1、數控車床刀具庫選刀控制電路設計摘要數控車床刀具控制設計主要是為了實現刀具的自動換取，保證加工過程中的快速與穩(wěn)定。數控車床的換刀一般采用兩種控制方式，即固定存放換刀控制和隨機存取換刀控制。在固定存取換刀控制中，刀庫中各刀具的位置是固定的，刀具選擇指令（CNC來的T代碼）是以刀套編號為存取地址來控制存取動作，即原來從哪一刀套編號中取出來的刀具，在使用完畢后仍歸還到那一刀套中。而隨機換刀控制中，還刀位置是隨機的，刀具選擇指令（CNC來的T代碼）與刀套編號無關，指令僅以刀具自身的直接編號為目標。這種換刀方式在新刀具取出后，刀庫不需轉動，立即隨機存入原先的刀具，即換刀、存刀一次完成，縮短了換刀時間。因此

2、我們在設計時采用了第二種設計方案，使用PLC為基本控制部件，編制出對應的PLC程序來控制刀具庫與機械手的運作。當機械手讀入當前位置刀具號后，我們只需人為按下所需選擇的道具對應刀具號按鈕，即可通過PLC控制電動機運轉實現選刀。這樣的設計起到了對刀具庫的保護、省時等。關鍵詞： 1,刀具庫 2,選刀 3,控制 4,PLC AbstractThe number controls to process center knife to have a control design mainly is for carrying out knife to have of automatically exchan

3、ge, promise to process in of fast and stable.The number controls to process change the knife of center to generally adopt two kinds of control ways, then fixedly deposit to change the knife control and random access to change the knife a control.In fix the access change the knife the control, each k

4、nife has in the knife database of the position be fixed, the knife has choice instruction(CNC come of T code) with knife set serial number for access an address to control access action, then originally took out from which knife the set the serial number of the knife have and still return there 1 af

5、ter the usage complete in.But random change the knife a control medium, return the knife position is random, the knife has choice instruction(CNC come of T code) and knife set serial number irrelevant, instruction only with the knife have the direct serial number of oneself for target.This kind of c

6、hanges the knife a way after the new knife take out, the knife database doesn't need to turn to move and immediately and random deposit at first of the knife have, then change the knife, save knife a completion, shortenned to change the knife time.So we adopted the second design project while de

7、sign, use the PLC as basic control parts, draw up a rightness in response to of PLC procedure to control the operation that the knife has a database and machine hand.When the machine hand reads that going into current position knife has number after, we need factitiousness to press need to be choose

8、 of the prop can immediately pass the PLC control electric motor operation a realization to choose knife towards having a number button in response to the knife. So of the design rose to have the protection of database save time to the knife etc.Key word: 1,change the knife 2,choose knife 3,control

9、4,PLC 目錄前 言·············································1第1章 數控車床的分類·&

10、#183;·····························2 1.1 按車床主軸位置分類·················

11、3;········2 1.2 按加工零件的基本類型分類····················2 1.3 按刀架數量分類················

12、83;·············3 1.4 按功能分類··································3第2章

13、 可變程序控制器·······························4 2.1 PLC的定義和特點···············&

14、#183;·············4 2.1.1 PLC的定義······························42.1.2 PLC 的特點·

15、83;····························42.2 PLC的基本結構···················&#

16、183;···········5 中央處理單元CPU························5 存儲器···········

17、3;······················6 輸入輸出接口··························&#

18、183;·6 存儲器編程器····························62.3 PLC的工作原理·················

19、;··············7第3章 PLC的指令與編程······························8 3.1 PLC的指令·

20、83;································8 基本指令················

21、83;···············8 專用（功能）指令························93.2 PLC編程·······&

22、#183;·····························103.2.1 PLC的編程語言·················

23、83;········103.2.2 PLC程序設計的基礎規(guī)則··················113.2.3 PLC程序設計的一般步驟與方法············12第4章 數控機床的可編程序控制器與自動換刀機構&

