畢業(yè)設(shè)計(jì)-斗笠式刀庫控制裝置

1、I斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)摘 要 隨著數(shù)控加工技術(shù)的普及與發(fā)展，高速加工中心作為新時(shí)代數(shù)控機(jī)床的代表，已在機(jī)床領(lǐng)域廣泛使用。自動(dòng)換刀刀庫的發(fā)展儼然已超越其為數(shù)控加工中心配套的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合機(jī)床高精度、高效率、高可靠度及多任務(wù)復(fù)合等概念的獨(dú)特產(chǎn)品。刀庫作為加工中心最重要的部分之一，它的發(fā)展也直接決定了加工中心的發(fā)展。本文介紹了在教學(xué)當(dāng)中斗笠式刀庫自動(dòng)換刀控制實(shí)驗(yàn)裝置的總體設(shè)計(jì)方案，開發(fā)了自動(dòng)換刀控制系統(tǒng)的硬件和軟件，并對(duì)斗笠式刀庫自動(dòng)換刀過程進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)換刀動(dòng)作的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，生動(dòng)直觀的展示了換刀動(dòng)態(tài)過程，便于技術(shù)維修和學(xué)生觀察自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)和 PLC 的運(yùn)行狀態(tài)

2、，盡快定位故障點(diǎn)、排除故障。關(guān)鍵詞：斗笠式刀庫，自動(dòng)換刀控制，組態(tài)設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)監(jiān)控，西門子 802c 數(shù)控系統(tǒng)IIDesign of control device of bamboo hat type tool magazine Laboratory ABSTRACTAlong with the popularization and development of NC machining technology,high speed machining center as a representative of a new era of CNC machine tools, has been wi

3、dely used in the field of machine tools.Development of automatically change the knife base has exceeded its NC Center for supporting the role of the development of unique products, to meet the high-precision machine tools, high efficiency, high reliability and more complex tasks such as the concept

4、of technology in their unique areas of.As one of the most important part of machining center tool magazine, itsdevelopment will determine the processing center. This paper introduces the overall design scheme of control experimental device of automatic tool changing hats in teaching tool library, au

5、tomatic tool change control system hardware and software development, and the bamboo hat type tool process of configuration design, the realization of the dynamic monitoring and automatic tool changing motion control, vivid and intuitive display tool changing dynamic process, facilitating technical

6、repairand students to observe the automatic tool change mechanism and the running state of the PLC, as soon as possible to locate the fault point, fault elimination.KEY WORDS:Bamboo hat type knife, automatic tool change control, configuration design,dynamic monitoring, Siemens 802C CNC systemIII目 錄摘

7、要 ABSTRACT 1 綜述 11.1 數(shù)控教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置分析11.1.1 數(shù)控銑床試驗(yàn)臺(tái)不同實(shí)驗(yàn)裝置形式分析1 1.1.1.1 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)（西門子）1 1.1.1.2 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)（半實(shí)物/西門子）1 1.1.1.3 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)（實(shí)物/西門子）31.1.2 組態(tài)軟件在當(dāng)前數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用41.1.3 本設(shè)計(jì)在教學(xué)中的意義41.2 組態(tài)王應(yīng)用 51.2.1 建立組態(tài)王新工程61.2.2 創(chuàng)建組態(tài)畫面81.2.3 定義 I/O 設(shè)備91.2.4 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫121.2.5 建立動(dòng)畫連接131.2.6 運(yùn)行與調(diào)試152 斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室控制裝置總體

8、方案設(shè)計(jì) 162.1 數(shù)控加工加床刀庫形式 162.2 斗笠式刀庫控制過程分析 182.3 斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室控制裝置硬件測(cè)繪193 斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室控制裝置軟硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 213.1 硬件電氣系統(tǒng) 213.2 數(shù)控程序控制原理與程序設(shè)計(jì)223.3 PLC 換刀程序設(shè)計(jì)原理與程序設(shè)計(jì) 23 3.3.1 刀庫旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)步數(shù)計(jì)算24 3.3.2 主軸松刀、緊刀程序設(shè)計(jì)24 3.3.3 刀庫旋轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)26IV 3.3.4 刀庫前進(jìn)、后退程序設(shè)計(jì)264 斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室模擬控制裝置設(shè)計(jì) 274.1 斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室模擬控制裝置設(shè)計(jì)畫面設(shè)計(jì)274.2 接口數(shù)據(jù)庫的建立284.3 命令語言設(shè)計(jì) 3

9、05 基于 802c 數(shù)控系統(tǒng)的斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室裝置的聯(lián)機(jī)調(diào)試305.1 組態(tài)王與數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 305.1.1 組態(tài)王設(shè)置 305.1.2 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置345.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試結(jié)果分析34總結(jié)35參考文獻(xiàn) 36附錄37附錄41V斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)11 綜述隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展以及國家對(duì)制造行業(yè)的高度重視，在制造業(yè)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)裝置層出不窮，在很大程度上提高了教學(xué)質(zhì)量，但是由于部分實(shí)驗(yàn)裝置的缺失又阻礙了教學(xué)工作的有效進(jìn)行。借助于組態(tài)軟件完成虛擬實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)在近幾年得到了快速發(fā)展，有利于實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了較小投入高效教學(xué)的目的，有利于學(xué)生直觀了解并學(xué)習(xí)數(shù)控系統(tǒng)裝置的應(yīng)用與開發(fā)。1.1 數(shù)

10、控教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置分析目前數(shù)控教學(xué)中主要有三種實(shí)驗(yàn)裝置形式，分別是：不帶實(shí)物的數(shù)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置、半實(shí)物數(shù)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)物數(shù)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)于三種不同的實(shí)驗(yàn)裝置形式，相應(yīng)的有著不同的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)形式。但是無論對(duì)于那一種裝置形式都將系統(tǒng)電路連線平鋪在實(shí)訓(xùn)臺(tái)面板上，形象直觀，便于學(xué)生的學(xué)習(xí)理解。1.1.1 數(shù)控銑床實(shí)驗(yàn)臺(tái)為例三種不同實(shí)驗(yàn)裝置形式分析1.1.1.1 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)(西門子)不帶實(shí)物的數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，由實(shí)訓(xùn)臺(tái)和三坐標(biāo)組成，能完成數(shù)控系統(tǒng)的安裝調(diào)試、參數(shù)設(shè)置、PLC 編程、故障診斷與維修、數(shù)控銑床調(diào)試、數(shù)控編程與坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)等教學(xué)實(shí)訓(xùn)。系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，將一臺(tái)數(shù)

