毕业设计FANUC数控车床的刀架控制系统设计.doc

毕业设计说明书课题名称： FANUC数控车床的刀架控制系统设计 学生姓名 李 福 东 学 号 0902013311 二级学院(系) 电气电子工程学院 专 业 机电一体化技术 班 级 机电0933 指导教师 张伟中 徐红军（企业） 起讫时间：2012年2月13日2012 年4月6 日 FANUC数控车床的刀架控制系统设计摘 要本次主要是研究FANUC数控车床的刀架控制系统。其中分析了FANUC数控车床的基本组成，数控车床六工位刀架控制系统的机械机构和电气控制以及六工位刀架的PLC程序；测绘FANUC数控车床六工位刀架部分的电气原理图、接线图；对六工位刀架的动作过程的分析。 关键词：刀架控制原理；刀架电气控制系统目 录摘要I目录i第1章 绪论11.1 FANUC数控刀架研究的背景及现状11.2 课题的意义11.3 课题的内容2第2章 FANUC数控车床的基本组成32.1 主控制系统32.2 FANUC伺服单元52.3 辅助装置7第3章 机械结构83.1 刀架总述83.2 刀架的基本结构83.3 刀架的分类93.4 刀架的几种典型结构93.5 FANUC数控车床刀架换刀工作原理11第4章 数控车刀架电气控制系统设计144.1 刀架的控制和接口144.2 霍尔原理在刀架中运用的简单概述144.3 六工位刀架PLC接线原理图154.4 PLC编程的基本步骤及基本编程174.5 六工位刀架梯形图及调试19第5章 结论23参考文献24致谢25附录26第1章 绪论1.1 FANUC数控刀架研究的背景及现状 从 2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国。在世界这么多的数控制造行业中，目前在我国国内配置的FANUC系统的数控机床约占国内数控机床很大的比例。到目前为止FANUC数控系统的销售还不断在增长。 数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。 随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电、液组合驱动和伺服驱动方向发展。目前我国数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度等。 目前，行业上应用的数控刀架按照与主机配套场合主要有分如下高、中、低三个档次。低挡数控刀架结构简单，容易设计和制造。是我国的特色产品，已经形成规模化生产。中档数控刀架可双向选刀，刚性好，但结构复杂，对制造加工设备要求高，此类刀架在我国初具规模。高档数控刀架包括伺服刀架和动力刀架。伺服刀架控制器是伺服刀架和动力刀架的技术核心。高档刀架采用伺服电机驱动源，实现位置、速度的双闭环控制，容易加工制造、精度高、转位快等特点。伺服刀架的控制器即伺服刀架的伺服电机控制是高档数控刀架的关键技术。1.2 课题的意义 通过FANUC数控车的刀架控制系统的研究，让我对FANUC数控刀架控制系统有了更全面的了解，比如数控系统的组成部分、刀架的机械结构、车床的进给、刀架控制原理等内容。现在通过做FANUC数控车床刀架控制的毕业课题更加深入的了解数控车床上刀架部分的知识，更好的加强自己在这方面的专业技能。通过研究，让我在大学里面学习的知识在该课题里面得到锻炼，例如：CAD制图，PLC等。让我养成自学能力，培养了自己爱思考、分析问题的好习惯。1.3 课题的内容（1）测绘FANUC数控车床的原理图、接线图：在实验室里进行实物测绘，同时查阅其相关资料进行FANUC数控车床电气原理图、接线图的绘制。（2）分析刀架控制系统：在原有的FANUC数控车床的刀架控制系统的基础上，对其进行深入的研究。（3）有关数控车床六工位刀架机械结构分析，以及数控车床六工位刀架的电气控制。