24、#183;······134.1 數控機床用PLC······························13 “內裝型”PLC·········

25、·················13 “外裝型”PLC··························134.2 自動換刀機構···&

26、#183;·························14 自動換刀裝置······················

27、3;····14 用于數控車床的回轉刀架·················15 自動刀架的分類與工作原理···············16 自動刀架·······

28、3;·······················16第5章 PLC控制車床刀架························&

29、#183;····19 5.1 刀架的選用··································19 5.2 電動刀架的電機控制······

30、83;···················19 5.3 車床刀架控制····························&#

31、183;···19第6章 數控車床刀具庫選刀PLC控制···················236.1 設計要求······················&#

32、183;············23 設計題目······························23 設計目的·····

33、·························23 設計要求························

34、;······236.2 設計分析····································23 技術參數·····

35、··························23 梯形圖·······················

36、··········26 指令表·································28第7章 PLC控制系統(tǒng)的故障診斷及維護··

37、83;···············317.1 PLC控制系統(tǒng)故障診斷·························31 7.1.1 PLC控制系統(tǒng)故障診斷技術的基本原理··&

38、#183;····317.1.2 PLC控制系統(tǒng)的故障類型···················317.1.3 PLC控制系統(tǒng)的故障診斷方法···············317.2 使用前檢查與日常維護·

39、83;······················33 使用前檢查··························&

40、#183;··33 日常維護檢查···························35 參考文獻················

41、3;···························36本文總結·····················

42、3;······················37謝 辭···························

43、;····················38前言在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第

44、一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。 個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現在，仍常常將PLC簡稱PC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過

45、程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。第一章 數控車床的分類 數控車床可分為臥式和立式兩大類。臥式車床又有水平導軌和傾斜導軌兩

46、種。檔次較高的數控臥車一般都采用傾斜導軌。按刀架數量分類，又可分為單刀架數控車床和雙刀架數控車，前者是兩坐標控制，后者是4坐標控制。雙刀架臥車多數采用傾斜導軌。 數控車床與普通車床一樣，也是用來加工零件旋轉表面的。一般能夠自動完成外圓柱面、圓錐面、球面以及螺紋的加工，還能加工一些復雜的回轉面，如雙曲面等。車床和普通車床的工件安裝方式基本相同，為了提高加工效率，數控車床多采用液壓、氣動和電動卡盤。 數控車床的外形與普通車床相似，即由床身、主軸箱、刀架、進給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。數控車床的進給系統(tǒng)與普通車床有質的區(qū)別，傳統(tǒng)普通車床有進給箱和交換齒輪架，而數控車床是直接用伺服電機通過

47、滾珠絲杠驅動溜板和刀架實現進給運動，因而進給系統(tǒng)的結構大為簡化。1.1 按車床主軸位置分類 （1）立式數控車床 立式數控車床簡稱為數控立車，其車床主軸垂直于水平面，一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。 （2）臥式數控車床 臥式數控車床又分為數控水平導軌臥式車床和數控傾斜導軌臥式車床。其傾斜導軌結構可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。1.2 按加工零件的基本類型分類 （1）卡盤式數控車床 這類車床沒有尾座，適合車削盤類(含短軸類)零件。夾 緊方式多為電動或液動控制，卡盤結構多具有可調卡爪或不淬火卡爪(即軟卡爪)。 （2）頂

48、尖式數控車床 這類車床配有普通尾座或數控尾座，適合車削較長的零件及直徑不太大的盤類零件。1.3 按刀架數量分類 （1）單刀架數控車床 數控車床一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥動轉位刀架或多工位轉塔式自動轉位刀架。 （2）雙刀架數控車床 這類車床的雙刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。1.4 按功能分類 （1）經濟型數控車床 采用步進電動機和單片機、PLC對普通車床的進給系統(tǒng)進行改造后形成的簡易型數控車床，成本較低，但自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉類零件的車削加工。 （2）普通數控車床 根據車削加工要求在結構上進行專門設計并配備通用數控系統(tǒng)而形成的

