數(shù)控車床刀具庫選刀控制電路設(shè)計(jì)

/數(shù)控車床刀具庫選刀限制電路設(shè)計(jì)摘要數(shù)控車床刀具限制設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)刀具的自動換取，保證加工過程中的快速和穩(wěn)定。數(shù)控車床的換刀一般接受兩種限制方式，即固定存放換刀限制和隨機(jī)存取換刀限制。在固定存取換刀限制中，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限制存取動作，即原來從哪一刀套編號中取出來的刀具，在運(yùn)用完畢后仍歸還到那一刀套中。而隨機(jī)換刀限制中，還刀位置是隨機(jī)的，刀具選擇指令（CNC來的T代碼）和刀套編號無關(guān)，指令僅以刀具自身的干脆編號為目標(biāo)。這種換刀方式在新刀具取出后，刀庫不需轉(zhuǎn)動，立刻隨機(jī)存入原先的刀具，即換刀、存刀一次完成，縮短了換刀時間。因此我們在設(shè)計(jì)時接受了其次種設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用PLC為基本限制部件，編制出對應(yīng)的PLC程序來限制刀具庫和機(jī)械手的運(yùn)作。當(dāng)機(jī)械手讀入當(dāng)前位置刀具號后，我們只需人為按下所需選擇的道具對應(yīng)刀具號按鈕，即可通過PLC限制電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)選刀。這樣的設(shè)計(jì)起到了對刀具庫的愛惜、省時等。關(guān)鍵詞：1,刀具庫2,選刀3,限制4,PLCAbstractThenumbercontrolstoprocesscenterknifetohaveacontroldesignmainlyisforcarryingoutknifetohaveofautomaticallyexchange,promisetoprocessinoffastandstable.Thenumbercontrolstoprocesschangetheknifeofcentertogenerallyadopttwokindsofcontrolways,thenfixedlydeposittochangetheknifecontrolandrandomaccesstochangetheknifeacontrol.Infixtheaccesschangetheknifethecontrol,eachknifehasintheknifedatabaseofthepositionbefixed,theknifehaschoiceinstruction(CNCcomeofTcode)withknifesetserialnumberforaccessanaddresstocontrolaccessaction,thenoriginallytookoutfromwhichknifethesettheserialnumberoftheknifehaveandstillreturnthere1aftertheusagecompletein.Butrandomchangetheknifeacontrolmedium,returntheknifepositionisrandom,theknifehaschoiceinstruction(CNCcomeofTcode)andknifesetserialnumberirrelevant,instructiononlywiththeknifehavethedirectserialnumberofoneselffortarget.Thiskindofchangestheknifeawayafterthenewknifetakeout,theknifedatabasedoesn'tneedtoturntomoveandimmediatelyandrandomdepositatfirstoftheknifehave,thenchangetheknife,saveknifeacompletion,shortennedtochangetheknifetime.Soweadoptedtheseconddesignprojectwhiledesign,usethePLCasbasiccontrolparts,drawuparightnessinresponsetoofPLCproceduretocontroltheoperationthattheknifehasadatabaseandmachinehand.Whenthemachinehandreadsthatgoingintocurrentpositionknifehasnumberafter,weneedfactitiousnesstopressneedtobechooseofthepropcanimmediatelypassthePLCcontrolelectricmotoroperationarealizationtochooseknifetowardshavinganumberbuttoninresponsetotheknife.Soofthedesignrosetohavetheprotectionofdatabasesavetimetotheknifeetc..Keyword:1,changetheknife2,chooseknife3,control4,PLC書目前言·············································1第1章數(shù)控車床的分類·······························21.1按車床主軸位置分類··························21.2按加工零件的基本類型分類····················21.3按刀架數(shù)量分類······························31.4按功能分類··································3第2章可變程序限制器·······························42.1PLC的定義和特點(diǎn)·····························42.1.1PLC的定義······························42.1.2PLC的特點(diǎn)······························42.2PLC的基本結(jié)構(gòu)·······························5中心處理單元CPU························5存儲器··································6輸入輸出接口····························6存儲器編程器····························62.3PLC的工作原理·······························7第3章PLC的指令和編程······························83.1PLC的指令··································8基本指令································8專用（功能）指令························93.2PLC編程·····································103.2.1PLC的編程語言··························103.2.2PLC程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)規(guī)則··················113.2.3PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟和方法············12第4章數(shù)控機(jī)床的可編程序限制器和自動換刀機(jī)構(gòu)·······134.1數(shù)控機(jī)床用PLC······························13“內(nèi)裝型”PLC··························13“外裝型”PLC··························134.2自動換刀機(jī)構(gòu)·····························14自動換刀裝置···························14用于數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架·················15自動刀架的分類和工作原理···············16自動刀架·······························16第5章PLC限制車床刀架·····························195.1刀架的選用··································195.2電動刀架的電機(jī)限制··························195.3車床刀架限制································19第6章數(shù)控車床刀具庫選刀PLC限制···················236.1設(shè)計(jì)要求···································23設(shè)計(jì)題目······························23設(shè)計(jì)目的······························23設(shè)計(jì)要求······························236.2設(shè)計(jì)分析····································23技術(shù)參數(shù)·······························23梯形圖·································26指令表·································28第7章PLC限制系統(tǒng)的故障診斷及維護(hù)··················317.1PLC限制系統(tǒng)故障診斷·························317.1.1PLC限制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本原理·····7.1.2PLC限制系統(tǒng)的故障類型·················7.1.3PLC限制系統(tǒng)的故障診斷方法············7.2運(yùn)用前檢查和日常維護(hù)························33運(yùn)用前檢查·····························33日常維護(hù)檢查···························35

參考文獻(xiàn)············································36本文總結(jié)············································37謝辭···············································38前言在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量依次限制，它依據(jù)邏輯條件進(jìn)行依次動作，并依據(jù)邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖愛惜動作的限制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣限制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣限制裝置的要求，其次年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的限制裝置，首次接受程序化的手段應(yīng)用于電氣限制，這就是第一代可編程序限制器，稱Programmable

Controller（PC）。

個人計(jì)算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了便利，也為了反映可編程限制器的功能特點(diǎn)，可編程序限制器定名為Programmable