（4）有关数控车床六工位PLC程序分析：在原有的FANUC数控车床PLC程序的基础上，加以改进和完善。（5）撰写有关毕业设计说明书：经过老师的指导，撰写和整理毕业设计说明书。本设计重点和难点是FANUC数控车床六工位刀架的机械结构及工作原理以及FANUC数控车床刀架电气控制分析和PLC程序的调试，需要对刀架的结构非常了解，清楚刀架上的传感器信号的输入输出。第2章 FANUC数控车床的基本组成FANUC数控机床由主控制系统、FANUC驱动与反馈、PMC与接口电路三个重要部分组成。2.1 主控制系统CNC结构及功能介绍。1主控制系统:CNC主控制系统可分为FS Oi-D和FS Oi Mate-D系列两种类型。FANUC Oi MD系列FANUC Oi-D系统的外观如下图21所示。 图21FANUC Oi-D 系统外观图数控系统由主CPU、存储器、数字伺服轴控制卡、主板、显示卡、内置PMC、LCD显示器、MDI键盘等构成，Oi-D系统已经把显示卡集成在主板上。（1）主CPU负责整个系统的运算、中断控制等。（2）存储器包括FROM、SRAM、DRAM:存储器板如图22所示。FROM存放FANUC公司的系统软件和机床厂应用软件，主要是包括插补控制软件、数字伺服软件、PMC控制软件、PMC应用软件（梯形图）、网络通信控制软件、图形显示软件、加工程序等。SRAM存放机床厂及用户数据，主要包含系统参数、用户宏程序、PMC参数、刀具补偿及工件坐标系补偿、螺距误差补偿数据等。DRAM作为工作存储器，在控制系统中起到缓存作用。 图22 存储器板（3）主板：主板包含CPU外围电路、I/O Link、数字主轴电路、模拟主轴电路、RS232数据输入输出电路、MDI接口电路、高速输入信号、闪存卡接口电路等。（4）数字伺服轴控制卡：全数字的运算以及脉宽调制已经以软件的形式打包装入CNC系统内（FROM）,支撑伺服软件运行的硬件环境由DSP以及周边电路组成，这就是常说的轴控制卡（简称轴卡），如下图23所示。图23 轴控制卡2.常见CNC系统配置:FS Oi Mate-D和FS Oi-D的在功能上有区别：FS Oi Mate-D的功能是通过软件方式进行整体打包，可以满足常规的使用，而不带Mate的FS Oi-D系统配置需要根据功能来选择。常见CNC系统配置如下图24所示。3CNC功能模块图（1）CNC控制工作机械的位置和速度，可用于加工、搬运及印刷机的控制等，应用范围十分广泛。CNC控制软件于出厂前装入，机床生产厂和最终用户都不能进行修改。使用宏执行程序和C语音执行程序时，可附加专用界面和循环加工。（2）PMC主要用于机床控制而装在CNC内部的顺序控制器。（3）机床操作面板的开关和指示灯、机床上的限位开关均通过I/O Link与NC进行通信。根据机床规格和使用目的，由机床生产厂家编制顺序程序。（4）CNC控制软件、PMC控制软件和顺序程序等都存在快速只读存储器F-ROM中。通电时，BOOT系统把这些控制软件传送到DRAM中，并根据程序进行CNC处理。断电时，DRAM中的数据全部消失。（5）CNC考虑了通用性，能在各种机床上使用。对于进给轴的快速速度和轴名称等，不同的机床有不同的值，可以在CNC参数中进行设定。此外，设定的刀具长度及半径补偿量等，在机床开发完成后进行修改的数据，均被保存在SRAM内。SRAM采用后备电池，因此断电后，其内存储的数据不会丢失。（6）轴移动指令的加工程序记录在F-ROM中，加工程序的目录记录在SRAM中。（7）CNC控制软件读取SRAM内的加工程序，并经插补处理后把移动指令发给数字伺服软件。（8）数字伺服CPU控制机床的位置、速度和电动机的电流。通常，一个CPU控制四个轴。由数字伺服CPU运算的结果通过FSSB的伺服串行通信总线送到伺服放大器。伺服放大器对伺服电动机通信，驱动电动机回转。（9）伺服电动机的轴上装有脉冲编码器产生脉冲。