11、控銑床電控系統(tǒng)在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行分解展示，模塊化設(shè)計(jì)，將數(shù)控系統(tǒng)接口信號(hào)在各模塊上展開，信號(hào)可測(cè)量。圖 1-1 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)(西門子)陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）21.1.1.2 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)(半實(shí)物/西門子) 半實(shí)物數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，由實(shí)訓(xùn)臺(tái)和三坐標(biāo)組成，能完成數(shù)控系統(tǒng)的安裝調(diào)試、參數(shù)設(shè)置、PLC 編程、故障診斷與維修、數(shù)控銑床調(diào)試、數(shù)控編程與坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)等教學(xué)實(shí)訓(xùn)。系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，將一臺(tái)數(shù)控銑床電控系統(tǒng)在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行分解展示，模塊化設(shè)計(jì)，將數(shù)控系統(tǒng)接口信號(hào)在各模塊上展開，信號(hào)可測(cè)量。該實(shí)驗(yàn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)匹配演示，有利于

12、學(xué)生學(xué)習(xí)與 理解工業(yè)實(shí)際造作規(guī)程。 圖 1-2 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)臺(tái)(半實(shí)物/西門子) 1.1.1.3 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)(實(shí)物/西門子) 實(shí)物數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，由數(shù)控銑床實(shí)訓(xùn)臺(tái)和數(shù)控教學(xué)型銑床實(shí)物組成，具有一定的銑削能力，可對(duì)有機(jī)玻璃、塑料等材料進(jìn)行簡(jiǎn)單銑削加工。不僅可作為數(shù)控銑床電氣故障的維修實(shí)訓(xùn)設(shè)備，也可作為數(shù)控銑床的實(shí)際加工操作實(shí)訓(xùn)設(shè)備。它具有數(shù)控系統(tǒng)的安裝調(diào)試、參數(shù)設(shè)置、PLC 編程、故障診斷與維修、數(shù)控銑床編程與加工操作等多項(xiàng)功能；學(xué)生在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行電氣維修方面的實(shí)訓(xùn)；數(shù)控系統(tǒng)安裝在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上，便于進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作；完全采用工業(yè)化的器件，將一臺(tái)數(shù)控銑床的

13、電控系統(tǒng)的每一環(huán)節(jié)在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行分解展示；模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)有強(qiáng)電柜，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)控銑床各個(gè)環(huán)節(jié)的斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)3實(shí)訓(xùn)教學(xué)；設(shè)計(jì)有專門的故障設(shè)置區(qū)和排故操作單元。具有數(shù)控銑床的故障維修考核功能。數(shù)控系統(tǒng)單元：采用西門子 802C 數(shù)控系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)模塊：X/Y/Z 進(jìn)給軸均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 這種實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物部分完全與實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相同，能充分反映現(xiàn)實(shí)數(shù)控銑床的運(yùn)行過程，再加上電控系統(tǒng)的每一環(huán)節(jié)在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上進(jìn)行分解展示，更加直觀的反映了現(xiàn)實(shí)銑床的工作流程。圖 1-3 數(shù)控銑床電氣控制與維修實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)(實(shí)物/西門子) 以上三種實(shí)驗(yàn)室數(shù)控實(shí)驗(yàn)裝置在一定程度上只能進(jìn)行部分?jǐn)?shù)控實(shí)驗(yàn)，有一定的局限性

14、，完美的數(shù)控與實(shí)物配置引進(jìn)的結(jié)果是實(shí)驗(yàn)裝置硬件成本大大提高，并且本身自帶系統(tǒng)的仿真功能薄弱，又有有限的人機(jī)交互界面，不能滿足數(shù)控教學(xué)的充分要求。1.1.2 組態(tài)軟件在當(dāng)前數(shù)控教學(xué)中的應(yīng)用當(dāng)前組態(tài)軟件在教學(xué)方面有著廣泛的應(yīng)用，但是大都針對(duì)的是獨(dú)立 PLC 進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，另外一種形式是針對(duì)化工專業(yè)的溫控等形式實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。組態(tài)軟件在獨(dú)立 PLC 教學(xué)中已經(jīng)有了應(yīng)用的成熟經(jīng)驗(yàn)，但是在與數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用方面仍很欠缺，有著很大的創(chuàng)新空間。1.1.3 本設(shè)計(jì)在數(shù)控教學(xué)中的意義 該設(shè)計(jì)是以數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)為對(duì)象，利用組態(tài)軟件開發(fā)一種“虛實(shí)結(jié)合”的陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）4實(shí)驗(yàn)控制裝置，進(jìn)一步

15、豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和形式，提高實(shí)驗(yàn)效果。同時(shí)也可以通過組態(tài)軟件設(shè)計(jì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室之外的硬件控制裝置，完成虛擬實(shí)驗(yàn)裝置的控制，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)數(shù)控系統(tǒng)輔助裝置的認(rèn)識(shí)與理解。使學(xué)生充分掌握典型數(shù)控系統(tǒng)的控制及二次開發(fā)方法，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力及初步研究能力。根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外機(jī)床制造企業(yè)生產(chǎn)制造的機(jī)械加工機(jī)床主要面向生產(chǎn)領(lǐng)域，并且價(jià)格昂貴封閉很強(qiáng)，很難滿足在教學(xué)與培訓(xùn)方面的需求，該項(xiàng)目的研究試驗(yàn)系統(tǒng)可以使用模型代替，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作可以脫離實(shí)際機(jī)床的硬件配置限制。利用組態(tài)軟件生動(dòng)直觀的展現(xiàn)了自動(dòng)裝置動(dòng)態(tài)過程，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)控，方便了工程現(xiàn)場(chǎng)的故障分析，使學(xué)生和維修人員很清楚的觀察到機(jī)構(gòu)及 plc 的運(yùn)行過程。該

16、設(shè)計(jì)的研究結(jié)果可以為廣大高等院?？焖俑咝У拈_展數(shù)控研究與維修技術(shù)實(shí)踐教學(xué)提供了開放的、生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以在教學(xué)方面取到較好的效果。1.2 組態(tài)王軟件應(yīng)用在安裝完“組態(tài)王”之后，在系統(tǒng)“開始”菜單“程序”中生成名稱為“組態(tài)王6.5”的程序組。組態(tài)王軟件加密鎖分為開發(fā)版、運(yùn)行版、NetView、Internet 版和演示版。所有版本都可以運(yùn)行在 Windows 98（第二版） 、Windows NT（補(bǔ)丁 6） 、Windows 2000 和 Windows XP 系統(tǒng)下。開發(fā)版有 64 點(diǎn)、128 點(diǎn)、256 點(diǎn)、512 點(diǎn)、1024 點(diǎn)、不限點(diǎn)共六種規(guī)格內(nèi)置編程語言支持網(wǎng)絡(luò)功能支持運(yùn)行環(huán)