Logic

Controller（PLC），現(xiàn)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：可編程限制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它接受可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、依次限制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，限制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蛳拗破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于和工業(yè)限制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。

上世紀(jì)80年頭至90年頭中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率始終保持為30—40%。在這時期，PLC在處理模擬量實(shí)力、數(shù)字運(yùn)算實(shí)力、人機(jī)接口實(shí)力和網(wǎng)絡(luò)實(shí)力得到大幅度提高，PLC慢慢進(jìn)入過程限制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程限制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

PLC具有通用性強(qiáng)、運(yùn)用便利、適應(yīng)面廣、牢靠性高、抗干擾實(shí)力強(qiáng)、編程簡潔等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動化限制特別是依次限制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。第一章數(shù)控車床的分類

數(shù)控車床可分為臥式和立式兩大類。臥式車床又有水平導(dǎo)軌和傾斜導(dǎo)軌兩種。檔次較高的數(shù)控臥車一般都接受傾斜導(dǎo)軌。按刀架數(shù)量分類，又可分為單刀架數(shù)控車床和雙刀架數(shù)控車，前者是兩坐標(biāo)限制，后者是4坐標(biāo)限制。雙刀架臥車多數(shù)接受傾斜導(dǎo)軌。

數(shù)控車床和一般車床一樣，也是用來加工零件旋轉(zhuǎn)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，還能加工一些困難的回轉(zhuǎn)面，如雙曲面等。車床和一般車床的工件安裝方式基本相同，為了提高加工效率，數(shù)控車床多接受液壓、氣動和電動卡盤。

數(shù)控車床的外形和一般車床相像，即由床身、主軸箱、刀架、進(jìn)給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)和一般車床有質(zhì)的區(qū)分，傳統(tǒng)一般車床有進(jìn)給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車床是干脆用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動溜板和刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動，因而進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡化。

1.1按車床主軸位置分類

（1）立式數(shù)控車床立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)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(jī)床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型困難零件。

（2）臥式數(shù)控車床臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床。其傾斜導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可以使車床具有更大的剛性，并易于解除切屑。

1.2按加工零件的基本類型分類

（1）卡盤式數(shù)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限制，卡盤結(jié)構(gòu)多具有可調(diào)卡爪或不淬火卡爪(即軟卡爪)。

（2）頂尖式數(shù)控車床這類車床配有一般尾座或數(shù)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(shù)量分類

（1）單刀架數(shù)控車床數(shù)控車床一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥動轉(zhuǎn)位刀架或多工位轉(zhuǎn)塔式自動轉(zhuǎn)位刀架。

（2）雙刀架數(shù)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(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床接受步進(jìn)電動機(jī)和單片機(jī)、PLC對一般車床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造后形成的簡易型數(shù)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(zhuǎn)類零件的車削加工。

（2）一般數(shù)控車床依據(jù)車削加工要求在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行特地設(shè)計(jì)并配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車床，數(shù)控系統(tǒng)功能強(qiáng)，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。這種數(shù)控車床可同時限制兩個坐標(biāo)軸，即X軸和Z軸。