49、數控車床，數控系統(tǒng)功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉類零件的車削加工。這種數控車床可同時控制兩個坐標軸，即X軸和Z軸。 （3）車削加工中心 在普通數控車床的基礎上，增加了C軸和動力頭，更高級的數控車床帶有刀庫，可控制X、Z和C三個坐標軸，聯動控制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和銑削動力頭，這種數控車床的加工功能大大增強，除可以進行一般車削外可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。第二章 可編程序控制器2.1 PLC的定義和特點2.1.1 PLC的定義由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。

50、PLC是一種數字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令實現邏輯運算、順序運算、計數計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制。1982年，國際電工委員會頒布了PLC標準草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版對PLC作了如下的定義:PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。上述的定義表明，PLC是一種能直接應用于工業(yè)環(huán)境的數字電子裝置，它有與其他順序控制裝置不同的特點。2.1.2 PLC的特點PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點:（1）可靠性 對可以維修的產品，可靠性包括產品的有效性和可維修性。PLC的可靠性高

51、，表現在下列幾方面：與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因:l) PLC不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單、維修時間縮短，因此可靠性得到提高。2) PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如冗余設計、掉電保護、故障診斷和信息保護及恢復等，使可靠性得到提高。3) PLC有較強的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點，因此對操作和維修人員的技能要求降低，容易學習和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。與通用的計算機控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因:1) 在PLC的硬件設計方面，采用了一系列提高可靠性的措施。2) 在

52、PLC的軟件設計方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言、信息保護和恢復、報警和運行信息的顯示等等。（2）易操作性 PLC的易操作性表現在下列三個方面:1)操作方便對PLC的操作包括程序輸入的操作和程序更改的操作。大多數PLC采用編程器進行程序輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。2) 編程方便PLC有多種程序設計語言可供使用。對電氣技術人員來說，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。（3）靈活性 PLC的靈活性表現在下列三方面:1) 編程的靈活性PLC

53、采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖和語句描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進行編程。2) 擴展的靈活性PLC的擴展靈活性是它的一個重要的特點。它可根據應用的規(guī)模不斷擴展，即可進行容量的擴展，功能的擴展，應用和控制范圍的擴展。這種擴展的靈活性大大地方便了用戶。3) 操作的靈活性操作的靈活性是指設計的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。2.2 PLC的基本結構PLC的型號、規(guī)格繁多。它主要由中央處理單元CPU、存儲器、輸入、輸出等部分組成。 中央處理單元CPUCPU是PLC的核心，其主要作用是：(1)接收從編程器

54、輸入的用戶程序，并存入程序戶存儲器中。(2)用掃描方式采集現場輸入狀態(tài)和數據，并存入相應的數據寄存器;執(zhí)行用戶程序，從程序存儲器中逐條取出用戶程序，經過解釋程序解釋后逐條執(zhí)行，完成程序規(guī)定的邏輯和算術運算，產生相應的控制信號去控制輸出電路，實現程序規(guī)定的各種操作;通過故障自診斷程序，診斷PLC的各種運行錯誤。因此，CPU的性能對PLC的整機性能有著決定性的影響。存儲器PLC的存儲器用來存放程序和數據。程序分系統(tǒng)程序和用戶程序。(1)系統(tǒng)程序存儲器 系統(tǒng)程序是PLC研制者所編的程序，它是決定優(yōu)性能的關鍵。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標準子程序庫及其他各種管理程序等。（2）用戶

55、程序存儲器 用戶程序是用戶為解決實際問題并根據PLC的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經CPU存放入用戶存儲器。 輸入輸出接口(簡稱I/O接口)輸入輸出接口是CPU與工業(yè)現場裝置之間的連接部分，是PLC的重要組成部分。與微機的工作于弱電的情況不同，PLC的I/O接口是按強電要求設計的，即其輸入接口可以接受強電信號，其輸出接口可以直接和強電設備相連接。(1)輸入接口 輸入接口的功能是采集現場各種開關接點的狀態(tài)信號，并將其轉換成標準的邏輯電平，送給CPU處理。一般輸入信號多為開關量信號，各種開關量輸入接口基本結構大同小異，常有直流和交流開關量輸入接口電路兩種。(2) 輸出接口 為適應不同的

