【毕业设计】加工中心刀库部分PMC控制系统设计研究毕业设计说明书

加工中心按主轴的布置方式分为立式和卧式两类。

卧式加工中心般具有分度转台或数控转台。

可加工工件的各个侧面也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。

立式加工中心是刀具主轴垂直设置，其传统的布局方式是工作台作，天津工程师范学院届本科生毕业设计方向运动，主轴箱在立柱上作方向运动，刀库可以装在立柱的侧。

此外，还有带立卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。

自动换刀装置主要由刀库换刀装置和驱动装置几部分组成。

刀库种类很多，常见的有盘式和链式两类。

链式刀库的特点是存刀量多扩展性好在加工中心上的配置位置灵活，但结构复杂。

盘式刀库结构简单紧凑，应用较多，适用于中小型加工中心。

从统计数据来看卧式加工中心刀库容量有，等，立式加工中心有把容量的刀库。

用于柔性制造单元或柔性制造系统的加工中心机床，其刀库容量应选大容量刀库，甚至配置可交换刀库。

换刀装置在机床主轴与刀库之间交换刀具，常见的为机械手也有不带机械手而由主轴直接与刀库交换刀具的，称无臂式换刀装置。

换刀机械手具有多种形式单臂式双臂式轨道式等等，其中使用等较广泛的是回转式单臂双手的机械手，这种机械手转动角度士即可抓取刀的需要，其运动过程靠步进电机或液压或气液机构或凸轮机构来完成。

机械手能够完成抓刀拔刀回转换刀以及返回等全部动作过程。

现代的些加工中心，为提高换刀速度，不采用机械手来完成换刀作业，而是直接利用工作主轴和机床刀具库的相对运动来实现自动换刀。

为了进步缩短非切削时间，有的加工中心配有两个自动交换工件的托盘，个装着工件在工作台上加工另个则在工作台外装卸工件。

机床完成加工循环后自动交换托盘，使装卸工件与切削加工的时间相重合。

加工中心的换刀过程较为复杂，动作多，动作间的相互协调关系多，因而自动换刀系统性能的好坏直接影响加工效率的高低。

随着计算机技术和可编程控制器技术的发展和广泛应用，现代加工中心逐渐采用软件选刀方式，即利用的存储记忆等功能进行识刀和选刀，这样刀库上的刀具与主轴上的刀具可任意交换，即随机换刀。

这种方式主要由软件完成选刀，消除了由于识别装置的移动性和可靠性所带来的选刀误差，大大提高了选刀精度并简化了控制装置。

目前该种选刀方式正被越来越多的各类数控机床自动换刀装置采用。

系统中的概述概述可编程控制器是世纪年代末发展起来的种新兴自动化控制器。

最早在美国通用汽车公司的自动装配线上使用并获得成功。

由于该控制器当时只是为了解决生产设备在运行中的开关量信号和逻辑控制问题，即用于替代传统的继电器控制装置，且只有逻辑运算定时计数及顺序控制等功能，因此把这种装置称为可编程逻辑控制器，简称。

在数天津工程师范学院届本科生毕业设计控领域中，人们习惯称之为可编程逻辑控制器或可编程机器控制器。

目前多见的系统内置式有等。

长期以来，数控机床的辅助动作机械的顺序控制直是由继电器逻辑电路简称来完成。

实际应用中，存在些难以克服的缺点。

如只能解决开关量的简单逻辑运算，以及定时计数等有限的几种控制功能，难以实现复杂的逻辑运算算术运算数据处理，以及数控机床所需要的许多特殊功能继电器接触器等器件体积较大，每个器件工作触点有限。

当机床受控对象较多或控制动作顺序较复杂时，需要大量的器件，使整个体积庞大，功耗高，可靠性差。

而且旦构成，其功能便固定不变，即柔性很差。

随着现代数控技术的发展，台数控机床有很多个控制对象，如机床操作面板上的各个按键旋钮及指示灯功能的实现液压系统的启停刀库机械手等的控制等，这些就要求控制系统具有更大的容量和计算速度。

同时现代数控系统要求有更大的柔性以适应不断发展的个性化设计要求，而这些依靠传统的难以实现。

使用代替就克服了上述的缺点。

使用代替数控机床上的继电器逻辑，使顺序控制的控制功能响应速度和可靠性大大提高，而且柔性好，已成为现代数控系统的重要组成部分。

按规模可分为小型中型大型三类，实际应用中，般是根据输入输出的点数多少和程序存储器容量的大小来区分。

数控铣床加工中心机器人等单机数控设备所使用的般属于中小型，大型数控设备等则需要采用中大型规模的可编程逻辑控制器。

数控机床用主要有两类内装型和型。

内装型是装置的个组成部分，与共用计算机硬件资源。

与之间的信号传送在计算机内部即可实现。

内装型除了具有结构紧凑可靠性好操作方便等优点外，与通用型相比，它在性能价格方面也具有明显的优势型是外部的专用设备，具有完备的硬件和软件功能，能够完成规定的控制任务，以满足数控机床或其它顺序控制领域的要求，属于通用型。

本课题所研究的是前者。

的输入输出端口是数控机床和交换信息的接口，图所示为内装型与侧的信息交换。

与侧之间的信息交换有两部分，侧发给的功能代码信号，给侧的是各坐标的机床基准点以及，变地址传动指令，来实现刀库和主轴刀具对调，这样就保证了数据表与刀库中刀具的位置始终保持致。