（3）車削加工中心在一般數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增加了C軸和動力頭，更高級的數(shù)控車床帶有刀庫，可限制X、Z和C三個坐標(biāo)軸，聯(lián)動限制軸可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C軸和銑削動力頭，這種數(shù)控車床的加工功能大大增加，除可以進(jìn)行一般車削外可以進(jìn)行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工。其次章可編程序限制器2.1PLC的定義和特點(diǎn)2.1.1PLC的定義由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它下一個精確的定義是困難的。PLC是一種數(shù)字式的電子裝置。它運(yùn)用可編程序的存儲器來存儲指令實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、依次運(yùn)算、計(jì)數(shù)計(jì)時和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行限制。1982年，國際電工委員會頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)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是一種特地為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。上述的定義表明，PLC是一種能干脆應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它有和其他依次限制裝置不同的特點(diǎn)。2.1.2PLCPLC能如此快速發(fā)展的緣由是由于它具有通用計(jì)算機(jī)所不及的一些下列特點(diǎn):（1）牢靠性對可以修理的產(chǎn)品，牢靠性包括產(chǎn)品的有效性和可修理性。PLC的牢靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面：和繼電器邏輯限制系統(tǒng)比較，PLC牢靠性提高的主要緣由:l)PLC不須要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大削減。和此同時，系統(tǒng)的修理簡潔、修理時間縮短，因此牢靠性得到提高。2)PLC接受了一系列牢靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)、掉電愛惜、故障診斷和信息愛惜及復(fù)原等，使牢靠性得到提高。3)PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡潔、操作便利、修理簡潔等特點(diǎn)，因此對操作和修理人員的技能要求降低，簡潔學(xué)習(xí)和駕馭，不簡潔發(fā)生操作的失誤，牢靠性高。和通用的計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)比較，PLC牢靠性提高的主要緣由:1)在PLC的硬件設(shè)計(jì)方面，接受了一系列提高牢靠性的措施。2)在PLC的軟件設(shè)計(jì)方面，也實(shí)行了一系列提高系統(tǒng)牢靠性的措施。例如，接受軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言、信息愛惜和復(fù)原、報警和運(yùn)行信息的顯示等等。（2）易操作性PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面:1)操作便利對PLC的操作包括程序輸入的操作和程序更改的操作。大多數(shù)PLC接受編程器進(jìn)行程序輸入和更改的操作。編程器至少供應(yīng)了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器接受CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入干脆可以顯示。2)編程便利PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可供運(yùn)用。對電氣技術(shù)人員來說，梯形圖由于和電氣原理圖較為接近，簡潔駕馭和理解。（3）靈敏性PLC的靈敏性表現(xiàn)在下列三方面:1)編程的靈敏性PLC接受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，只要駕馭其中一種語言就可以進(jìn)行編程。2)擴(kuò)展的靈敏性PLC的擴(kuò)展靈敏性是它的一個重要的特點(diǎn)。它可依據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展，功能的擴(kuò)展，應(yīng)用和限制范圍的擴(kuò)展。這種擴(kuò)展的靈敏性大大地便利了用戶。3)操作的靈敏性操作的靈敏性是指設(shè)計(jì)的工作量大大削減，編程的工作量和安裝施工的工作量大大削減，操作特別靈敏便利，監(jiān)視和限制變得簡潔。2.2PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的型號、規(guī)格繁多。它主要由中心處理單元CPU、存儲器、輸入、輸出等部分組成。中心處理單元CPUCPU是PLC的核心，其主要作用是：(1)接收從編程器輸入的用戶程序，并存入程序戶存儲器中。(2)用掃描方式采集現(xiàn)場輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)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(jīng)過說明程序說明后逐條執(zhí)行，完成程序規(guī)定的邏輯和算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的限制信號去限制輸出電路，實(shí)現(xiàn)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(yùn)行錯誤。因此，CPU的性能對PLC的整機(jī)性能有著確定性的影響。存儲器PLC的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)。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，它是確定優(yōu)性能的關(guān)鍵。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、說明程序、故障自診斷程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序庫及其他各種管理程序等。（2）用戶程序存儲器用戶程序是用戶為解決實(shí)際問題并依據(jù)PLC的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng)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和工業(yè)現(xiàn)場裝置之間的連接部分，是PLC的重要組成部分。和微機(jī)的工作于弱電的狀況不同，PLC的I/O接口是按強(qiáng)電要求設(shè)計(jì)的，即其輸入接口可以接受強(qiáng)電信號，其輸出接口可以干脆和強(qiáng)電設(shè)備相連接。(1)輸入接口輸入接口的功能是采集現(xiàn)場各種開關(guān)接點(diǎn)的狀態(tài)信號，并將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平，送給CPU處理。一般輸入信號多為開關(guān)量信號，各種開關(guān)量輸入接口基本結(jié)構(gòu)大同小異，常有直流和溝通開關(guān)量輸入接口電路兩種。(2)輸出接口為適應(yīng)不同的負(fù)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(fù)載;雙向晶閘管輸出方式用于溝通負(fù)載，繼電器輸出方式可用于直流負(fù)載，也可用于溝通負(fù)載。存儲器編程器編程器是PLC中一種主要的外部設(shè)備，它是開發(fā)、維護(hù)PLC限制系統(tǒng)的必備設(shè)備。編程器用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它通過通信端口和CPU聯(lián)系，完成人機(jī)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(zhuǎn)換開關(guān)。編程器的鍵盤接受梯形圖語言鍵符，也可以接受軟件指定的功能鍵符，通過屏幕對話方式進(jìn)行編程。2.3PLC的工作原理和一般微機(jī)類似，PLC也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的限制下，PLC才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。PLC的基本工作如下：(1)輸入現(xiàn)場信息在系統(tǒng)軟件的限制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)；(2)執(zhí)行程序順次掃描用戶程序中的各條指令，依據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算；(3)輸出限制信號依據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的限制信號，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯限制功能。上述過程執(zhí)行完后，又重新起先，反復(fù)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。為了提高工作的牢靠性，剛好接收外來的限制叮囑，PLC在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進(jìn)行故障自診斷，完成和編程器等的通信。每次掃描起先，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點(diǎn)、存儲器和CPU等進(jìn)行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并和正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，若兩者一樣，說明各部分工作正常，若不一樣則認(rèn)為有故障。此時，PLC立刻啟動關(guān)機(jī)序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關(guān)斷全部輸出點(diǎn)，然后停機(jī)。診斷結(jié)束后，如沒發(fā)覺故障，PLC將接著往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。假如有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如，接受編程器發(fā)來的叮囑，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯信息送給編程器顯示等。