56、負載，輸出接口有多種方式。常用的有晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器輸出方式。晶體管輸出方式用于直流負載;雙向晶閘管輸出方式用于交流負載，繼電器輸出方式可用于直流負載，也可用于交流負載。存儲器編程器編程器是PLC中一種主要的外部設備，它是開發(fā)、維護PLC控制系統(tǒng)的必備設備。編程器用于用戶程序的編制、編輯、調試、檢查和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調用與顯示PLC的一些內部狀態(tài)和系統(tǒng)參數。它通過通信端口與CPU聯系，完成人機對話連接。編程器上有供編程用的各種功能鍵和顯示燈，以及編程、監(jiān)控轉換開關。編程器的鍵盤采用梯形圖語言鍵符，也可以采用軟件指定的功能鍵符，通過屏幕對話方式進行編程。2.3 PLC

57、的工作原理與普通微機類似，PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下，PLC才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩部分。PLC的基本工作如下：(1)輸入現場信息 在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)；(2)執(zhí)行程序 順次掃描用戶程序中的各條指令，根據輸入狀態(tài)和指令內容進行邏輯運算；(3)輸出控制信號 根據邏輯運算的結果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點并行發(fā)出相應的控制信號，實現所要求的邏輯控制功能。上述過程執(zhí)行完后，又重新開始，反復地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。為了提高工作的可靠性，及時接收外來的控制命令，PLC在每次掃描期間，除完成

58、上述三步操作外，通常還要進行故障自診斷，完成與編程器等的通信。每次掃描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點、存儲器和CPU等進行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當前狀態(tài)，并與正常的標準狀態(tài)進行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認為有故障。此時，PLC立即啟動關機序，保留現行工作狀態(tài)，并關斷所有輸出點，然后停機。診斷結束后，如沒發(fā)現故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。如果有則進行相應的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數據、出錯信息送給編程器顯示等。處理完通信后，PLC繼續(xù)往下掃描，輸入現場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個

59、掃描周期。然后又從自診斷開始，進行第二輪掃描。PLC就這樣不斷反復循環(huán)，實現對機器的連續(xù)控制，直到接收到停機命令，或因停電、出現故障等才停止工作。第三章 PLC的指令及編程3.1 PLC的指令歐姆龍C系列P型機可編程序控制器的指令分為兩大類：基本指令和專用（功能）指令。基本指令是指直接對輸入、輸出點進行簡單操作的指令，它包括邏輯操作（“與”、“或”、“非”等）指令和輸出指令等，在編程器的鍵盤上設有與基本指令的符號和助記符相同的鍵，輸入基本指令時，只要按下對應的鍵即可。專用（功能）指令也稱特殊指令，它包括數據處理、運算和程序控制等指令。由于專用指令很豐富，在編程器上沒有對應的鍵盤。為了便于在編程

60、器上輸入程序，為每一條專用指定了一個功能代碼（兩位數字），書寫時用圓括號括起來，放在專用指令的助記符后面。在編程輸入專用指令時，先按“FUN”鍵，再按功能代碼即可。 基本指令1LD 指令LD指令的格式、邏輯符號、功能和編程操作見（表3-1）。表（3-1）表3-1中的B為指定繼電器的編號；LD指令的功能：LD指令是動合觸點與母線連接指令，也稱為裝載或起始指令，每一個程序的開始都要使用它。2、LD-NOT指令：是動斷觸點與母線連接指令，與LD指令功能上不同之處在于使用動斷觸點。3、AND指令：是串聯動合觸點指令。4、AND-NOT指令：是串聯動斷觸點的指令。5、OR指令：是并聯動合觸點的指令。6、

