fā)展對機電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機床用戶對機床加工精度的要求也越來越高，數(shù)控加工機床的加工精度提高了一倍，達到 15微米。高速、高精度加工技術可極大地提高效率，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。存在的主要問題包括：缺乏各方面專家人才和熟練技術工；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。在 20 余年間，數(shù)控機床的設計和制造技術有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓額一批設計、制造使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進零部件，數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應國內(nèi)市場需求，但對關鍵技術的實驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。主要存在的問題時盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在 1958~1979年間為第一階段，從 1979 年至今未第二階段?？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。T公司研制出帶 ATC（自 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 5 動刀具交換裝置）的加工中心。 1956 年，日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國 IBM 公司同期研制成功了“ APT”（刀具程序控制裝置）的加工中心。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。 國內(nèi)外數(shù)控機床的現(xiàn)狀 當今世界，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。由于數(shù)控加工中心的刀庫容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率，而自動換刀就是進一步壓縮非切削時間，提 高生產(chǎn)效率，改善勞動條件。驅(qū)動裝置則是使刀庫和機械手實現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進電機或液壓（或氣壓機構(gòu)）或凸輪機構(gòu)組成。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。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。自動換刀系統(tǒng)一般由刀庫，機械手和驅(qū)動裝置組成。 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 3 Abstract With the development of NC, the automatic tool changer system is More and more important in the modern advanced manufacture, because the ATC can shorten the cycle time of product manufacturing, improve the precision of product machining. The latest requirements of machine tool user prise of diversification of control object,plexity of process, flexible of application and high reliability. The function of tool magazine is that stores the tool and moves the tool which will be used in the next manufacturing process to the right changeover position and robot will finish the change over tool When the tool magazine39。 在分析控制要求的基礎上，設計出相應控制程序。 本設計的題目是基于 PLC加工中心刀庫換刀控制系統(tǒng)的設計。加工中心的關鍵在于 CNC 對刀庫的自動選刀和刀庫、機械手與主軸間的自動換刀 ,加工中心出現(xiàn)故障 80%都在上述方面本課題就是針對現(xiàn)有的自動換刀裝置進一步減少換刀時間 ,利用 PLC 對刀庫的選刀控制和 刀庫 、 機械手與主軸間的自動換刀控制以及刀庫精確定位。加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置 ,能對工件按預定程序進行多工序加工的高度自動化的多功能的數(shù)字控制機床。 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院 畢 業(yè) 設 計 題 目 加工中心智能換刀系統(tǒng)設計 學生姓名： 翁 志 義 學 號： 09312124 專 業(yè)： 自動化 系 別： 機械與電子工程系 指導教師： 職稱： 講師 二零一三年六 月 東華理工大學長江學院（論文） 東華理工大學長江學院（論文） 2 摘 要 關鍵詞 ： ? 加工中心 ATC?刀庫 ?PLC?自動選刀 ?液壓傳動 機床的發(fā)展與應用 ,大大降低了零件加工的輔助時間 ,極大的提高了 生產(chǎn)率。隨著數(shù)控機床的普及應用 ,機械加工的自動化程度大大提高 ,數(shù)控機床發(fā)展成了當今普遍應用的一種更新、更先進的制造設備即加工中心。 自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具存儲量足夠、刀具的安置空間小以及安全可靠等基本要求。利用 PLC 控制液壓傳動機構(gòu) ,使液壓傳動更加穩(wěn)定和精確。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換刀號信號即可。控制程序包含： 建立當前刀具庫映像、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。s capacity is so big and the distance of tool position is more far away the principal axis, there need the tool exchanging unit to implement the changeover work between the principal axis and tool magazine. The framework of this function include the robot, tools rotation station and changeover control the use of hydraulic transmission, made hydraulic transmission to more stable and accurate. this design topic is based on the PLC machining center tool change