由脉冲编码器把电动机的移动量和转子角度送给数字伺服CPU。（10）脉冲编码器有断电后还能监视机床位置的绝对脉冲编码器和上电后检测移动量的增量脉冲编码器两种。（11）手摇脉冲发生器通过I/O Link进行连接。（12）SRAM中存储的各种数据的输入和输出可以使用阅读机/穿孔机接口或存储卡。（13）使用阅读机/穿孔机接口时，为便于操纵者连接或者脱开输入输出设备，接口应该安置在机床操作面板附件，并设置名为穿孔面板的连接器。2.2 FANUC伺服单元数控机床的伺服系统是指以数控机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，也就是位置随动系统。它的作用是接受来自数控装置中插补器或计算机插补软件生成的进给脉冲，经变换、放大将其转化为数控机床移动部件的位移，并保证动作的快速和准确。伺服系统的性能，在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的定位精度、跟踪精度、最高移动速度等重要指标。伺服系统由执行元件和驱动控制电路构成。伺服系统按其控制方式分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统。在开环伺服系统中，一般采用步进电机、功率步进电机、或电液脉冲马达作为执行元件，而在闭环和半闭环伺服系统中，采用直流伺服电动机、交流伺服电动机或电液伺服阀液压马达作为执行元件。驱动控制电路的作用是先将数控装置发出的进给脉冲进行功率放大转化为执行元件所需的信号形式。数控机床伺服系统主要有两种：一种是进给伺服系统，它控制机床各坐标轴的切削进给运动，以直线运动为主；另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的切削运动，以旋转运动为主。1. i系列伺服系统:i系列是一种可靠性强。性价比卓越的伺服系统，用于机床的进给轴和主轴。通过最新的控制伺服HRV控制和主轴HRV控制，可实现高速。高精度和高效率控制。SVSP伺服放大器具有以下特点：平滑的进给和机身设计紧凑的伺服电动机;高分辨率的脉冲编码器;机身设计紧凑、基本性能卓越的主轴电动机;实现“伺服3轴+主轴1轴”或“伺服2轴+主轴1轴”一体化设计的伺服放大器;具有最新的伺服、主轴控制和伺服调试工具SERVOGUIDE。 图24 SVSP伺服放大器与i系列伺服2. i系列伺服驱动器: FANUC数控系统常用的高性能伺服驱动产品，采用模块化的结构形式，驱动由电源模块、伺服驱动模块、主轴驱动模块组成。主轴模块是用于控制主轴电机的模块，其结构和功能与伺服驱动器类似。主轴驱动模块可分为 200V和高压400V两大系列，实际使用中选用200V的居多。各模块及说明如图25所示。i系列伺服放大器的选型与iS系列的伺服放大器基本相似，所不同的是需要先选择控制轴数，再选择伺服模块、直流短路棒 图25 i系列伺服放大器2.3 辅助装置辅助功能包括各种支持机床操作的功能，像主轴的启动、换刀、程序启停和切削液的开停等。执行辅助功能的基本步骤1.辅助功能的信号处理流程： （1）假设在指令程序中指令了MXXX。XXX可以通过参数为每个功能指定最大位数，指令超过该最大位数时，会有报警发出。（2）输出代码信号M00-M31,经过由参数设定的时间TMF后，选通脉冲代码信号MF成为“1”。代码信号以二进制来表述程序指令值XXX。辅助功能与其他功能指令移动指令一起运行时，同时进行。（3）PMC侧，在选通脉冲信号成为“1”的时刻读取代码信号，执行对应动作。(4)如果希望在相同程序段中完成移动、暂停等指令后执行对应的动作，应等待分配完成信号DEN变为“1”。（5）PMC侧，在完成对应的动作时，应将完成信号FIN设定为“1”。（6）完成信号在由参数设定的时间TFIN以上保持“1”时，CNC将选通脉冲信号设定为“0”通知已经接受了完成信号的事实。