處理完通信后，PLC接著往下掃描，輸入現(xiàn)場信息，依次執(zhí)行用戶程序，輸出限制信號，完成一個掃描周期。然后又從自診斷起先，進(jìn)行其次輪掃描。PLC就這樣不斷反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器的連續(xù)限制，直到接收到停機(jī)叮囑，或因停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。第三章PLC的指令及編程3.1PLC的指令歐姆龍C系列P型機(jī)可編程序限制器的指令分為兩大類：基本指令和專用（功能）指令?；局噶钍侵父纱鄬斎搿⑤敵鳇c(diǎn)進(jìn)行簡潔操作的指令，它包括邏輯操作（“和”、“或”、“非”等）指令和輸出指令等，在編程器的鍵盤上設(shè)有和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(yīng)的鍵即可。專用（功能）指令也稱特別指令，它包括數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算和程序限制等指令。由于專用指令很豐富，在編程器上沒有對應(yīng)的鍵盤。為了便于在編程器上輸入程序，為每一條專用指定了一個功能代碼（兩位數(shù)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?；局噶?．LD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(diǎn)和母線連接指令，也稱為裝載或起始指令，每一個程序的起先都要運(yùn)用它。2、LD-NOT指令：是動斷觸點(diǎn)和母線連接指令，和LD指令功能上不同之處在于運(yùn)用動斷觸點(diǎn)。3、AND指令：是串聯(lián)動合觸點(diǎn)指令。4、AND-NOT指令：是串聯(lián)動斷觸點(diǎn)的指令。5、OR指令：是并聯(lián)動合觸點(diǎn)的指令。6、OR-NOT指令：是并聯(lián)動斷觸點(diǎn)的指令。7、OUT指令：是輸出邏輯運(yùn)算結(jié)果的指令，它將邏輯運(yùn)算的結(jié)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(yùn)算，它是將邏輯運(yùn)算的結(jié)果取反，輸出到一個指定的繼電器。9、AND-LD指令：是兩個觸點(diǎn)組串聯(lián)連接指令。10、OR-LD指令：是兩個觸點(diǎn)組并聯(lián)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TIMTIMNSVTIMNSVTIMNSVSV延時操作TIM+繼電器符號#+設(shè)置數(shù)表（3-2）中邏輯符號說明如下：N：定時器的編號，其數(shù)值范圍是00～47。SV：所需定時的設(shè)定值，也可以是輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部幫助繼電器、保持繼電器通道中的內(nèi)容。TIM指令的功能：TIM指令按延時設(shè)定值進(jìn)行延時操作，即接通延時（定時）指令。當(dāng)定時器的輸入接通時起先計(jì)時，經(jīng)過設(shè)定時間后，定時器的觸點(diǎn)動作。12、CNT指令：按設(shè)定值進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，即預(yù)置計(jì)數(shù)指令。當(dāng)計(jì)數(shù)器的輸入接通時，起先計(jì)數(shù)，經(jīng)過設(shè)定數(shù)值后計(jì)數(shù)器為ON（計(jì)數(shù)器觸點(diǎn)動作）。專用（功能）指令1、END指令：是結(jié)束程序指令，用于全部指令的最終一行。運(yùn)用END指令應(yīng)當(dāng)留意以下幾點(diǎn)：END指令總是作為程序的最終一條指令。若程序結(jié)尾沒有該指令，在運(yùn)行或監(jiān)視程序時，顯示器將顯示“ONENDINST”錯誤信息。2、IL指令：是分支指令，在分支處形成新母線。它使程序編制便利，圖形直觀。IL和ILC指令成對運(yùn)用。3、ILC指令：分支結(jié)束指令，在分支處返回。4、JMP指令：不執(zhí)行某段指令，即跳轉(zhuǎn)指令。5、JNE指令：跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令。6、SFT指令：移位指令。7、KEEP指令：保持指令，相當(dāng)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(jì)數(shù)器，可逆計(jì)數(shù)。3.2PLC編程3.2.1PLC的編程語言可編程限制器程序設(shè)計(jì)語言:在可編程限制器中有多種程序設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡潔的限制功能，如代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時器完成依次限制和邏輯限制等，通過擴(kuò)展或增加指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。依次功能圖是一種圖解方法，它的特點(diǎn)是將一個限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(zhuǎn)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(shè)計(jì)語言，它可依據(jù)須要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的限制，數(shù)據(jù)的操縱和其他基本程序設(shè)計(jì)語言無法完成的功能。功能模塊圖語言接受功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成。常用的程序設(shè)計(jì)語言是：梯形圖程序設(shè)計(jì)語布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言（語句表)，主要用于斷續(xù)限制系統(tǒng)。梯形圖（LadderDiagram）程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。接受梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，即程序接受梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計(jì)語言接受因果關(guān)系來描述事務(wù)發(fā)生的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事務(wù)發(fā)生的條件表示在左面，事務(wù)發(fā)生的結(jié)果表示在后面梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言。它來源于繼電器邏輯限制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程限制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯限制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯限制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：(1)和電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；(2)和原有繼電器邏輯限制技術(shù)一樣，對電氣技術(shù)人員來說，易撐握和學(xué)習(xí)；(3)和原有的繼電器邏輯限制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（PowerFlow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時，需和原有繼電器邏輯限制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)分對待；(4)和布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。3.2.2PLC程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)規(guī)則PLC的程序設(shè)計(jì)是用戶以PLC指令的功能為基礎(chǔ)，依據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的限制要求，編制PLC的應(yīng)用程序。1、梯形圖的編程規(guī)則梯形圖中的各軟繼電器必需是所用機(jī)器允許范圍內(nèi)的軟繼電器，各軟繼電器的軟觸點(diǎn)可以無限次運(yùn)用，不受數(shù)量的限制。每個梯級都是從左母線起先，到右母線結(jié)束。各梯級中，全部的觸點(diǎn)只能接在軟繼電器線圈的左邊，而不能和右母線干脆相連。軟繼電器線圈只能接在右母線上，而且不能干脆接在左母線上。觸點(diǎn)一般應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直線上。多條支路并聯(lián)時，串連觸點(diǎn)多的支路應(yīng)畫在該并聯(lián)電路的上部。多個并聯(lián)電路串連時，并聯(lián)觸點(diǎn)多的電路應(yīng)畫在該串連電路的左部。這樣編程可以削減用戶程序的步數(shù)，從而縮短程序掃描時間。梯形圖必需符合從左到右、從上到下的依次執(zhí)行原則。對于不符合此原則的電路，不能干脆編程，必需按其邏輯功能進(jìn)行等效變換，如圖所示。圖（3-1）不能干脆編程的電路圖（3-2）變換后的可編程電路2、語句表的編程規(guī)則語句表編程和梯形圖編程，兩者相互對立，并可以相互轉(zhuǎn)換。語句表也必需符合依次執(zhí)行原則。語句表是按語句排列依次（步序）編程的，語句的依次和限制邏輯有密切關(guān)系，不能隨意顛倒、插入或刪除，以免引起程序錯誤或限制邏輯錯誤。3）語句表中各語句的操作數(shù)（操作元件號）必需是所用機(jī)器允許范圍內(nèi)的參數(shù)，否則將引起程序出錯。4）語句表的步序號應(yīng)從用戶存儲器的起始地址起先，連綿起伏地編制。3.2.3PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟和方法分析被控對象的工藝過程和系統(tǒng)的限制要求，明確動作的依次和條件，畫出限制系統(tǒng)流程圖（活狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）。假如限制系統(tǒng)較簡潔，可省略這一步。將全部的現(xiàn)場輸入信號和輸出限制對象分別列出，并按PLC內(nèi)部可編程元件號的范圍，給每個輸入和輸出支配一個確定的I/O端編號，編制出PLC的I/O端的支配表，或繪制出PLC的I/O接線圖。設(shè)計(jì)梯形圖程序，編寫指令語句表。用編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲器中，并調(diào)試程序，直到達(dá)到系統(tǒng)的限制要求為止。第四章數(shù)控機(jī)床的可編程序限制器和自動換刀機(jī)構(gòu)