17、境在線運(yùn)行 8 小時(shí)運(yùn)行版有 64 點(diǎn)、128 點(diǎn)、256 點(diǎn)、512 點(diǎn)、1024 點(diǎn)、不限點(diǎn)共六種規(guī)格支持網(wǎng)絡(luò)功能可選用通訊驅(qū)動(dòng)程序NetView 版有 512 點(diǎn)、不限點(diǎn)共兩種規(guī)格。支持網(wǎng)絡(luò)功能不可選用通訊驅(qū)動(dòng)程序For Internet 版有 5 用戶、10 用戶、20 用戶、50 用戶、無限用戶五種規(guī)格在組態(tài)王普通版本上增加 Internet 遠(yuǎn)程瀏覽功能演示版支持 64 點(diǎn)斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)5內(nèi)置編程語言開發(fā)系統(tǒng)在線運(yùn)行 2 小時(shí)支持運(yùn)行環(huán)境在線運(yùn)行 8 小時(shí)可選用通訊驅(qū)動(dòng)程序建立新組態(tài)王工程的一般過程是：1.設(shè)計(jì)圖形界面（定義畫面）2.定義設(shè)備3.構(gòu)造數(shù)據(jù)庫（定義變量）4

18、.建立動(dòng)畫連接5.運(yùn)行和調(diào)試需要說明的是，這五個(gè)步驟并不是完全獨(dú)立的，事實(shí)上，這四個(gè)部分常常是交錯(cuò)進(jìn)行的。在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制工程時(shí)，要依照此過程考慮三個(gè)方面：圖形 用戶希望怎樣的圖形畫面？也就是怎樣用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。數(shù)據(jù) 怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對(duì)象的各種屬性？也就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對(duì)象的各種屬性，比如溫度，壓力等。連接 數(shù)據(jù)和圖形畫面中的圖素的連接關(guān)系是什么？也就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。1.2.1 建立組態(tài)王新工程要建立新的組態(tài)王工程，請(qǐng)首先為工程指定工作目錄（

19、或稱“工程路徑” ） 。 “組態(tài)王”用工作目錄標(biāo)識(shí)工程，不同的工程應(yīng)置于不同的目錄。工作目錄下的文件由“組態(tài)王”自動(dòng)管理。創(chuàng)建工程路徑啟動(dòng)“組態(tài)王”工程管理器（ProjManager） ，選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕，彈出如圖 1-4 所示。圖 1-4陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）6單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е?duì)話框” ，如圖 1-5 所示。圖 1-5在工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑，或單擊“瀏覽”按鈕，在彈出的路徑選擇對(duì)話框中選擇一個(gè)有效的路徑。單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑?duì)話框” ，如圖 1-6 所示。圖 1-6在工程名稱文本框中輸入工

20、程的名稱，該工程名稱同時(shí)將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱。在工程描述文本框中輸入對(duì)該工程的描述文字。工程名稱長(zhǎng)度應(yīng)小于 32 個(gè)字節(jié)，工程描述長(zhǎng)度應(yīng)小于 40 個(gè)字節(jié)。單擊“完成”完成工程的新建。系統(tǒng)會(huì)彈出對(duì)話框，詢問用戶是否將新建工程設(shè)為當(dāng)前工程，如圖 1-7 所示。圖 1-7單擊“否”按鈕，則新建工程不是工程管理器的當(dāng)前工程，如果要將該工程設(shè)為新斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)7建工程，還要執(zhí)行“文件設(shè)為當(dāng)前工程”命令；單擊“是”按鈕，則將新建的工程設(shè)為組態(tài)王的當(dāng)前工程。定義的工程信息會(huì)出現(xiàn)在工程管理器的信息表格中。雙擊該信息條或單擊“開發(fā)”按鈕或選擇菜單“工具切換到開發(fā)系統(tǒng)” ，進(jìn)入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)

21、。1.1.2 創(chuàng)建組態(tài)畫面進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個(gè)畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對(duì)象組成的。系統(tǒng)為用戶提供了矩形（圓角矩形） 、直線、橢圓（圓） 、扇形（圓?。?、點(diǎn)位圖、多邊形（多邊線） 、文本等基本圖形對(duì)象，及按鈕、趨勢(shì)曲線窗口、報(bào)警窗口、報(bào)表等復(fù)雜的圖形對(duì)象。提供了對(duì)圖形對(duì)象在窗口內(nèi)任意移動(dòng)、縮放、改變形狀、復(fù)制、刪除、對(duì)齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標(biāo)繪圖，并可提供對(duì)圖形對(duì)象的顏色、線型、填充屬性進(jìn)行改變的操作工具?！敖M態(tài)王”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖

22、時(shí)可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對(duì)象完成畫面的生成。同時(shí)支持畫面之間的圖形對(duì)象拷貝，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。第一步：定義新畫面進(jìn)入新建的組態(tài)王工程，選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“文件畫面” ，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出對(duì)話框如圖 1-8 所示。圖 1-8在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，如刀庫，點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)。如圖 1-9 所示。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）8圖 1-9第二步：在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中從“工具箱”中分別選擇“矩形”和“文本”圖標(biāo)，繪制出需要被監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)室控制裝置虛擬畫面，如圖 1-10 所示。 圖 1-10畫面創(chuàng)建好后，選擇

23、“文件全部存”命令保存現(xiàn)有畫面。1.1.3 定義 IO 設(shè)備組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都作為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括：下位機(jī)（PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等） ，它們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他 Windows 應(yīng)用程序，它們之間一般通過 DDE 交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)。只有在定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王才能通過 I/O 變量和它們交換數(shù)據(jù)。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)А币龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接。斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)9使用仿真 PLC 和組態(tài)王通信。仿真 PLC 可以模擬 PLC 為組態(tài)王提供數(shù)據(jù)。假設(shè)仿真PLC 連接在計(jì)算