（7）PMC侧在选通脉冲信号成为“0”的时刻，将完成信号设定为“0”。（8）完成信号成为“0”时，CNC将代码信号全设定为“0”，辅助功能全部完成。（9）CNC等待相同程序段的其他指令完成，然后进入下一程序段。第3章 机械结构3.1 刀架总述 数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，并可作移动或回转的部件，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。刀架是直接完成切削加工的执行部件，所以，刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，所以要求数控车床选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证有较高的重复定位精度。此外，刀架的设计还应满足换刀的时间短、结构紧凑和安全可靠等要求。3.2 刀架的基本结构数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构：（1）驱动装置 主要有电机、液压电动机、齿轮、齿条。（2）分度装置 通过机械液压传动结构到所需工位间的转动。结构主要分为间歇分度结构和连续分度机构。快速换刀一般选用双向旋转的连续分度机构。（3）预定位装置 到达所需的工位后，停止分度运动，以便于齿盘正确啮合。伺服电机驱动刀架，利用伺服电机编码器作为预定位。（4）松开、刹紧装置 齿盘副的松开刹紧。为了完成快速杀紧和得到的杀紧力，松开和刹紧一般选用液压和机械等来实现松开和刹紧。（5）精定位装置 刀具在切削时需要很高的刚性和定位精度，因此刀架都选用齿盘副做的精度定位元件。（6）发信装置 包括工位信号（编码器）和动作控制信号。（7）装刀装置 包括刀盘、刀夹及夹刀装置。目前刀盘有2种模式：欧式VDI、日式槽刀盘。德国标准VDI刀盘DIN69880和DIN69881标准。（8）数控刀架换刀动作 系统发出指令齿盘松开刀架旋转分度到达目标工位并发信号给系统预定位齿盘锁紧精定位系统确认后工件切削。为满足不同工件的加工要求，数控刀架分为4、6、8、10、12工位，形式为立式和卧式。3.3 刀架的分类按刀架的回转轴线分类，有绕水平轴旋转分度和绕垂直轴旋转分度两大类。按装刀数来分常见的有四工位电动刀架和六工位电动刀架等。按机械定位方式分，常见的有端齿盘定位，三齿盘定位，斜板圆销转位电动刀架等。三齿盘定位电动刀架(又称为“免抬刀架”)可实现上刀体不抬起而顺利地转位换刀的要求，排除了冷却液、加工屑对刀架转位时的影响，较为可靠地解决了刀架的密封问题。斜板圆销转位电动刀架结构简单，工作可靠。3.4 刀架的几种典型结构1.螺旋转位刀架如图 3-1 所示，电机经弹簧安全离合器至蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使端齿盘的上盘与下盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后发信号使电机反转锁紧，使刀架换位，进行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度较高，许多刀架都利用这种原理设计。图3-1 螺旋转位刀架 1-内装信号盘 2-刀架 3-端齿盘 4-电机 5-安全离合器（2）数控车床方刀架 经济型数控车床方刀架是在普通车床四方刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方刀架一样：有四个刀位，能装夹六把不同的刀具，方刀架回转90时，刀具变换一个刀位，但方刀架的回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。