4.1數(shù)控機(jī)床用PLC

數(shù)控機(jī)床用PLC可分為兩類：一類是專為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床依次限制而設(shè)計(jì)制造的“內(nèi)裝型”PLC，另一類是那些輸入/輸出接口技術(shù)規(guī)范、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、程序存儲容量以及運(yùn)算和限制功能等均能滿足數(shù)控機(jī)床限制要求的“獨(dú)立型”PLC。4.1.1.“內(nèi)裝型”PLC

CNC裝置CNC裝置┇┇機(jī)床電氣柜NCPLC輸入、輸出電路CRT/MDI面板機(jī)床操做面板強(qiáng)電、氣、液動限制電路刀庫伺服單元主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元位置檢測圖4-1具有內(nèi)裝置型PLC的CNC機(jī)床系統(tǒng)框圖

4.1.2.“獨(dú)立型”PLC

獨(dú)立型PLC是獨(dú)立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨(dú)立完成規(guī)定限制PLC裝置PLC裝置CNC裝置NCPLC輸入、輸出電路CRT/MDI面板機(jī)床操做面板位置檢測┇┇機(jī)床電氣柜強(qiáng)電、氣、液動限制電路刀庫伺服單元主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元輸入、輸出電路輸入、輸出電路圖4-2具有獨(dú)立型PLC的CNC機(jī)床系統(tǒng)框圖4.2自動換刀機(jī)構(gòu)自動換刀裝置

一個零件往往須要進(jìn)行多工序的加工，對于單功能的機(jī)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，往往接受自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。自動換刀裝置已廣泛應(yīng)用于數(shù)控車床。運(yùn)用這種裝置協(xié)作精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可以使機(jī)加工時間提高70％～80％。由于零件在一次裝夾中完成零件的多工序加工，大大削減了零件安裝定位次數(shù)，從而進(jìn)一步提高了加工精度。自動換刀裝置的功能就是儲備確定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換。它應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具儲存量足夠、結(jié)構(gòu)緊湊及平安牢靠等要求。各類數(shù)控機(jī)床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)和數(shù)控機(jī)床的類型工藝范圍運(yùn)用刀具種類和數(shù)量有關(guān)。數(shù)控機(jī)床常用的自動換刀裝置的類型、特點(diǎn)及適用范圍見表4-1。表4-1自動換刀裝置的類型、特點(diǎn)及適用范圍類型特點(diǎn)運(yùn)用范圍轉(zhuǎn)塔式多為依次換刀，換刀時間短，結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，容納刀具較少各種數(shù)控車床數(shù)控車削中心

轉(zhuǎn)塔頭依次換刀，換刀時間短刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊，但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制數(shù)控鉆床鏜床刀庫式刀庫和主軸之間干脆換刀換刀運(yùn)動集中，運(yùn)動部件少。但刀庫運(yùn)動多，布局不靈敏，適應(yīng)性差各種類型的自動換刀數(shù)控機(jī)床。尤其是對運(yùn)用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜銑類立式臥式加工中心機(jī)床。要依據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫容量和自動換刀裝置形式

用機(jī)械手協(xié)作刀庫換刀刀庫只有選刀運(yùn)動，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動，比刀庫作換刀運(yùn)動慣性小速度快

用機(jī)械手運(yùn)輸裝置協(xié)作刀庫換刀換刀運(yùn)動分散，由多個部件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動部件多，但布局靈敏，適應(yīng)性好

有刀庫的轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置彌補(bǔ)轉(zhuǎn)塔頭換刀數(shù)量不足的缺點(diǎn)，換刀時間短轉(zhuǎn)塔式數(shù)控機(jī)床用于數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架

數(shù)控車床上運(yùn)用的回轉(zhuǎn)刀架換刀是一種簡潔的自動換刀裝置，有四方刀架、六角刀架等多種形式，即在回轉(zhuǎn)刀架上分別安裝有四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必需具有良好的強(qiáng)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(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇牢靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度(一般為0.001～0.005mm)。

自動刀架的分類及其工作原理

自動轉(zhuǎn)位刀架按其工作原理可分為：

1）螺旋轉(zhuǎn)位刀架電機(jī)經(jīng)彈簧平安離合器至渦輪輻帶動螺母轉(zhuǎn)動，螺母舉起刀架使端齒盤使盤和下盤分別，隨即帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后發(fā)信號使電極反轉(zhuǎn)鎖緊，使刀架換位，進(jìn)行切削加工。螺母升降式零件多，但加力牢靠，精度較高，許多刀架都利用這種原理設(shè)計(jì)。

2）十字槽輪轉(zhuǎn)位刀架利用槽輪原理轉(zhuǎn)位及鎖緊（還要加定位銷）。銷釘每轉(zhuǎn)一周，刀架轉(zhuǎn)90o，也可設(shè)計(jì)成6共位等。十字槽輪式體積大，零件多，目前運(yùn)用較少。

3）凸臺棘爪式轉(zhuǎn)位刀架渦輪帶動凸臺a相對和凸臺b轉(zhuǎn)動使其上下端齒盤分別，接著旋轉(zhuǎn)。則棘輪機(jī)構(gòu)推動刀架轉(zhuǎn)90o，然后利用接觸開關(guān)或霍爾元件發(fā)出信號，使電極反轉(zhuǎn)，重新鎖緊刀架。凸臺棘爪式重復(fù)定位精度相對較低。

4）電磁式轉(zhuǎn)位刀架利用一個1000kg左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖緊。電磁式目前已能好用，但多一套電路，并要有斷電愛惜。

5）液壓式轉(zhuǎn)位刀架液壓搖擺油缸限制轉(zhuǎn)位，具有一個擺位閥心，帶動刀架轉(zhuǎn)位的撥爪，還有一個向下拉緊的小油缸，也產(chǎn)生1000kg以上的拉緊力。這種轉(zhuǎn)位刀架的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)位牢靠，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(zhuǎn)位刀架的工作原理可知，這類刀架由限制系統(tǒng)干脆限制，刀架能自動完成抬起、回轉(zhuǎn)、選位、下降、定位和壓緊這一系列的動作。下面依次探討刀架要完成上述動作過程的工作的設(shè)計(jì)原理。

1）刀架的抬起利用壓縮彈簧的復(fù)原力來完成刀架的抬起。在發(fā)出這一動作前彈簧始終被壓縮著，直到發(fā)出信號時，使彈簧回彈，這可由某一滑動機(jī)構(gòu)的斜面來完成。同樣，壓縮彈簧還是靠這一斜面，但其轉(zhuǎn)動方向相反。為了抬起牢靠，彈簧的最小預(yù)緊力必需大于所抬起部分重量的兩倍以上。這種方案的缺點(diǎn)是刀架在轉(zhuǎn)動過程中，始終受到彈簧力的作用，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(zhuǎn)動變成軸向直線運(yùn)動，從而達(dá)到抬起刀架的目的。在這種狀況下，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(diǎn)。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(zhuǎn)動。這可通過設(shè)計(jì)一個帶有斜面的粗定位銷和定位槽的協(xié)作來完成，并使斜面間摩擦力產(chǎn)生的阻力矩大于上述轉(zhuǎn)動摩擦力矩。