24、機(jī)的 COM1 口。定義 IO 設(shè)備選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備COM1” ，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖 1-11 所示。圖 1-11選擇“仿真 PLC”的“串行”項(xiàng)，單擊“下一步” ，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖 1-12 所示。圖 1-12為外部設(shè)備取一個(gè)名稱，輸入 PLC，單擊“下一步” ，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖1-13 所示。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）10圖 1-13為設(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為 COM1，單擊“下一步” ，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖 1-14 所示。圖 1-14填寫設(shè)備地址，假設(shè)為 1，單擊“下一步” ，彈

25、出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖 1-15 所示。斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)11圖 1-15設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)(一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可)，單擊“下一步” ，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，單擊“完成” ，如圖 1-16 所示。圖 1-16設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“PLC” 。在定義數(shù)據(jù)庫變量時(shí)，只要把 IO 變量連結(jié)到這臺(tái)設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。1.1.4 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)

26、和下位機(jī)的橋梁。在 TouchVew 運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時(shí)要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典” ，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典” ，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對(duì)話框如圖 1-17 所示。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）12圖 1-17此對(duì)話框可以對(duì)數(shù)據(jù)變量完成定義、修改等操作，以及數(shù)據(jù)庫的管理工作，在“變量名”處輸入變量名，如：a；在“變量類型”處選擇變量類型如

27、：內(nèi)存實(shí)數(shù)，其它屬性目前不用更改，單擊“確定”即可。下面繼續(xù)定義一個(gè) IO 變量，如圖 1-18 所示。圖 1-18在“變量名”處輸入變量名，如：b；在“變量類型”處選擇變量類型如：IO整數(shù)；在“連接設(shè)備”中選擇先前定義好的 IO 設(shè)備：PLC；在“寄存器”中定義為：INCREA100；在“數(shù)據(jù)類型”中定義為：SHORT 類型。其它屬性目前不用更改，單擊“確定”即可。1.1.5 建立動(dòng)畫連接定義動(dòng)畫連接是指在畫面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫效果表示出來；或者由軟件使用者通過圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變量的值。 “組態(tài)王”提供了 21 種動(dòng)畫連接

28、方式：斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)13屬性變化線屬性變化、填充屬性變化、文本色變化位置與大小變化填充、縮放、旋轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)值輸出模擬值輸出、離散值輸出、字符串輸出值輸入模擬值輸入、離散值輸入、字符串輸入特殊閃爍、隱含滑動(dòng)桿輸入水平、垂直命令語言按下時(shí)、彈起時(shí)、按住時(shí)一個(gè)圖形對(duì)象可以同時(shí)定義多個(gè)連接，組合成復(fù)雜的效果，以便滿足實(shí)際中任意的動(dòng)畫顯示需要。創(chuàng)建動(dòng)畫連接雙擊圖形對(duì)象即矩形，可彈出“動(dòng)畫連接”對(duì)話框，如圖 1-19 所示。圖 1-19為了讓模擬畫面動(dòng)起來，需要使變量即 a 能夠動(dòng)態(tài)變化，選擇“編輯畫面屬性”菜單命令，彈出對(duì)話框如圖 1-20 所示。圖 1-20陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文

29、（設(shè)計(jì)說明書）14單擊“命令語言”按鈕，彈出畫面命令語言對(duì)話框，如圖 1-21 所示。圖 1-21在編輯框處輸入命令語言便可使畫面在運(yùn)行狀態(tài)下動(dòng)作，可將“每 3000 毫秒”改為“每 500 毫秒” ，此為畫面執(zhí)行命令語言的執(zhí)行周期。單擊“確認(rèn)” ，及“確定”回到開發(fā)系統(tǒng)，選擇“文件全部存”菜單命令。1.1.6 運(yùn)行和調(diào)試組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件切換到 View”菜單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“畫面打開”命令，從“打開畫面”窗口選擇“刀庫”畫面。顯示出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)畫面，即可看到畫面的動(dòng)態(tài)變化過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)組態(tài)畫面的調(diào)試。斗笠

30、式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)152 斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)裝置總體方案設(shè)計(jì)2.1 數(shù)控加工機(jī)床刀庫形式加工中心的自動(dòng)換刀裝置由存放刀具的刀庫和換刀機(jī)構(gòu)組成。刀庫種類很多，常見的有盤式和鏈?zhǔn)絻深?。鏈?zhǔn)降稁齑娣诺毒叩娜萘枯^大。 換刀機(jī)構(gòu)在機(jī)床主軸與刀庫之間交換刀具，常見的為機(jī)械手；也有不帶機(jī)械手而由主軸直接與刀庫交換刀具的，稱無臂式換刀裝置。 加工中心刀庫分為圓盤式刀庫及機(jī)械手刀庫兩種 圓盤式刀庫應(yīng)該稱之為固定地址換刀刀庫，即每個(gè)刀位上都有編號(hào)，一般從 1 編到12、18、20、24 等，即為刀號(hào)地址。操作者把一把刀具安裝進(jìn)某一刀位后，不管該刀具更換多少次，總是在該刀位內(nèi)。 1. 制造成本低。主要部件是刀庫體及

31、分度盤，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可，運(yùn)動(dòng)部件中刀庫的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機(jī)構(gòu)” ，前后、上下運(yùn)動(dòng)主要選用氣缸。裝配調(diào)整比較方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。一般機(jī)床制造廠家都能自制。 2. 每次機(jī)床開機(jī)后刀庫必須“回零” ，刀庫在旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要擋板靠近（距離為0.3mm 左右）無觸點(diǎn)開關(guān)，數(shù)控系統(tǒng)就默認(rèn)為 1 號(hào)刀。并以此為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)， “馬氏機(jī)構(gòu)”轉(zhuǎn)過幾次，當(dāng)前就是幾號(hào)刀。只要機(jī)床不關(guān)機(jī)，當(dāng)前刀號(hào)就被記憶。刀具更換時(shí)，一般按最近距離旋轉(zhuǎn)原則，刀號(hào)編號(hào)按逆時(shí)針方向，如果刀庫數(shù)量是 18，當(dāng)前刀號(hào)位8，要換 6 號(hào)刀，按最近距離換刀原則，刀庫是逆時(shí)針轉(zhuǎn)。如要換 10 號(hào)刀，刀庫是順時(shí)針轉(zhuǎn)。 機(jī)床關(guān)機(jī)后