61、OR-NOT指令：是并聯動斷觸點的指令。7、OUT指令：是輸出邏輯運算結果的指令，它將邏輯運算的結果輸出到一個指定的繼電器。8、OUT-NOT指令：是輸出取反后的邏輯運算，它是將邏輯運算的結果取反，輸出到一個指定的繼電器。9、AND-LD指令：是兩個觸點組串聯連接指令。10、OR-LD指令：是兩個觸點組并聯連接指令。11、TIM指令TIM指令的格式、邏輯符號、功能和邏輯操作（見表3-2）表3-2指令 格式邏輯符號功能編程操作TIMTIM N SVTIM NSV SV延時操作TIM+繼電器符號#+設置數表（3-2）中邏輯符號說明如下：N：定時器的編號，其數值范圍是0047。SV：所需定時的設定值

62、，也可以是輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器、保持繼電器通道中的內容。TIM指令的功能：TIM指令按延時設定值進行延時操作，即接通延時（定時）指令。當定時器的輸入接通時開始計時，經過設定時間后，定時器的觸點動作。12、CNT指令：按設定值進行計數操作，即預置計數指令。當計數器的輸入接通時，開始計數，經過設定數值后計數器為ON（計數器觸點動作）。 專用（功能）指令1、END指令：是結束程序指令，用于全部指令的最后一行。使用END指令應該注意以下幾點：END指令總是作為程序的最后一條指令。若程序結尾沒有該指令，在運行或監(jiān)視程序時，顯示器將顯示“ON END INST”錯誤信息。2、IL指令：是

63、分支指令，在分支處形成新母線。它使程序編制方便，圖形直觀。IL與ILC指令成對使用。3、ILC指令：分支結束指令，在分支處返回。4、JMP指令：不執(zhí)行某段指令，即跳轉指令。5、JNE指令：跳轉結束指令。6、SFT指令：移位指令。7、KEEP指令：保持指令，相當于一個自鎖繼電器，即具有繼電器自保功能。它可以將短信號變成長信號。8、CNTR指令：環(huán)形計數器，可逆計數。3.2 PLC編程 3.2.1 PLC的編程語言可編程控制器程序設計語言:在可編程控制器中有多種程序設計語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言功能表圖語言功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語

64、言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數簡單的控制功能，如代替繼電器、計數器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。順序功能圖是一種圖解方法，它的特點是將一個控制過程劃分為許多步，只要滿足條件，就可以從一個工作步轉移到另外一個工作步。功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序設計語言，它可根據需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數據的操縱和其他基本程序設計語言無法完成的功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成。常用的程序設計語言是：梯形圖程序設計語布爾助記符程序設計語言（語句表)，主要用于斷續(xù)控制系統(tǒng)。梯形圖（L

65、adder Diagram）程序設計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設計語言。采用梯形圖程序設計語言，即程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和結果，每個梯級是一個因果關系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結果表示在后面梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應用。梯形圖程序設計語言的特點是：(1)與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；(2)與原有繼電器邏輯

66、控制技術一致，對電氣技術人員來說，易撐握和學習；(3)與原有的繼電器邏輯控制技術的不同點是，梯形圖中的能流（Power Flow）不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此，應用時，需與原有繼電器邏輯控制技術的有關概念區(qū)別對待；(4)與布爾助記符程序設計語言有一一對應關系，便于相互的轉換和程序的檢查。3.2.2 PLC程序設計的基礎規(guī)則PLC的程序設計是用戶以PLC指令的功能為基礎，根據實際系統(tǒng)的控制要求，編制PLC的應用程序。1、梯形圖的編程規(guī)則梯形圖中的各軟繼電器必須是所用機器允許范圍內的軟繼電器，各軟繼電器的軟觸點可以無限次使用，不受數量的限制。每個梯級都是從左母線開始