2）刀架回轉(zhuǎn)和選位

刀架由一個微電機(jī)通過傳動系統(tǒng)來帶動。刀架的轉(zhuǎn)動軸線是垂直的，而轉(zhuǎn)速比起微電機(jī)來要慢得多。由于電機(jī)空間條件所限必需臥式安裝，因此兩者的轉(zhuǎn)動軸線相互垂直或異面垂直，窩輪窩桿傳動比較適合這種場合。刀架從抬起變成轉(zhuǎn)動的動作原理是：當(dāng)?shù)都芴У教囟ǜ叨葧r，由一個正在旋轉(zhuǎn)的撥塊帶動刀架旋轉(zhuǎn)，由此，刀架抬起運(yùn)動和轉(zhuǎn)動均由同一傳動系統(tǒng)來先后完成。刀架轉(zhuǎn)過確定角度后要選位，即看一看轉(zhuǎn)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(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。具體的說，當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)到詞位置時，程序自動地將該位置的編碼和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(zhuǎn)動，重復(fù)上述過程。每次轉(zhuǎn)過的角度大小，由刀架的面體數(shù)量來確定。如對于四方刀架，每次轉(zhuǎn)過360o/4=90o；對于五方刀架，每次轉(zhuǎn)過360o/5=72o；對于六方刀架，每次轉(zhuǎn)過360o/6=60o。刀架編碼的位數(shù)也不各相同。對于四方刀架，由兩位二進(jìn)制數(shù)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，必需由三位二進(jìn)制數(shù)表示，既000、001、011、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(zhuǎn)動的微動電源開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。微動開關(guān)的觸頭朝外，它的開關(guān)狀態(tài)由一個內(nèi)表面凸輪來限制。凸輪事實(shí)上是只有確定半徑差的兩個內(nèi)圓弧表面。微動開關(guān)觸頭和小半徑內(nèi)表面接觸，開關(guān)便接通；和大圓弧表面接觸，開關(guān)便斷開。和此對應(yīng)的信號分別為1和0。所須要的微動開關(guān)數(shù)目，等于編碼的位數(shù)。既四方刀架有兩個微動開關(guān)，五方和六方刀架各有三個微動開關(guān)。另外，刀位編碼信號并非刀架轉(zhuǎn)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(guān)來限制的。當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到某個刀位時，粗定位開關(guān)發(fā)信號，停轉(zhuǎn)，微機(jī)進(jìn)行編碼比較，依據(jù)比較結(jié)果，或刀架選定此位，或接著轉(zhuǎn)動。粗定位開關(guān)的通斷限制也是由一個類似于內(nèi)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(jī)限制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)。由于斜面銷的棘輪作用，刀架不跟隨轉(zhuǎn)，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，常接受錐形定位銷定位。但是，假如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(diǎn)較為明顯。齒盤齒廓部分的形位精度可以從工藝上嚴(yán)加限制，再經(jīng)反復(fù)對研，既可得到很高的精度。由于端面齒盤定位為多齒接觸，接觸面積大，因此它還有接觸剛度好、定位尺寸穩(wěn)定性好和壽命長等特點(diǎn)。此外，這種元件允許刀架下降時有確定角度誤差。因此，轉(zhuǎn)位刀架的精確定位最常用的是端齒盤結(jié)構(gòu)方式。

定位完畢，須要壓緊刀架，才能平安牢靠地工作。壓緊力是由刀架下降原委后，微電機(jī)接著轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的。壓緊力的大小應(yīng)是切削力大小的兩倍以上，而且應(yīng)當(dāng)能調(diào)整。當(dāng)壓緊力達(dá)到調(diào)整數(shù)值時，使微電機(jī)停轉(zhuǎn)，且始終保持這一壓力直到下一動作循環(huán)的起先。第五章PLC限制車床刀架

5.1刀架的選用

目前數(shù)控車床刀架基本為電動刀架，其特點(diǎn)是定位更精確、快速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動、液壓驅(qū)動或少部分的電動，改造時可以依據(jù)須要對其加以更換。

電動刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動刀架，立式電動刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價格相對較貴，改造中常用四六工位電動刀架。

5.2電動刀架的電機(jī)限制

車床的刀架是車床自動換刀的機(jī)構(gòu)，是車床上一個重要的部件。刀架具有許多種類。有霍爾元件檢測刀位的簡易刀架，有帶位置編碼可雙相換刀的自動刀架，有可帶動刀具的自動刀架，限制刀架旋轉(zhuǎn)有的運(yùn)用一般異步電動機(jī)，有的運(yùn)用伺服電極。有許多刀架的限制廠為車床供應(yīng)各種各樣的刀架。每個廠家生產(chǎn)的刀架限制方法有所差別，就是同一廠家供應(yīng)不同型號的刀架，其限制時序也不是百分百相同。電動刀架接受三相異步電動機(jī)驅(qū)動，刀架檢測接受霍爾元件。限制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動溝通接觸器接通三相溝通電源，使刀架電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。電動刀架電機(jī)的限制硬件連接。

5.3車床刀架限制

車床的刀架是車床自動換刀的機(jī)構(gòu)，是車床上一個重要的部件。刀架具有許多種類。有霍爾元件檢測刀位的簡易刀架，有帶位置編碼可雙相換刀的自動刀架，有可帶動刀具的自動刀架，限制刀架旋轉(zhuǎn)有的運(yùn)用一般異步電動機(jī)，有的運(yùn)用伺服電極。有許多刀架的限制廠為車床供應(yīng)各種各樣的刀架。每個廠家生產(chǎn)的刀架限制方法有所差別，就是同一廠家供應(yīng)不同型號的刀架，其限制時序也不是百分