32、刀具記憶清零。 3. 固定地址換刀刀庫換刀時(shí)間比較長(zhǎng)國內(nèi)的機(jī)床一般要 8 秒以上（從一次切削到另一次切削） 。 4. 圓盤式刀庫的總刀具數(shù)量受限制，不宜過多，一般 40#刀柄的不超過 24 把，50#的不超過 20 把，大型龍門機(jī)床也有把圓盤轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，刀具數(shù)量多達(dá) 60 把。 機(jī)械手刀庫換刀是隨機(jī)地址換刀。每個(gè)刀套上無編號(hào)，它最大的優(yōu)點(diǎn)是換刀迅速、可靠。 1. 制造成本高。刀庫有一個(gè)個(gè)刀套鏈?zhǔn)浇M合起來，機(jī)械手換刀的動(dòng)作有凸輪機(jī)構(gòu)控制，零件的加工比較復(fù)雜。裝配調(diào)試也比較復(fù)雜，一般由專業(yè)廠家生產(chǎn)，機(jī)床制造商一般不自制。 2. 刀號(hào)的計(jì)數(shù)原理。與固定地址選刀一樣，它也有基準(zhǔn)刀號(hào)：1 號(hào)刀。但我

33、們只能理解為 1 號(hào)刀套，而不是零件程序中的 1 號(hào)刀：T1。系統(tǒng)中有一張刀具表。它有兩欄。一欄是刀套號(hào)，一欄是對(duì)應(yīng)刀套號(hào)的當(dāng)前程序刀號(hào)。假如我們編一個(gè)三把刀具的陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）16加工程序，刀具的放置起始是 1 號(hào)刀套裝 T1（1 號(hào)刀） ，2 號(hào)刀套裝 T2，3 號(hào)刀套裝T3，我們知道當(dāng)主軸上 T1 在加工時(shí)，T2 刀即準(zhǔn)備好，換刀后，T1 換進(jìn) 2 號(hào)刀套，同理，在 T3 加工時(shí)，T2 就裝在 3 號(hào)刀套里。一個(gè)循環(huán)后，前一把刀具就安裝到后一把刀具的刀套里。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)刀套號(hào)及刀具號(hào)的記憶是永久的，關(guān)機(jī)后再開機(jī)刀庫不用“回零”即可恢復(fù)關(guān)機(jī)前的狀態(tài)。如果“回零” ，那必須在

34、刀具表中修改刀套號(hào)中相對(duì)應(yīng)的刀具號(hào)。 3. 機(jī)械手刀庫換刀時(shí)間一般為 4 秒（從一次切削到另一次切削） 。 4. 刀具數(shù)量一般比圓盤刀庫多，常規(guī)有 18、20、30、40、60 等 5. 刀庫的凸輪箱要定期更換起潤(rùn)滑、冷卻作用的齒輪油刀庫用于存放刀具，它是自動(dòng)換刀裝置中的主要部件之一。根據(jù)刀庫存放刀具的數(shù)目和取刀方式，刀庫可設(shè)計(jì)成不同類型。圖 7.1 所示為常見的幾種刀庫的形式。(1)直線刀庫。如圖 2-1(a)所示，刀具在刀庫中直線排列、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存放刀具數(shù)量有限(一般 8 把-12 把)，較少使用。(2)圓盤刀庫。如圖 2-1(b)-(g)所示，存刀量少則 6 把-8 把，多則 50 把-

35、60 把，有多種形式。圖 2-1(b)所示刀庫，刀具徑向布置，占有較大空間，一般置于機(jī)床立柱上端。圖 2-1(c)所示刀庫，刀具軸向布置，常置于主軸側(cè)面，刀庫軸心線可垂直放置，也可以水平放置，較多使用。圖 2-1(d)所示刀庫，刀具為傘狀布置，多斜放于立柱上端。為進(jìn)一步擴(kuò)充存刀量，有的機(jī)床使用多圈分布刀具的圓盤刀庫(圖 2-1(e)，多層圓盤刀庫(圖 2-1(f)和多排圓盤刀庫(圖 2-1(g)。多排圓盤刀庫每排 4 把刀，可整排更換。后三種刀庫形式使用較少。(3)鏈?zhǔn)降稁臁ｆ準(zhǔn)降稁焓禽^常使用的形式(圖 2-1(h),(i)，常用的有單排鏈?zhǔn)降稁?圖 2-1(h)和加長(zhǎng)鏈條的鏈?zhǔn)降稁?圖 2-

36、1(i)。(4)其他刀庫。格子箱式刀庫，如圖 2-1(j)、k，刀庫容量較大。圖 2-1(j)為單面式，圖 2-1(k)為多面式。 （a） （b） （c） 斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)17 （d） （e） （f） （g） （h） （i） （k） （j） 圖 2-1 刀庫形式2.2 斗笠式刀庫控制過程分析 為使加工中心的結(jié)構(gòu)緊湊, 減小加工中心的外形尺寸, 降低成本, 在設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀裝置時(shí), 應(yīng)在滿足使用要求的前提下, 盡量使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊, 價(jià)格低廉, 易制造, 拆卸、裝配維修方便, 備件容易得到。加工中心自動(dòng)換刀裝置有兩種形式: 有機(jī)械手換刀和無機(jī)械手換刀。加工中心的自動(dòng)換刀裝置, 大都采用有

37、機(jī)械手換刀方式。它是由機(jī)械手把刀庫上的刀具送到主軸上,再把主軸上已用過的刀具返送到刀庫上。換刀時(shí)間短, 但其機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。無機(jī)械手換刀方式是直接在刀庫與主軸 ( 或刀架 ) 之間換刀的自動(dòng)換刀方式。因無機(jī)械手, 所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。換刀時(shí)必須首先將用過的刀具送回刀庫,然后再從刀庫中取出新刀具, 這兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行, 所以換刀過程較為復(fù)雜, 換刀時(shí)間較長(zhǎng)。但是刀庫回轉(zhuǎn)是在工步與工步之間, 即非切削時(shí)進(jìn)行的, 因此可免去刀庫回轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)對(duì)加工精度的影響。無機(jī)械手換刀方式適用于 40 號(hào)以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機(jī)床。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）18在無機(jī)械手換刀方