67、，到右母線結束。各梯級中，所有的觸點只能接在軟繼電器線圈的左邊，而不能與右母線直接相連。軟繼電器線圈只能接在右母線上，而且不能直接接在左母線上。觸點一般應畫在水平線上，不能畫在垂直線上。多條支路并聯時，串連觸點多的支路應畫在該并聯電路的上部。多個并聯電路串連時，并聯觸點多的電路應畫在該串連電路的左部。這樣編程可以減少用戶程序的步數，從而縮短程序掃描時間。梯形圖必須符合從左到右、從上到下的順序執(zhí)行原則。對于不符合此原則的電路，不能直接編程，必須按其邏輯功能進行等效變換，如圖所示。圖（3-1）不能直接編程的電路 圖（3-2）變換后的可編程電路2、語句表的編程規(guī)則1） 語句表編程與梯形圖編程，兩者相

68、互對立，并可以相互轉換。2） 語句表也必須符合順序執(zhí)行原則。語句表是按語句排列順序（步序）編程的，語句的順序與控制邏輯有密切關系，不能隨意顛倒、插入或刪除，以免引起程序錯誤或控制邏輯錯誤。3） 語句表中各語句的操作數（操作元件號）必須是所用機器允許范圍內的參數，否則將引起程序出錯。4） 語句表的步序號應從用戶存儲器的起始地址開始，連續(xù)不斷地編制。3.2.3 PLC程序設計的一般步驟與方法1） 分析被控對象的工藝過程和系統(tǒng)的控制要求，明確動作的順序和條件，畫出控制系統(tǒng)流程圖（活狀態(tài)轉移圖）。如果控制系統(tǒng)較簡單，可省略這一步。2） 將所有的現場輸入信號和輸出控制對象分別列出，并按PLC內部可編程元

69、件號的范圍，給每個輸入和輸出分配一個確定的I/O端編號，編制出PLC的I/O端的分配表，或繪制出PLC的I/O接線圖。3） 設計梯形圖程序，編寫指令語句表。4） 用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲器中，并調試程序，直到達到系統(tǒng)的控制要求為止。第四章 數控機床的可編程序控制器與自動換刀機構4.1 數控機床用PLC 數控機床用PLC可分為兩類：一類是專為實現數控機床順序控制而設計制造的“內裝型”PLC，另一類是那些輸入/輸出接口技術規(guī)范、輸入/輸出點數、程序存儲容量以及運算和控制功能等均能滿足數控機床控制要求的“獨立型”PLC。4.1.1. “內裝型”PLC “內裝型”PLC從屬于CNC裝置，P

70、LC與NC間的信號傳送在CNC裝置內部即可實現。PLC與MT（機床側）則通過CNC輸入/輸出接口電路實現信號傳送。如圖：CNC裝置 機床電氣柜NCPLC輸入、輸出電路CRT/MDI面板機床操做面板強電、氣、液動控制電路刀庫伺服單元主軸伺服單元進給伺服單元位置檢測圖4-1具有內裝置型PLC的CNC機床系統(tǒng)框圖4.1.2. “獨立型”PLC 獨立型PLC是獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定控制任務的裝置。如圖PLC裝置CNC裝置NCPLC輸入、輸出電路CRT/MDI面板機床操做面板位置檢測 機床電氣柜強電、氣、液動控制電路刀庫伺服單元主軸伺服單元進給伺服單元輸入、輸出電路

71、輸入、輸出電路圖4-2具有獨立型PLC的CNC機床系統(tǒng)框圖4.2 自動換刀機構 自動換刀裝置 一個零件往往需要進行多工序的加工，對于單功能的機床，大量的時間將用于更換刀具裝卸零件等非切削時間，切削加工時間只占整個工時中較小的比例。為了縮短非切削時間，往往采用自動換刀裝置的數控機床。自動換刀裝置已廣泛應用于數控車床。使用這種裝置配合精密數控轉臺，可以使機加工時間提高7080。由于零件在一次裝夾中完成零件的多工序加工，大大減少了零件安裝定位次數，從而進一步提高了加工精度。自動換刀裝置的功能就是儲備一定數量的刀具并完成刀具的自動交換。它應當滿足換刀時間短、刀具重復定位精度高、刀具儲存量足夠、結構緊湊