百相同。

（1）簡易刀架的限制

簡易刀架是經(jīng)濟(jì)型車床上常用的一種自動換刀機(jī)構(gòu)。它的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡潔，調(diào)試和運(yùn)用便利。刀架接受三相異步電動機(jī)驅(qū)動，刀架檢測接受霍爾元件。這種刀架只能單方相換刀，電動機(jī)正轉(zhuǎn)換刀，反轉(zhuǎn)鎖緊。刀架反轉(zhuǎn)鎖緊時刀架電機(jī)事實(shí)上是一種堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)的時間不太長，否則可能導(dǎo)致刀架電機(jī)的損壞。刀架上每一個刀位都配備一個霍爾元件，如4工位刀架，需配備4個霍爾元件。霍爾元件的常態(tài)是截止，當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)到工作位置時，利用磁體和霍爾元件導(dǎo)通。將刀架位置狀態(tài)發(fā)送到PLC的數(shù)字輸入。由于霍爾元件只有導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)。對于電平有效的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字輸入接口，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用大約1.5千歐的上拉電阻將導(dǎo)通和截止的狀態(tài)變成低電平和高電平。刀架的電機(jī)的轉(zhuǎn)動由PLC數(shù)字輸出限制。通過PLC的數(shù)字輸出，限制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動溝通接觸器接通三相溝通電源，使刀架電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

當(dāng)PLC應(yīng)用程序由數(shù)控系統(tǒng)的信號接口或從機(jī)床限制面板得到換刀指令后，限制刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時通過PLC的數(shù)字輸入監(jiān)控刀架的實(shí)際位置。假如刀架的實(shí)際位置等于指令刀具的位置，PLC應(yīng)用程序限制刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，并啟動延時限制。延時時間到達(dá)后，刀架反轉(zhuǎn)停止，換刀過程結(jié)束。

車床換刀時要考慮的平安互鎖是在換刀過程中刀架不能和工件碰撞。換刀時，零件程序首先限制各坐標(biāo)軸回退至平安位置，再執(zhí)行換刀指令TX。換刀完成后，快速移到工件坐標(biāo)原點(diǎn)，接著加工。就是說在換刀指令完成之前，PLC要鎖定零點(diǎn)程序的接著執(zhí)行，同時要禁止坐標(biāo)軸的運(yùn)動。鎖定零件程序的接著執(zhí)行是通過數(shù)控系統(tǒng)信號接口中通道信號“讀入禁止”實(shí)現(xiàn)的。坐標(biāo)軸的禁止，也是通過通道接口中的“進(jìn)給保持”信號置位實(shí)現(xiàn)的。

簡易刀架的限制并不困難，但要設(shè)計(jì)出一個運(yùn)用且功能完備的PLC應(yīng)用程序，除了切換的基本動作以外還須要考慮以下的邊界條件。

刀架的鎖緊時刀架電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以刀架鎖緊時間不能過長。由于不同廠商生產(chǎn)的刀架，反轉(zhuǎn)鎖緊的時間可能有所不同，因此刀架的反轉(zhuǎn)鎖緊時間在PLC應(yīng)用程序中是一個可變的值。刀架的鎖緊所需的時間，應(yīng)當(dāng)以刀架生產(chǎn)廠商的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)?？紤]鎖緊時間的可變性，可以運(yùn)用PLC參數(shù)定義刀架的鎖緊時間。假如運(yùn)用了PLC參數(shù)，必需在PLC應(yīng)用程序的技術(shù)說明中定義該參數(shù)的單位和取值范圍。這樣在機(jī)床的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員可以依據(jù)PLC技術(shù)說明定義PLC參數(shù)。同時，在PLC初始化時應(yīng)檢查輸入的參數(shù)是否在定義的取值范圍之內(nèi)。假如小于低限，則令其等于低限值；假如超出高限，則令其等于高限值。刀架電機(jī)的反轉(zhuǎn)時間切忌過長。

刀架刀位信號監(jiān)控：

假如刀位檢測信號出現(xiàn)問題，將使換刀過程不能結(jié)束，應(yīng)為PLC應(yīng)用程序恒久不能找到零件程序中的目標(biāo)刀具。這種狀況在機(jī)床運(yùn)用過程中是有可能出現(xiàn)的，如冷卻液進(jìn)入刀架，使霍爾元件損壞或刀位信號線斷等。從刀架的時序圖中可以看出，刀架的位置檢測信號在任何時候都沒有全“0”也沒有全“1”狀態(tài)。因此，在沒有刀架電機(jī)轉(zhuǎn)動指令時，假如全部刀位檢測信號都為“0”或都位“1”，則說明刀架硬件故障。這時應(yīng)通過激活PLC報警工作人員供應(yīng)故障信息，提示操作人員對刀架進(jìn)行檢修。

（2）換刀時間監(jiān)控

所謂時間監(jiān)控是是指監(jiān)控從啟動換刀到目標(biāo)刀具的時間。如在換刀過程中由于刀信號故障或編程錯誤，都可以導(dǎo)致找不到目標(biāo)刀位，使換刀過程不能完成。監(jiān)控?fù)Q刀時間的PLC應(yīng)用程序可利用換刀指令激活一個定時器，假如在定時器規(guī)定的時間內(nèi)找到了目標(biāo)刀具，則將該定時器復(fù)位；假如在定時器規(guī)定的時間內(nèi)，沒有找到目標(biāo)刀具，則停止刀架電機(jī)的運(yùn)動，并通過報警提示操作人員進(jìn)行修檢。同樣，換刀的監(jiān)控時間可以通過PLC參數(shù)設(shè)定，并在PLC技術(shù)說明中定義該參數(shù)的單位和取值范圍。

1）時序分析

當(dāng)PLC應(yīng)用程序接收到由數(shù)控系統(tǒng)信號接口發(fā)出的換刀指令后，首先須要依據(jù)當(dāng)前的刀具位置確定出刀架就近旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)刀位的方向，并啟動刀架電機(jī)按該方向旋轉(zhuǎn)，同時檢測有刀架位置編碼器信號發(fā)出的實(shí)際刀位和選通信號。當(dāng)檢測到實(shí)際刀位等于目標(biāo)位，且選通信號的下降沿出現(xiàn)時，PLC應(yīng)用程序則限制預(yù)定位電磁鐵動作。這時PLC應(yīng)用程序接著監(jiān)控預(yù)定位傳感器的下降沿，在下降沿出現(xiàn)后，限制電機(jī)方向相反方向轉(zhuǎn)動，這時刀架進(jìn)入鎖緊過程。鎖緊過程啟動后，PLC應(yīng)用程序監(jiān)控當(dāng)前刀位以及選通信號的上升沿。一旦當(dāng)前刀位等于目標(biāo)刀位，且選通信號的上升沿出現(xiàn)時，限制預(yù)定位電磁鐵關(guān)閉，刀架電機(jī)停止，整個換刀過程完成。假如預(yù)定位電磁鐵吸合或者刀架電機(jī)反向的時間不能保證刀架限制時序的要求，可能導(dǎo)致刀架不能鎖緊，影響這兩個時間的因素有PLC的掃描周期，繼電器或接觸器的滯后時間。對于此類高速刀架，PLC的掃描周期時間在應(yīng)可能短，可通過數(shù)控系統(tǒng)的配置參數(shù)調(diào)整PLC的掃描周期時間。一般PLC掃描時間在12ms左右就可以滿足對此類刀架限制時序的要求。