38、式中, 刀庫可以是圓盤形、直線排列式, 也可以是格子箱式等。直線排列式和格子箱式刀庫結(jié)構(gòu)相比較復(fù)雜, 適用于刀庫容量較大的加工中心; 圓盤形刀庫容量較小, 刀庫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊, 刀庫轉(zhuǎn)位、換刀方便, 易控制。斗笠式刀庫的換刀動(dòng)作如下 :1) 軸移動(dòng)至換刀坐標(biāo)處 , 見圖 2-2a2) 主軸準(zhǔn)停3) 刀庫前進(jìn) (抓舊刀) , 見圖 2-2b4) 主軸松刀5) Z 軸向上移動(dòng) (讓出刀庫旋轉(zhuǎn)尺寸) , 見圖 2-2c6) 刀庫旋轉(zhuǎn) (選刀) , 見圖 2-2d7) Z 軸向下移動(dòng) (移動(dòng)至換刀位置) , 見圖 2-2e8) 主軸緊刀 (抓新刀)9) 刀庫后退 (換刀結(jié)束) , 見圖 2-2f從換刀動(dòng)

39、作 1) 、 4) 、 6) 可以看出 ,斗笠式刀庫的換刀需軸參與刀庫控制 ,而 PLC 是無法直接參與數(shù)控軸的控制。如果動(dòng)作 2) 、 3) 、 4) 、 6) 、 8) 、 9) 都采用 M 指令調(diào)用 , 那么編制零件程序時(shí)就需要 6 條 M 指令和 3 條 G 指令 ,使用很不方便。采用 NC 程序編制換刀動(dòng)作為一固定循環(huán) , 就可以方便的使用一條指令調(diào)用換刀程序。 圖 2-2斗笠式刀庫換刀過程動(dòng)作圖2.3 斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室控制裝置硬件的測(cè)繪 斗笠式刀庫由刀盤部件、軸承、軸承套、軸、箱蓋、撥銷、鎖止盤、電機(jī)、槽輪、箱體等組成,結(jié)構(gòu)組成示意圖如下所示：斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)19圖 2-

40、3 斗笠式刀庫示意圖圖 2-4 刀盤示意圖刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)具有沖擊小，工作平穩(wěn)性較高，機(jī)械效率高，可以在較高轉(zhuǎn)速下工作，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造等優(yōu)點(diǎn)。在目前生產(chǎn)的鼓輪式刀庫的加工中心機(jī)床上，很多采用槽輪機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)刀庫的分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)（又稱馬爾他機(jī)構(gòu)）能把主動(dòng)軸的勻速連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)軸的周期性間歇運(yùn)動(dòng)，常用于各種分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中。槽輪機(jī)構(gòu)有三種基本類型：外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)和球面槽輪機(jī)構(gòu)。刀庫即可采用外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)也可采用內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)中采用外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理如圖所示，它由主動(dòng)曲柄 1、槽輪 2、撥銷 3 和鎖止盤 4 組成。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)

41、曲柄回轉(zhuǎn)軸線與槽輪回轉(zhuǎn)軸線平行，通常主動(dòng)曲柄作等速回轉(zhuǎn)，當(dāng)主動(dòng)曲柄上的撥銷進(jìn)入槽中，就撥動(dòng)槽輪作反向轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，當(dāng)撥銷從槽中脫出，槽輪即靜止不動(dòng)，并由鎖止盤定位。當(dāng)只有一個(gè)撥銷時(shí)，主動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)一周，槽輪作轉(zhuǎn)一個(gè)角度的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位、分度和定位。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）20圖 2-5 分度機(jī)構(gòu)斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)213 斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室控制裝置軟硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 硬件電氣系統(tǒng)斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置硬件是由一臺(tái)包括西門子 802c 數(shù)控系統(tǒng)（內(nèi)裝 PLC）和電氣控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)控制柜、斗笠式刀庫、機(jī)床主軸、液壓控制系統(tǒng)等組成。根據(jù)加工中心換刀控制要求，完成數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)

42、系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、斗笠式刀庫、機(jī)床主軸等的安裝與調(diào)試。能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能： 1、機(jī)床主軸配合刀庫完成刀具的選擇和交換；2、機(jī)床主軸具備定向功能，并能自動(dòng)松、夾刀具；3、系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)任意選刀功能；電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下圖所示：圖 3-1 刀庫電氣圖3.2 數(shù)控程序控制原理以及程序設(shè)計(jì)采用 NC 程序編制換刀動(dòng)作的原理西門子 802c 的 NC 程序可以把軸控制與 PLC 控制有機(jī)的結(jié)合 ,可以按一定的邏輯控制 PLC 和軸 , 從而實(shí)現(xiàn)包含軸移動(dòng)的換刀控制。M06 調(diào)用換刀，當(dāng)程序中出現(xiàn) M06 時(shí) ,系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用換刀 NC 程序 ( TOOL) 。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）22 該宏程序還可

43、加入判斷刀具號(hào)是否小于 0 、大于最大刀號(hào) ,編程刀具是否等于主軸刀號(hào)及判斷結(jié)果、信息的顯示等控制條件。當(dāng)執(zhí)行換刀程序時(shí) , 只需鍵入“T33 M06” , 循環(huán)啟動(dòng)即可。 NC 預(yù)讀 T 指令 , 送入 PLC , 再讀入 M06 指令 , 便調(diào)用TOOL 子程序,子程序結(jié)束并返回主程序，取消零點(diǎn)偏置和刀具補(bǔ)償 ,以保證 G91 G28 Z0 到達(dá)的坐標(biāo)位置為換刀的位置,M19 為主軸準(zhǔn)停指令 ,準(zhǔn)停結(jié)束后 ,NC 讀入下一條指令并向 PLC 發(fā)出信號(hào) ,PLC 即刻調(diào)用刀庫前進(jìn)子程序并讀入禁止 , 執(zhí)行完刀庫前進(jìn)動(dòng)作到位后恢復(fù)讀入使能，讀入下一程序段。主軸松刀后 , Z 軸向上移動(dòng)。刀庫在

44、 Z 軸移動(dòng)到位后 ,旋轉(zhuǎn)當(dāng)前刀位為編程刀位 T 3 3 ( PLC 邊旋轉(zhuǎn)刀位邊比較當(dāng)前刀位和 T 指令 ,比較一致后停止旋轉(zhuǎn)) 。Z 軸向下緊刀 ,刀庫后退。至此換刀子程序結(jié)束。3.3 PLC 程序控制原理及程序設(shè)計(jì) 在換刀過程中，刀庫需要完成刀盤正轉(zhuǎn)、刀盤反轉(zhuǎn)、刀庫前進(jìn)和刀庫后退等動(dòng)作， 刀盤的正、反轉(zhuǎn)采用直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，以光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的刀位計(jì)數(shù)，刀庫的前進(jìn)與后退采用液壓驅(qū)動(dòng)，并以接近開關(guān)作為刀庫前后位置和限位判斷。主軸的抓刀和松刀也采用液壓控制，在自動(dòng)換刀過程中，機(jī)床與 CNC 之間需要完成多種信號(hào)的交換，主要包括了 X Y Z 軸的位置信號(hào)，刀庫位置信號(hào)和刀庫驅(qū)動(dòng)