72、及安全可靠等要求。各類數控機床的自動換刀裝置的結構與數控機床的類型工藝范圍使用刀具種類和數量有關。數控機床常用的自動換刀裝置的類型、特點及適用范圍見表4-1。表4-1 自動換刀裝置的類型、特點及適用范圍 類型特點使用范圍轉塔式多為順序換刀，換刀時間短，結構簡單緊湊，容納刀具較少各種數控車床數控車削中心 轉塔頭順序換刀，換刀時間短刀具主軸都集中在轉塔頭上，結構緊湊，但剛性較差，刀具主軸數受限制數控鉆床鏜床刀庫式刀庫與主軸之間直接換刀 換刀運動集中，運動部件少。但刀庫運動多，布局不靈活，適應性差各種類型的自動換刀數控機床。尤其是對使用回轉類刀具的數控鏜銑類立式臥式加工中心機床。要根據工藝范圍和機床

73、特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置形式 用機械手配合刀庫換刀刀庫只有選刀運動，機械手進行換刀運動，比刀庫作換刀運動慣性小速度快 用機械手運輸裝置配合刀庫換刀換刀運動分散，由多個部件實現，運動部件多，但布局靈活，適應性好 有刀庫的轉塔頭換刀裝置彌補轉塔頭換刀數量不足的缺點，換刀時間短轉塔式數控機床 用于數控車床的回轉刀架 數控車床上使用的回轉刀架換刀是一種簡單的自動換刀裝置，有四方刀架、六角刀架等多種形式，即在回轉刀架上分別安裝有四把、六把或更多的刀具，并按數控裝置的指令換刀。回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數控車

74、床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之后，具有盡可能高的重復定位精度(一般為0.0010.005mm)。 自動刀架的分類及其工作原理 自動轉位刀架按其工作原理可分為： 1）螺旋轉位刀架 電機經彈簧安全離合器至渦輪輻帶動螺母轉動，螺母舉起刀架使端齒盤使盤與下盤分離，隨即帶動刀架旋轉到位，然后發(fā)信號使電極反轉鎖緊，使刀架換位，進行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度較高，許多刀架都利用這種原理設計。 2）十字槽輪轉位刀架 利用槽輪原理轉位及鎖緊（還要加定位銷）。銷釘每轉一周，刀架轉90o，也可設計成6共位等。十字

75、槽輪式體積大，零件多，目前使用較少。 3）凸臺棘爪式轉位刀架 渦輪帶動凸臺a相對與凸臺b轉動使其上下端齒盤分離，繼續(xù)旋轉。則棘輪機構推動刀架轉90o，然后利用接觸開關或霍爾元件發(fā)出信號，使電極反轉，重新鎖緊刀架。凸臺棘爪式重復定位精度相對較低。 4）電磁式轉位刀架 利用一個1000kg左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖緊。電磁式目前已能實用，但多一套電路，并要有斷電保護。 5）液壓式轉位刀架 液壓擺動油缸控制轉位，具有一個擺位閥心，帶動刀架轉位的撥爪，還有一個向下拉緊的小油缸，也產生1000kg以上的拉緊力。這種轉位刀架的特點是轉位可靠，但液壓件難制造，有油泄露及發(fā)熱等問題。 自動刀架 從自動轉位刀

76、架的工作原理可知，這類刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自動完成抬起、回轉、選位、下降、定位和壓緊這一系列的動作。下面依次討論刀架要完成上述動作過程的工作的設計原理。 1）刀架的抬起利用壓縮彈簧的恢復力來完成刀架的抬起。在發(fā)出這一動作前彈簧一直被壓縮著，直到發(fā)出信號時，使彈簧回彈，這可由某一滑動機構的斜面來完成。同樣，壓縮彈簧還是靠這一斜面，但其轉動方向相反。為了抬起可靠，彈簧的最小預緊力必須大于所抬起部分重量的兩倍以上。這種方案的缺點是刀架在轉動過程中，一直受到彈簧力的作用，有明顯的摩擦力和磨損。另外，一旦有雜物混入，易被卡住抬不起來。利用螺紋傳動，將螺旋轉動變成軸向直線運動，從而達到抬起刀架的

