畢業(yè)設(shè)計開題報告加工中心刀庫部分PMC控制系統(tǒng)研究設(shè)計系別：機械工程系班級：機檢0301學(xué)生姓名：張書林指導(dǎo)教師：蔣麗2006年12月12日畢業(yè)設(shè)計開題報告課題題目加工中心刀庫部分PMC控制系統(tǒng)研究設(shè)計課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源社會實踐成果形式設(shè)計說明書同組同學(xué)無開題報告內(nèi)容見附頁指導(dǎo)教師意見（課題難度是否適中、工作量是否飽滿、進度安排是否合理、工作條件是否具備等）指導(dǎo)教師簽名：月日專家組及系里意見（選題是否適宜、各項內(nèi)容是否達到畢業(yè)設(shè)計（論文）大綱要求、整改意見等）專家組成員簽字：教學(xué)主任（簽章）：月日附頁：加工中心刀庫部分PMC控制系統(tǒng)研究設(shè)計開題報告一、研究設(shè)計的目的：刀庫和機械手，是加工中心穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵功能部件，它的快速、準(zhǔn)確的換刀程序是影響加工中心發(fā)揮高效、可靠的加工性能的重要因素。有資料顯示刀庫和機械手的故障率約占整機故障率的25%。刀庫中的刀具與主軸上的刀具交換的動作的多少及機構(gòu)的復(fù)雜程度直接影響ATC的工作效率，可靠性和可維護性。許多加工中心的ATC部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，換刀動作多，機械手換到的準(zhǔn)備時間長，當(dāng)主軸上的刀具工作時間很短時，由于機械手的換刀準(zhǔn)備時間長，主軸在換刀點需要等待一段時間，影響加工中心的效率。有由于換刀的動作多，機構(gòu)復(fù)雜，可靠性降低。當(dāng)出現(xiàn)故障時，維護困難。那么本次設(shè)計的主要目的就是，針對鏈?zhǔn)诫S機換刀刀庫PMC控制系統(tǒng)進行設(shè)計，使得換刀動作減少，機構(gòu)簡化。提高它的可靠性穩(wěn)定性和可維護性。二、可編程控制器介紹及功能簡介：可編程序控制器PLC（ProgrammableLogicController）是80年代以來在國內(nèi)外引起普遍重視并廣泛應(yīng)用的新型設(shè)備。它以微機控制技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)，自動花技術(shù)和通訊技術(shù)的一種新型裝置。它是由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等組成，其中CPU是PLC的核心，I/O部件是連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于編程器與上位機連接。通過編程，可執(zhí)行諸如邏輯判斷、順序控制以及定時、記數(shù)、運算等功能，并通過數(shù)字或模擬I/O組件來控制機械設(shè)備。目前，PLC已是完全微機化的工業(yè)產(chǎn)品。其主要優(yōu)點有：一般編程采用梯形圖語言進行編程，易于理解；控制系統(tǒng)小、可靠性高；容易使用和維護，且能在工廠環(huán)境下編程；便于擴充可修改，具有向中央數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳遞信息的能力；通過接插件，所有輸入端點能直接和工業(yè)現(xiàn)場的開關(guān)、接點相連，所有輸出端點能直接驅(qū)動繼電器、電磁閥、電機啟動器的線圈等。正因為如此，PLC在自動控制領(lǐng)域越來越受到普遍重視。那么在加工中心中，除了對各坐標(biāo)軸的位置進行連續(xù)控制外，還需要對諸如主軸啟動和停止、刀庫及換刀機械手、工作臺托板交換、氣液壓、冷卻和潤滑等輔助動作進行順序控制。同時還包主軸驅(qū)動和進給伺服的使能控制和機床報警處理等，現(xiàn)代數(shù)控機床均采用可編程序控制器來完成上述功能，數(shù)控機床的PLC形式有兩種：一種是采用單獨的CPU完成PLC功能，PLC和CNC不合用一個CPU；二是采用數(shù)控系統(tǒng)和PLC合用一個CPU的方法。三、刀庫部分PMC控制系統(tǒng)機設(shè)計思路本次設(shè)計主要針對加工中心（FANUC數(shù)控系統(tǒng)）自動換刀系統(tǒng)的PMC設(shè)計研究，其中刀庫選用單獨配用的連式刀庫，最多容量為60把刀，機械手換刀裝置在主軸與刀庫之間，是我們長用的單臂雙爪式機械手，刀庫安裝在床身上。