45、裝置控制信號(hào)， 換刀過程中 X Y Z 軸的位置控制是由數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給控制部分完成，當(dāng) X Y Z軸運(yùn)動(dòng)到指定位置，CNC 系統(tǒng)會(huì)將 PLC 存儲(chǔ)器內(nèi)對(duì)應(yīng)的到位標(biāo)志位置 1，刀庫的位置受CNC 系統(tǒng)內(nèi)置 PLC 的程序控制，內(nèi)置 PLC 根據(jù)程序執(zhí)行狀態(tài)，將輸出開關(guān)量信息輸送到斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)23遠(yuǎn)程輸出端子板，進(jìn)一步控制直流電機(jī)或液壓閥，實(shí)現(xiàn)刀盤正反轉(zhuǎn)，刀庫前進(jìn)后退，鎖刀松刀等動(dòng)作。刀庫相關(guān)的主要信號(hào)刀庫前進(jìn)到位 I2.1 刀庫前進(jìn) Q0.4刀庫后退到位 I2.2 刀庫退回 Q0.5刀庫松刀到位 I1.5 刀庫正傳 Q1.2 刀具夾緊到位 I1.6 刀庫反轉(zhuǎn) Q1.3 主軸準(zhǔn)停 I

46、2.3 松刀 Q0.6 抓刀 Q0.7加工中心自動(dòng)換刀動(dòng)作過程自動(dòng)換刀過程是通過數(shù)控系統(tǒng)指令的 M 代碼組中的 M06 指令完成的該加工中心的刀庫動(dòng)作過程分 13 步: ( 1) 系統(tǒng)接到換刀指令 M06，設(shè)置 PLC 內(nèi)部輔助繼電器 M12=1，進(jìn)入換刀程序，完成刀盤轉(zhuǎn)向和換刀步數(shù)的計(jì)算; ( 2) Z 軸運(yùn)動(dòng)到換刀位置; ( 3) 主軸準(zhǔn)停;( 4)刀庫慢速前進(jìn)至換刀位置; ( 5) Y 軸運(yùn)動(dòng)到換刀位置; ( 6) X 軸運(yùn)動(dòng)到換刀位置; ( 7) 主軸松刀 還刀，刀具進(jìn)入對(duì)應(yīng)刀座; ( 8) 刀庫慢速退至指定位置; ( 9) 根據(jù)第( 1) 步計(jì)算的刀盤轉(zhuǎn)向和換刀步數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，到達(dá)新刀

47、位;( 10) 刀庫前進(jìn)，主軸抓取新刀; ( 11) 刀具夾緊，X 軸去刀庫安全返回位; ( 12)刀庫退回;( 13) 解除主軸準(zhǔn)停，換刀過程結(jié)束自動(dòng)換刀系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)換刀系統(tǒng)程序采用 s7-200 格式的梯形圖編寫，在運(yùn)行模式下，系統(tǒng)按照換刀流程，順序完成各步動(dòng)作自動(dòng)換刀程序是當(dāng)?shù)玫綋Q刀命令后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)換刀步驟，執(zhí)行操作，完成換刀。3.3.1 刀庫旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)步數(shù)的計(jì)算刀盤旋轉(zhuǎn)的路徑計(jì)算如下所示新刀號(hào)( D1) 與原刀號(hào)( D2) 的關(guān)系 刀庫旋轉(zhuǎn)方向 刀庫旋轉(zhuǎn)步數(shù)0D1 D2 6 正轉(zhuǎn) D1 D2陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）246D1 D2 11 反轉(zhuǎn) 12( D1 D2)

48、6D1 D2 0 反轉(zhuǎn) D2 D111D1 D26 正轉(zhuǎn) 24( D2 D1)CNC 系統(tǒng)接受換刀指令 M06 之后，將通過 NC 發(fā)給 PLC 一個(gè)內(nèi)部信號(hào)， 自動(dòng)運(yùn)行模式下的換刀子程序如圖 3-2 所示。圖 3-2 換刀子程序入口刀盤旋轉(zhuǎn)的路徑計(jì)算程序如圖 3-3 所示 當(dāng)檢測(cè)到刀庫計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，比較新設(shè)置的刀號(hào) D1 與原系統(tǒng)刀號(hào) D2 的數(shù)值大小。圖 3-3 刀盤旋轉(zhuǎn)路徑計(jì)算程序3.3.2 主軸松刀、抓刀程序設(shè)計(jì) 在刀盤旋轉(zhuǎn)開始前，X Y Z 軸在伺服系統(tǒng)的控制下，要運(yùn)動(dòng)到達(dá)換刀位置，讓主斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)25軸將原來的刀還回刀庫，同時(shí)完成主軸松刀控制，由數(shù)控程序控制主軸運(yùn)動(dòng)到機(jī)

49、床參考點(diǎn)，然后計(jì)算刀庫旋轉(zhuǎn)步數(shù)，并判斷刀庫的旋轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)到位后再控制主軸下移實(shí)現(xiàn)主軸抓刀動(dòng)作，在進(jìn)行進(jìn)刀。圖 3-4 主軸松刀 抓刀程序段3.3.3 刀盤旋轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì) 當(dāng)主軸還刀入庫之后，程序順序執(zhí)行到刀盤旋轉(zhuǎn)步時(shí)每當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)一個(gè)刀位，就會(huì)輸出一個(gè)上升沿脈沖，旋轉(zhuǎn)步數(shù)加一; 存放當(dāng)前刀號(hào)的存儲(chǔ)單元?jiǎng)t根據(jù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)標(biāo)志進(jìn)行加 1 或減 1 操作。刀盤旋轉(zhuǎn)程序段如圖 3-5 所示。圖 3-5 刀盤旋轉(zhuǎn)程序段3.3.4 刀庫前進(jìn)、后退程序設(shè)計(jì) 當(dāng)數(shù)控程序 M06 有效時(shí)，主軸由 M19 控制實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停，準(zhǔn)停到位后控制刀庫前移到換刀位，觸發(fā)刀庫前移到位控制信號(hào)。當(dāng)主軸緊刀完成后觸發(fā)緊刀到位信號(hào)，刀庫開