换刀时方刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和刀架夹紧。完成上述动作要求，有相应的机构来实现。（3）转塔回转刀架转塔回转刀架适用与盘类零件加工。在加工轴类零件时，可以换用四方回转刀架。由于两者底部安装尺寸相同，更换刀架十分方便。回转刀架动作根据数控指令进行，由液压系统通过电磁换向阀进行控制，其动作过程分为如下四个步骤：（1）、刀架抬起，（2）、刀架转位、（3）、刀架压紧，（4）、转位液压缸复位。如果定位、压紧动作正常，刀架会发出信号表示已完成换刀过程，可进行切削加工。（4）盘形自动回转刀架盘形自动回转刀架根据刀位又可分为A型、B型和C型，其中A型和B型刀架可配置12把刀具，C型可配置8把刀具。A、B型回转刀盘的外切刀可使用25mm*150mm标准刀具和刀杆截面为25mm*25mm的可调工具，C型可用尺寸为20mm*20mm*125mm的标准刀具。镗刀杆直径最大为32mm。该种刀架更换和对刀十分方便。刀位选择由刷形选择器进行，松开、夹紧位置检测由微动开关控制。整个刀架控制是一个纯电气系统，结构简单。 图3.2 八工位刀架（5）车削中心的动力刀架车削中心的动力刀架的刀盘上可以安装各种非动力辅助刀夹（车刀夹、镗刀夹、弹簧刀夹、莫氏刀柄），夹持刀具进行加工，还可安装动力刀夹进行主动切削，配合主机完成车、铣、钻、镗等各种复杂工序，实现加工程序自动化、高效化。该刀架采用端齿盘作为分度定位元件，刀架转位由三相异步电机驱动，电动机内部带有制动机构，刀位由二进制绝对编码起器识别，并可双向转位和任意刀位就近选刀。动力刀具由交流伺服电机驱动，通过同步齿形带、传动轴、传动齿轮、端面齿离合器将动力传递到动力刀夹，再通过刀夹内部的齿轮传动，刀具回转，实现主动切削。3.5 FANUC数控车床刀架换刀工作原理在本课题中以六工位刀架为例，因此系统发出换刀信号，通过PMC输出一个刀架正转信号，刀架电动机正向旋转，刀架开始找刀。刀架的刀位检测电路在正向旋转的过程中输出刀位信号，刀位检测电路如图所示，每个刀位各有一个霍尔位置检测开关，各刀具按顺序依次经过磁发体位置产生相应的刀位信号输入到PMC中，当实际刀位和目的刀位寄存器中的刀位相一致时，道具到位。系统通过PMC输出刀位反转信号，刀架下降、锁紧，刀架反转时间可以通过程序进行设定，时间不宜过长或过短，过长就有可能烧坏电动机或造成电动机过热空气开关跳闸，时间过短就有可能造成刀架不能够锁紧。刀架锁紧以后，整个换刀过程结束。 图3.3 刀架检测电路对于六工位自动回转刀架来说，它最多装有六把刀具，微机系统控制的任务，就是选中任意一把刀具，让其回转到工作位置。刀架外观如图3.3下所示。图3.4 刀架外观图经济型数控车床刀架式在普通车床六方位刀架的基础上发展的一种自动换刀装置，其功能和普通四方位刀架一样：有6个刀位，能夹持六把不同功能的刀具，方刀架回转60°时，刀架交换一个刀位，但方刀架回转和刀位号的选择是由加工程序指令控制的。下面就以六工位刀架为例来说明其结构与原理，如下图3.4所示。 图3.5 盘行自动回转刀架结构示意图1刀架； 2、3鼠牙盘； 4滑块； 5蜗轮； 6轴； 7蜗杆 8,9,10传动齿轮； 11电动机； 12微动开关； 13小轴；14圆盘；15压板； 16调节锲铁该刀架的工作过程为：刀架松开-刀架转位-刀架定位锁紧-刀架转位结束。（1） 刀架松开转位开始时，电动机11开始转动，通过齿轮8、9、10带动蜗杆7旋转，从而使蜗轮内孔有螺纹，与轴6上的螺纹配合。这时轴6不能回转，当蜗轮转动时，使轴6沿轴向左移动，因为刀架1与轴6,、活动鼠牙盘2是固定在一起的，所以刀盘和鼠牙盘也向左移动，鼠牙盘2和3脱开。（2） 刀架转位在轴6上有两个对称槽，内装滑块4，在鼠牙盘脱开后，蜗轮转到一定角度与蜗轮固定在一起的圆盘14上的凸块便碰到滑块4，蜗轮便通过圆盘14上的凸块带动滑块4，连同轴6、刀盘一起进行转位。