自動換刀過程分為：選刀定位控制、倒刀控制、機械手抓刀、主軸和刀庫松到、機械手拔刀、交換刀具、機械手裝刀、機械歸位、刀杯向上轉(zhuǎn)90度完成換刀。在鏈?zhǔn)?、盤式或箱式刀庫程序設(shè)計時，通?？梢詫⒌毒呓粨Q分為兩個步驟，T命令主要完成搜索刀庫中的刀具，M命令完成刀具的交換，使主軸上更換新的刀具。因此，刀具交換實際上就是指搜索和交換目標(biāo)刀具。隨機換刀是一個非常復(fù)雜的邏輯控制過程。它只對刀具進行編碼而不對刀套進行編碼，刀具在刀庫中的位置是隨機的。理想的隨機換刀控制通常包括鏈?zhǔn)降稁霵LC控制程序和宏程序（固定循環(huán)換刀程序）兩部分組成。PLC控制程序根據(jù)T碼完成搜索刀庫中的刀具，NC宏程序完成刀具交換的整個過程。本鏈?zhǔn)降稁斓毒呓粨Q的PMC控制程序設(shè)計主要考慮搜索目標(biāo)刀具在刀庫上的刀套位置、大小刀具管理和判別、刀庫旋轉(zhuǎn)方向（目標(biāo)刀套最短路徑）的判別、刀具數(shù)據(jù)的刷新和管理以及可預(yù)選刀具（主要為了可以縮短換刀時間），從而完成目標(biāo)刀具的搜索，為刀具交換作準(zhǔn)備。無論是西門子（SIEMENS）數(shù)控系統(tǒng)還是發(fā)那科（FANUC）數(shù)控系統(tǒng)，它們接受的T碼都是二進制數(shù)據(jù)格式。因此在著手編制刀庫PLC控制程序時首先考慮好選用功能指令的數(shù)據(jù)格式。這樣就能保證正確選用功能指令，避免功能指令數(shù)據(jù)格式的不一致性。PMC有很多類型，如SA1、SB7等，要正確理解PMC已有的回轉(zhuǎn)控制。充分掌握合理應(yīng)用數(shù)據(jù)檢索指令完成對目標(biāo)刀具所在刀套號的搜索；用回轉(zhuǎn)控制指令解決刀庫旋轉(zhuǎn)最短路徑的判別；用邏輯乘和變址修改指令完成刀具交換后的數(shù)據(jù)刷新；用比較指令解決大小刀具的判別，這樣就可以比較容易簡化一些復(fù)雜的判別和邏輯控制的程序。同時PMC控制程序還必須考慮一些必要的報警提示信息和必要的互鎖條件：比如機械手不在原位Z軸必須鎖??；刀套翻下時刀庫不得旋轉(zhuǎn)；主軸刀具未松開機械手不得交換等。隨機換刀要防止杜絕發(fā)生刀具交換不正確的亂刀現(xiàn)象，否則會發(fā)生由于刀具選錯而使加工工件報廢的可能。2NC宏程序NC宏程序可以進行賦值、判斷、比較、跳轉(zhuǎn)、各種運算和軸運動指令。FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)系列的NC宏程序可以通過讀取、運用系統(tǒng)變量(G54.0-G55.7對應(yīng)的變量號：#1000-#1015；)將PMC程序中大小刀具交換的條件狀態(tài)位作為換刀宏程序判斷跳步執(zhí)行的條件，通過用戶宏程序和PMC之間的信號應(yīng)答，非常容易地實現(xiàn)了大小刀具的隨機換刀；通過對機床數(shù)據(jù)的設(shè)定可以非常容易地使得軸移動到固定換刀點；可以定義不同的M輔助功能代碼與PMC控制程序有機結(jié)合激活每一步換刀動作，整個換刀執(zhí)行過程之間的復(fù)雜關(guān)系就十分簡單明了。使用系統(tǒng)變量和機床參數(shù)不僅是一個非常有效簡捷的方法，而且可以簡化PMC控制程序設(shè)計，最終共同完成復(fù)雜的刀具交換的過程。下面是以XH716/XH718加工中心（FANUC數(shù)控系統(tǒng)）為例的隨機換刀宏程序09002N010#101=#4001(存儲當(dāng)前G00/01/02/03狀態(tài))；N020#102=#4002(存儲當(dāng)前G17/G18/G19狀態(tài))；N030#103=#4003(存儲當(dāng)前G90/91狀態(tài))；N035IF#1001EQ1GOTO270；#1001：FANUC系統(tǒng)變量號，對應(yīng)PMCG54.1N060G91G30P2Z0M19；Z到第一換刀點,參數(shù)#1241,主軸定位,參數(shù)#4077N070M87；進入換刀模式N080M80；刀套倒刀N090G04X1；延時N100M82；ATC扣刀N110M83；主軸松刀N120M84；ATC交換刀具N125M85；主軸緊刀