50、始后退，直到接收到后退到位信號(hào)，表明刀庫后退到位。陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）26刀庫前移后退動(dòng)作程序段如圖 3-6 所示。 圖 3-6 刀庫前進(jìn)后退程序段斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)274、斗笠式刀庫模擬實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 4.1 斗笠式刀庫模擬實(shí)驗(yàn)裝置畫面設(shè)計(jì)進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個(gè)畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對(duì)象組成的。進(jìn)入新建的組態(tài)王工程，選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“文件畫面” ，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出對(duì)話框如圖 4-1 所示。圖 4-1 新建畫面在“畫面名稱”處輸入新

51、的畫面名稱：斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室控制裝置，點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)。如圖 4-2 所示。圖 4-2 組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）28在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中從“工具箱”中分別選擇所需的圖標(biāo)，繪制出需要被監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)室控制裝置虛擬畫面，如圖 4-3 所示。圖 4-3 畫面建立畫面創(chuàng)建好后，選擇“文件全部存”命令保存現(xiàn)有畫面。4.2 接口數(shù)據(jù)庫的建立數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在 TouchVe

52、w 運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時(shí)要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典” ，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典” ，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對(duì)話框如圖 4-4 所示。斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)29圖 4-4 創(chuàng)建變量此對(duì)話框可以對(duì)數(shù)據(jù)變量完成定義、修改等操作，以及數(shù)據(jù)庫的管理工作，在“變量名”處輸入變量名，在“變量類型”處選擇變量類型，單擊“確定”即可。點(diǎn)擊“新建”按鈕可繼續(xù)定義下一個(gè) I

53、/O 變量。斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)室控制裝置虛擬畫面需要用到的變量如圖 4-5 所示：圖 4-5 刀庫變量 4.3 命令語言設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)與組態(tài)王通訊實(shí)現(xiàn)了對(duì)組態(tài)畫面的控制，其實(shí)質(zhì)是由內(nèi)裝 PLC 控制的，但是主軸配合刀庫換刀時(shí)，主軸運(yùn)動(dòng)是由數(shù)控系統(tǒng)控制動(dòng)作的，所以要實(shí)現(xiàn)畫面的仿真必須設(shè)計(jì)組態(tài)命令程序語言，以控制虛擬主軸的運(yùn)動(dòng)。程序設(shè)計(jì)如下所示：陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）30主軸上移命令語言：if(本站點(diǎn)主軸松刀到位=1&本站點(diǎn)主軸上移=100) 本站點(diǎn)主軸上移=本站點(diǎn)主軸上移+10;主軸下移命令語言：if(本站點(diǎn)c0|本站點(diǎn)c1|本站點(diǎn)c2|本站點(diǎn)c3=1) 本站點(diǎn)主軸下移=本站點(diǎn)主軸

54、下移+10;斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)315 基于 802c 數(shù)控系統(tǒng)的斗笠式刀庫實(shí)驗(yàn)控制裝置的聯(lián)機(jī)調(diào)試組態(tài)王和下位機(jī)的通訊,“組態(tài)王”把每一臺(tái)下位機(jī)看作是外部設(shè)備，在開發(fā)過程中您可以根據(jù)“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿蛇B接過程。在運(yùn)行期間，組態(tài)王通過驅(qū)動(dòng)程序和這些外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)指令。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序都是一個(gè) COM 對(duì)象，這種方式使通訊程序和組態(tài)王構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也系統(tǒng)能夠達(dá)到很大的規(guī)模。5.1 組態(tài)軟件與數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試的過程實(shí)現(xiàn)組態(tài)王與數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試需要進(jìn)行以下工作：5.1.1 組態(tài)王設(shè)置組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都

55、作為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括： 下位機(jī)（PLC、儀表、板卡等） ，它們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他 windows 應(yīng)用程序，它們之間一般通過 DDE 交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)。只有在定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王才能通過 IO 變量和它們交換數(shù)據(jù)。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)А币龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連結(jié).在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選中“COMl” ，在右側(cè)雙擊“新建” ，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?；如圖所示：圖 5-1陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）32選擇“PLC”的“西門子”的“s7-200 系列”的“PPI” ，單擊“下一步” ；如圖所示：圖 5-2

56、為外部設(shè)備取一個(gè)唯一的邏輯名稱，輸入 PLC，單擊“下一步” ；如圖所示：圖 5-3斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)33設(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為 COM1，單擊“下一步” ；如圖所示：圖 5-4為填寫設(shè)備地址（西門子 802c 數(shù)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的設(shè)備地址默認(rèn)為 2） ，單擊“下一步” ；如圖所示：圖 5-5陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書）34檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊“完成” 。如圖所示：圖 5-6設(shè)備定義完成后，您可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“PLC1” 。在定義數(shù)據(jù)庫變量時(shí) ，您只要把 I/O 變量連結(jié)到這臺(tái)設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。定義好 I/O 設(shè)備以后，另外

57、需要注意的是 i/o 變量的寄存器定義，此處寄存器地址應(yīng)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)實(shí)際數(shù)控機(jī)床上的 i/o 地址，以便于訪問到數(shù)控機(jī)床側(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。如圖所示：圖 5-75.1.2 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置斗笠式刀庫控制實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)35單擊數(shù)控系統(tǒng)面板“診斷”項(xiàng)的“s7-200 文本”將其設(shè)置為與組態(tài)王相同的參數(shù)并單擊屏幕上的“建立通訊” ，如圖所示參數(shù)設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)兩者的通訊。圖 5-8 5.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試結(jié)果分析 組態(tài)王軟件與數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了 802c 數(shù)控系統(tǒng) PLC 對(duì)組態(tài)畫面的控制，完成了兩者的數(shù)據(jù)交換。能夠有效解決國內(nèi)外機(jī)床制造企業(yè)針對(duì)生產(chǎn)領(lǐng)域、價(jià)格昂貴、封閉性強(qiáng)，難以滿足教學(xué)與培訓(xùn)需要的弊端。同時(shí)可以應(yīng)用開發(fā)模型代替實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使學(xué)生更多了解多種實(shí)驗(yàn)裝置，解決了因?yàn)橘Y費(fèi)所引發(fā)的實(shí)驗(yàn)障礙。同時(shí)利用組態(tài)軟件開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際實(shí)