（3） 刀架定位锁紧当转到要求位置后，刷形选位器发出信号，使电动机反转，圆盘14上的凸块与滑块脱离，不再带动轴6转动，蜗轮5与轴6上的螺纹使轴6右移，鼠牙盘2、3结合定位，电磁制动器通电，维持电动机轴上的反转力矩，保证鼠牙盘之间有一定的压紧力。（4） 刀架转位结束最后电动机断电，同时轴6右端的小轴13压下微动开关12，发出转位结束信号。刀具在刀盘上由压板15及调节锲铁16来夹紧，更换刀具和对刀十分方便。刀架的选位由刷形选位器进行。松开、夹紧位置检测则由微动开关12实行，整个刀架是一个纯电气系统，结构简单。第4章 数控车刀架电气控制系统设计电气是机械的大脑，通过对电气原理的设计可以执行复杂的机械动作。本章主要讲述的是数控刀架电气知识，通过对霍尔效应、刀架的接线原理图和具体的经济型刀架换刀过程的梯形图介绍让我们对刀架的电气原理运用有更深一步的认识。4.1 刀架的控制和接口控制部分主要采用可编程控制器进行控制，可以方便灵活的调整控制过程以及控制速度，为力检测是否到所需要的刀位，我们采用霍尔元件进行到位检测，是否压紧侧采用行程开关进行检测。任何一个NC系统都有硬件和软件两部分组成，硬件是一个NC系统的基础，其性能的好坏直接影响整个系统的工作性能，有了硬件，软件才能有效进行。机床的数控系统的硬件电路概括起来由以下几部分组成：1）、中央处理单元部分CPU2）、总线：包括数控总线部分，地址总线和控制总线3）、内存：包括可编程序（ROM）和随机读写内存（PAM）4）、I/O接口电路CPU是数控系统的核心，其作用是进行资料运行处理和控制整个电路协调工作，使内存用于存放系统软件，应用程序和运行中所需的各种资料。I/O接口是系统与外界进行信息交换的桥梁，三线则是CPU与内线接口以及其他能转换电路的纽带没事CPU与部分电路进行信息和通讯的必由之路。4.2 霍尔原理在刀架中运用的简单概述精度是一台数控机床的生命，假如机床丧失了精度也就丧失了加工生产的意义了，数控机床精度的保障很大一部分源于霍尔元件的检测精准性。在数控机床上常用到的是霍尔接近开光：霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。用霍尔开关检测刀位。首先，得到换刀信号，即换刀开关接通先接通。随后电机通过驱动放大器正转，刀架抬起，电机继续正转，刀架转过一个工位，霍尔元件检测是否为所需刀位，若是，则电机停转延时再反转刀架下降压紧，若不是，电机继续正转，刀架继续转位直至所需刀位。换刀指令刀位选择NC系统T功能指令霍尔元件驱动放大与逻辑保护电路执行元件图4-2 霍尔元件执行图接通整个电路电源，将换刀开关置于自动挡，再按下开始开关进行换刀，正传线圈自锁，自动进行换刀。当转到所需刀位时，刀位对应霍尔元件自动断开，电机停止正转。并接通反转电路，延时反转，刀架下降并压紧。从执行图与分析中可以看出霍尔元件在数控机床中的重要作用。它不但起到了检测与反馈作用，而且也是数控机床精度可靠性的保障。4.3 六工位刀架PLC接线原理图数控机床刀架是由机床PLC来进行控制，对于普通的六工位刀架来说，控制比较简单，一般用于普通的车床。我们分析车床刀架的控制原理其实就是指刀架的整个换刀过程，刀架的换刀过程其实是通过PLC对控制刀架的所有I/O信号进行逻辑处理及计算。实现刀架的顺序控制。另外为了保证换刀能够正确进行，系统一般还要设置一些相应的系统参数来对换刀过程进行调整。在分析之前，我们首先了解刀架控制的电气部分。刀架电气控制部分如图4-3所示。图中的a是刀架控制的强电部分，主要是控制刀架电机的正转和反转，来控制刀架的正转和反转；图b是刀架控制的交流控制回路，主要是控制两个交流接触器的导通和关闭来实现a中的强电控制；图c部分是刀架控制的继电器控制回路及PLC的输入及输出回路，整个过程的控制最终是由这个模块来完成的。 (a)强电电路 （b）接触器电路 （c）PLC输入/输出电路图4-3 刀架控制接线回路（1）图中各器件的作用如下： 序号名称含义1M2刀架电动机2QF3刀架电动机带过载保护的电源空开3KM5、KM6线圈刀架电动机正、反转控制交流接触器4KA1由急停控制的中间继电器5KA6、KA7刀架电动机正、反转控制中间继电器6SQ1SQ6刀位检测霍尔元件开关7SB11手动刀位选择按钮8SB12手动换刀启动按钮9RC3三相灭弧器10RC9、RC10单相灭弧器（2）自动刀架控制涉及到的I/O信号如下： PLC输入信号： X3.0X3.5：16号刀到位信号输入； X30.6：手动刀位选择按钮信号输入； X30.7：手动换刀启动按钮信号输入； PLC输出信号： Y0.6：刀架正转继电器控制输出； Y0.7：刀架反转继电器控制输出。接线回路图简析：假设，PLC输入/输出电路中输入1号刀同时选择手动刀选择。这时，SB11闭合KA6线圈得电反转KA6触点断开实现互锁。接触器回路中的KA6触点导通（KA1始终处于闭合状态）KM5线圈得电反转KM5反转触点断开实现双重互锁。刀架正转接触器回路导通，在强电回路总的KM5触点闭合刀架正转。当霍尔元件检测到1号刀的到位信号时，刀架开始定位锁紧，电机停转，换到结束。其他5把刀换刀方式依次类推。4.4 PLC编程的基本步骤及基本编程（1）控制系统开发开始，确定控制对象（机床、NC、PLC）、确定控制对动作的规格，算出输入、输出点数，估计控制规模。不同型号的PC具有不同的硬件组成和性能指标。他们的基本I/O点数和扩展范围、程序存储容量往往差别很大。因此，在进行PLC程序设计之前，要对所用PC的型号、硬件配置（是否需要附加I/O板等）作出选择。1）输入输出点输入点是与机床侧被控对象有关的按钮、开关、继电器和接触器触点等连接的输入信号接口，以及由机床侧直接连接到NC输入信号接口。输出点包括向机床侧继电器、指示灯等输出信号接口。设计者对被控对象的上述输入、输出信号要逐一确认，并分别计算出总的需要数量。选用的PC所具有的输入、输出点数应比计算出输入、输出点数稍多一些，以备可能追加和变更控制性能的需要。2）存储容量等其它指标程序规模虽机床的复杂程度变化，设计者要根据具体任务对程序规模作出估算，并据此确定合格的程序容量。（2）制定接口规格，分配DI,DO,编制地址表。根据选定PC的接口技术规格，设计和编制相关技术文件：输入输出信号电路原理图，地址表，PC数据表。梯形图中所用到的所有内部和外部信号、信号地址、名称、传输方向，与功能指令有关的设定数据，与信号有关的电气元件等都反映在这些文件中。编制文件的设计员除需要掌握所用CNC装置和PC的技术性能外，还需要具备一定的电气设计知识。1）输入输出信号原理图与输入信号有关的器件名称、位置。如操作面板按钮、工作台行程限位开关、主轴准停传感器、电机热继电器等。输出信号执行元件（操作面板指示灯、中间继电器线圈等）名称、位置。输入和输出信号插座和插脚编号，或连接端子编号及其信号名称、在PC中的地址。输入和输出信号接线和工作电源。2）地址表输入信号地址表，MTPLC地址表。如X0000,X0002,X0004等均为输入信号的8位地址。少数输入信号的地址由CNC生产厂家定义，如急停输入信号EMS.M、进给轴零点返回减速信号XDEC.M、ZDEC.M等。输出信号地址表，PLCMT地址表。如Y48,Y53,Y80等均为输出信号的8位地址，字节的每位对应一个输出信号接口，应附有该信号的连接器名称和插脚编号。所有输出信号名称由设计者定义，并用缩写英文字母表示。PLCCNC地址表。如G100.G111等8位地址。这些信号已由CNC厂家定义，名称和含义均已固定，用户不得增删和修改。CNCPLC地址表。如F148.F156等8位地址。