77、目的。在這種情況下，完成這一動作的絲杠要垂直放置，這種方案可基本上克服者一方案的缺點。此外，這兩種方案要解決的共同問題是：在刀架的抬起過程中，都要防止刀架轉動。這可通過設計一個帶有斜面的粗定位銷和定位槽的配合來完成，并使斜面間摩擦力產生的阻力矩大于上述轉動摩擦力矩。 2）刀架回轉和選位刀架由一個微電機通過傳動系統(tǒng)來帶動。刀架的轉動軸線是垂直的，而轉速比起微電機來要慢得多。由于電機空間條件所限必須臥式安裝，因此兩者的轉動軸線互相垂直或異面垂直，窩輪窩桿傳動比較適合這種場合。刀架從抬起變成轉動的動作原理是：當刀架抬到特定高度時，由一個正在旋轉的撥塊帶動刀架旋轉，由此，刀架抬起運動和轉動均由同一傳動

78、系統(tǒng)來先后完成。刀架轉過一定角度后要選位，即看一看轉到這個位置的刀具是否符合加工要求。這一功能是由微電機程序來實現。具體的說，當刀具轉到詞位置時，程序自動地將該位置的編碼與所需刀具編碼加以比較。若相同，該刀具就選定此位置；否則，再轉動，重復上述過程。每次轉過的角度大小，由刀架的面體數量來確定。如對于四方刀架，每次轉過360o/4=90o；對于五方刀架，每次轉過360o/5=72o；對于六方刀架，每次轉過360o/6=60o。刀架編碼的位數也不各相同。對于四方刀架，由兩位二進制數既可完全表示，四個刀位編碼分別為00、01、10、11。對于五方刀架，必須由三位二進制數表示，既000、001、011

79、、110、111。六方刀架的編碼為000、001、010、011、100、110、111。刀位編碼信號的發(fā)出，是由裝在隨刀架一起轉動的微動電源開關來實現的。微動開關的觸頭朝外，它的開關狀態(tài)由一個內表面凸輪來控制。凸輪實際上是只有一定半徑差的兩個內圓弧表面。微動開關觸頭與小半徑內表面接觸，開關便接通；與大圓弧表面接觸，開關便斷開。與此對應的信號分別為1和0。所需要的微動開關數目，等于編碼的位數。既四方刀架有兩個微動開關，五方和六方刀架各有三個微動開關。另外，刀位編碼信號并非刀架轉到此位置時才發(fā)出的，而是提前發(fā)出的。刀具的選位位置是由一個粗定位開關來控制的。當刀架轉到某個刀位時，粗定位開關發(fā)信號，

80、停轉，微機進行編碼比較，根據比較結果，或刀架選定此位，或繼續(xù)轉動。粗定位開關的通斷控制也是由一個類似于內表面凸輪的定位槽來完成。 3）刀架的下降、定位和壓緊刀架選定位置后，斜面銷插入斜面槽中，使之粗定位。然后由微機控制使微電機反轉。由于斜面銷的棘輪作用，刀架不跟隨轉，只是下降。，再由精定位元件來精確定位。精定位元件有若干種，常采用錐形定位銷定位。但是，如果只用一個定位銷定位，那么刀架的定位精度和定位剛度都不足。若用多個定位銷定位，定位銷孔的位置精度要求極高,加工難度較大。相比之下，端面齒盤定位的優(yōu)點較為明顯。齒盤齒廓部分的形位精度可以從工藝上嚴加控制，再經反復對研，既可得到很高的精度。由于端面齒盤定位