随机换刀程序设计随机换刀流程图当系统上电后刀库可以双向旋转，具体的旋转方向由目标刀具到取刀位的距离远近决定，为了快速实现刀具的选取，要求刀库双向就近旋转。

由于刀库旋转控制的捷径选取要求，可设计个刀具记数开关信号，般为霍尔检测元件，每个刀具到位时，此元件都会给出个响应信号输出。

另外考虑到原始位的确定，在刀库运转前需要给出当前的位置数据。

当选刀信号到来时，根据目标刀具位置与当前位置的比较，确定刀库的旋转方向。

天津工程师范学院届本科生毕业设计执行指令与基准值比较在主轴上调出换刀程序检索刀具检索结果放入计算刀库旋转方向和旋转步数计算结果放入刀库正转或反转计数器更新和中内容机械手换刀刀具对调输出刀号中的目标刀号放入中修改刀库主轴刀号写入目标刀套修改主轴中目标刀号写入主轴地址中机能结束用指令比较输入刀号是否大于用指令判别输入刀号是否主轴上使用功能指令在刀库数据表检索目标刀套号使用功能指令计算刀库旋转步数和方向更新计数器中的当前刀套号更新刀库所需要旋转的步数刀具对调天津工程师范学院届本科生毕业设计刀库部分随机换刀程序以下是用实现随机换刀整个程序及程序说明码选通后首先进行数据比较，即码与实际刀具号的比较。

如果码基准值时则出现。

再利用判别致指令，来判别所选的刀具是否再主轴上，当，则出现。

从跳转指令处跳赚不进行检索等指令。

当的中任意个为时，执行跳转指令不执行下面的程序，当三者都不符合时，不执行，当接收刀指令后，开始在模拟刀库的刀号数据表中进行数据检索，把检索到的目标刀具号的所在地址即刀套号存入目标存储器当中。

天津工程师范学院届本科生毕业设计通过旋转指令来判断刀库的旋转方向，如果计算结果则控制刀库正转，反之为刀库反转，从而实现双向就近找刀，指令中的是计数器存储换刀点刀具地址的，为目标刀套的存储位置，为计算结果即把换刀点到目标位置的步数计算处来，存入中。

为版别致指令，它的功能时实现两个数据是否致，如果致则，步致指令中中的计算结果步数与做比较，如果致则说明所需的刀具已转到了换刀点则控制刀库电机停止转动。

为计数器指令，主要用来计数，可以时加数，也可以时减数。

程序中中存储的是控制数据地址即刀库模拟数据表，再接收刀库计数开关的脉冲后，通过计数天津工程师范学院届本科生毕业设计器更新换刀点的刀号。

具体的记加数和减数时由旋转指令程序段中的中间继电器来控制的，当则记加数，当则记减数。

刀库的正反转是由通过旋转指令的计算结果来执行动作的，程序中控制条件即码选通，并用实现互锁控制，为判别刀具时否已到达换刀点位置中间继电器，所以控程序中设为常闭状态，当目标刀具到达换刀点的位置时，控制刀库电机停止转动。

当目标刀到达换刀点后机械机械手执行换刀动作，从而实现主轴刀具和刀库刀具的交换，机械手动作程序主轴刀库机械手的换刀程序中，见附图。

换刀完毕后，则开始执行刀具对调程序，利用变地址传输指令，设为则读出数据，把所选择的刀具号从中读出放到了表外的输出数据存储地址当中，从而实现了把刀具号从刀库中读出，其中变地址指令当中的时为读出数据，时为写入数据，在程序中的第二个是修改刀库的数据表，把主轴刀套地址中的刀号写入目标刀具的刀套中。

天津工程师范学院届本科生毕业设计刀号写入刀库中后，即实现了修改刀库数据表，则主轴刀具的写入在本次设计中利用了指令，它的功能是把比较数据和处理数据进行逻辑与运算，并将结束传输刀指定地址，该程序是把中间寄存器中的目标刀号写入主轴刀套内，则随机换刀的所有程序就执行完了。

等导套回到刀库中后，则换刀功能全部完成，等待下个指令和指令的发出。

刀库机械手与主轴间换刀程序设计地址分配表表地址分配表地址号注释地址号注释手动手臂机械手原位灯手动刀具夹紧主轴回第二参考点灯手动刀具松开方式手动手臂入刀套回库灯手动手臂出刀库定位灯手动机械手转刀具松开手动机械手转手臂抓刀手动刀套回刀库刀套转出倒刀天津工程师范学院届本科生毕业设计手动刀套倒刀手动换刀时刀套出刀库回参考点刀套回到库手动刀库正转机械手反转手动刀库反转油缸返回手动刀具交换刀具夹紧刀套出倒到到位机械手手臂入刀套回库到位机械手油原位开关机械手手臂出机械手到位开关刀库正转机械手入到位开关刀库反转手臂到位开关手臂出到位开关手臂到位开关刀库计数开关油缸原位油缸到位主轴刀具夹紧到位主轴刀具松开到位刀库机械手及主轴间换到程序的设计。

见附图天津工程师范学院届本科生毕业设计结论加工中心要提高加工中心的整体效率，作为其重要部件之的自动换刀装置的高速化是必须要考虑的问题。

过去人们更多的考虑是如何提高切削速度的问题，但随着切削速度的不断提高，切削时间的大幅度减少，人们的目光开始转向如何减小加工辅助时间的问题上，而解决如何提高换刀速度，减少自动换刀装置换刀时间的问题便提到个重要的高度，优化控制程序是种有效的途径。

本次设计就是针对加中心刀库部分控制系统的研究设计，课题源于加工中心改造，在完成系统选型及硬件设计后对刀库部分控制系统的二次开发，主要是对本加工中心自动换刀程序的设计与研究和用实现随机换刀的方法及原理，同时换研究了自动换刀系统的硬件，包括对刀库的工作