这些信号已由CNC厂家定义，名称和含义均已固定，用户不得增删和修改。3）PC数据表如地址名称为R300、R699等，该存储区可全部用作内部继电器地址，也可由功能指令参数设定。可以任意将整个存储区域划分成用于定时器、计数器、保持继电器和数据表及内部继电器存储区。（3）编制梯形图。对一台特定的数控机床，只要能满足控制要求，对梯形图的结构、规模并没有硬性的规定，我们可以按思路和逻辑方案进行编程。但理想的梯形图程序除能满足机床的控制要求外，还应具有最少的步数、最短的处理时间和易于理解的逻辑关系。（4）顺序程序的输入、调试。（5）系统运行（RAM）。4.5 六工位刀架梯形图及调试（1）六工位刀架梯形图（2）六工位刀架的调试1）模式选择打到JOG档，再按刀库手动，此时刀架向正转方向旋转，等待第2把刀信号进来，反转锁紧。2） 模式选择打到手动输入，输入T0202；按循环启动，刀架向正转方向旋转，等待第2把刀信号进来，反转锁紧。3） T0反转锁紧时间，T2换刀超时时间4） 刀具的输入信号5）数控系统给刀架的信号第5章 结论这次毕业设计让我更加熟悉了从理论到实践的跨越。从当初的查阅资料，到现在的论文完成，这中间有很多值得回味的地方。本文从数控车床、刀架的概况、刀架的PMC控制等方面，分析了数控车床的换刀过程及其原理，本文应用FANUC专用PMC功能指令给出了部分控制程序。把书本上的知识运用到实践中去，也是我出来实习和完成这次论文最大的感触。它们的共同点都是用所学有限的基础知识加上自己的实践去丰富自己，成就自我。从这次毕业设计的开始到完成，就确定了方向去找资料，在这个过程中，不仅仅是复习了以前所学到的知识，巩固以前学的知识，更接触了更多的知识。都说学以致用，在这个过程中充实的知识印象深刻，用我自己的想法是：比在学校的这些时间学到的还多。不管学过的还是没学过的，的确感觉困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现价值。有些东西以为学会了，但到用到的时候才发现是两回事，所以我认为只有真正会用的时候才是真的学会了。大学的时光转瞬即逝，现在我已经出来实习，做步入社会的最后彩排。回想大学的生活，虽然有着生活中所有的喜怒哀乐，却是很是轻松与惬意。因为我们还是温室的花朵，只不过我们将迎接烈日与狂风暴雨。衷心感谢所有教我老师，感谢指导老师。虽然我们即将告别大树的余荫，但是你们教会了我们如何撑起一把能阻挡狂风暴雨和烈日的伞。参 考 文 献1 王永章. 数控技术M. 北京：高等教育出版社，2001.2 许衡.数控机床故障诊断维修M.北京:化学工业出版社,2005.3 张凤珊,祖龙起.电气控制及可编程序控制器M.中国轻工业出版社2003.4 袁任光.可编程控制器(PC)应用技术与实例M.广州:华南理工大学出版社，2001.5 李佳. 数控机床及应用M. 北京：清华大学出版社，2001.6 董玉红. 数控技术M. 北京：高等教育出版社，2004.7 林宋. 现代数控机床M. 北京：化学工业出版社，2003.致 谢毕业设计就这样忙碌与充实中顺利完成了。在刚接到这个课题时感觉会比较轻松，因为，我自认为我在机与电结合方面学的还不错。可是，当我正式开始做的时候才发现，原来我还欠缺的那么多。是机与电的结合，可是也要把两者分开并且针对每一部分都要详细阐述。这真的难道了我，一方面：在机械方面，由于之前接触的不是很多，所以我感到了莫大的压力；另一方面：在电气方面也存在一些内容我们之前并没有学到如：霍尔效应等。面对这些困难，我得到了老师、同学的帮助，同样我也感受到了自学的重要性。通过这篇论文我进一步的了解了自己，明白了自身的不足。许多细节的把握，方向的确定还不够明确，这都需要我今后的努力，同时也明白了查阅资料在做论文中的重要性。至此，我感谢学校，感谢谆谆教导我的老师们，感谢我的同学，是你们给了我信心。附录附录一系统主电路图