另外應(yīng)削減限制回路中滯后的中間環(huán)節(jié)，如刀架電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)不應(yīng)在PLC數(shù)字輸出和接觸器之間通過繼電器接力限制，應(yīng)接受24V直流接觸器干脆限制，這樣才能保證預(yù)定位電磁鐵的動作時間和刀架正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的切換時間。2）按就近找刀的原則確定換刀方向

在PLC應(yīng)用程序中的一項(xiàng)任務(wù)是推斷刀架的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)通過信號接口發(fā)出換刀指令后，PLC應(yīng)用程序要依據(jù)當(dāng)前的實(shí)際刀位來確定就近找刀方向。

3）PLC應(yīng)用程序的柔性化

所謂PLC程序的柔性化是指同一個PLC應(yīng)用程序可以適應(yīng)不同的變更，假如限制時序相同，但刀位數(shù)不同的刀架。這里再次提出了應(yīng)用PLC參數(shù)的問題。PLC參數(shù)是數(shù)控系統(tǒng)為機(jī)床制造廠供應(yīng)的開放平臺之一。利用PLC參數(shù)可以定義刀架最大刀位數(shù)，定義換刀的監(jiān)控時間。刀架限制PLC子程序調(diào)用，是一個PLC子程序的實(shí)例，其中刀架的最大刀位數(shù)和監(jiān)控時間運(yùn)用了PLC參數(shù)。同樣必需定義PLC參數(shù)的單位和取值范圍，而且在PLC應(yīng)用程序中對取值范圍進(jìn)行限制。

（3）PLC限制電動刀架

隨著電氣技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC限制技術(shù)廣泛的應(yīng)用各個領(lǐng)域的工業(yè)限制，通過用戶程序限制生產(chǎn)工藝過程，具有較高的穩(wěn)定性和牢靠性，較強(qiáng)的實(shí)時處理實(shí)力，運(yùn)用簡潔維護(hù)便利。溝通伺服以獨(dú)特的定位精度和調(diào)速方式，在各工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，而在機(jī)床的應(yīng)用則更具有代表性。

第六章PLC限制數(shù)控車床刀具庫選刀

6.1設(shè)計(jì)要求6.1.1設(shè)計(jì)題目：數(shù)控車床刀具庫選刀限制6.2.21）駕馭數(shù)控電動刀架的功能。2）駕馭電動刀架PLC限制電路的組成。3）駕馭電動刀架輸入、輸出接口的設(shè)計(jì)方法。6.3.3數(shù)控車床刀庫有四把刀，SQ1—SQ4分別為四個刀具到位信號開關(guān)，SB1—SB4為四把刀具請求按鈕，如按SB3機(jī)選擇第三把刀具，此時換刀電機(jī)M正傳，轉(zhuǎn)到位（即SQ3閉合）則M停止，選刀結(jié)束。6.2設(shè)計(jì)分析技術(shù)參數(shù)1三相異步電動機(jī)M型號：J02-12-4功率：1kw數(shù)量：1臺2行程開關(guān)型號：JLXK1數(shù)量：4按鈕型號：LA18額定電壓380v流電壓220v定電流5A數(shù)量：4個熔斷器型號：RL1-15額定電流：15A熔體額定電流：2461015(A)數(shù)量：1接觸器型號：CJ10-10主觸頭額定電流：10觸頭額定電壓：500幫助觸頭額定電流：5額定操作頻率：600次/h可限制電動機(jī)功率：2.5kw數(shù)量：1熱繼電器型號：JR0-40額定電流：40數(shù)量：1電磁繼電器型號：JZ7-44觸頭額定電壓：380觸頭額定電流：5額定操作頻率：1200次/h數(shù)量：5指示燈額定電壓：24v數(shù)量：48輸出/輸入比照表輸入電器輸入點(diǎn)輸出電器輸出點(diǎn)SB1X401SB0X400SB2X402M(電機(jī))Y430SB3X403L1Y431SB4X404L2Y432SQ1X405L3Y433SQ2X406L4Y434SQ3X407SQ4X410FRX411表6-1輸入/輸出點(diǎn)支配依據(jù)輸出/輸入比照表和設(shè)計(jì)要求畫出接線圖，如圖6-1所示：圖6-1接口電路圖由電路圖所知：輸入端分別為按鈕SB1至SB4,行程開關(guān)SQ1至SQ4及熱繼電器FR，220v電源。SB0為總開關(guān)。輸出端是電動機(jī)和指示燈，24v電源。畫出梯形圖梯形圖如圖6-2所示。圖6-2指令表數(shù)控車床刀具選刀的限制指令表如表6-2,限制過程如下:按下起動按鈕SB1.X400閉合，使Y430接通Y430觸頭動作自鎖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動，同時M101也接通其觸頭動作并自鎖，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)到X404時X404閉合，由于Y430和M101的常開觸頭都已經(jīng)閉合，所以電動機(jī)只有接觸X404，使X404閉合時，只有Y431指示燈亮，其余的示燈線路都沒有接通不會亮，同時M105被接通其常閉觸頭斷開，使Y430和M101斷電，Y430的觸頭動作解除自鎖使電動機(jī)斷電并停止轉(zhuǎn)動，M101也解除自鎖并斷開了信號燈Y431線路，到位信號燈熄滅，刀具選好到位。同理，其余的選刀限制過程和上面的類似。總之，不論刀在哪里按SB1.SB2.SB3.SB4哪個選刀開關(guān)，電動機(jī)就會轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置完成選刀過程且它們幾個互鎖即無論先按哪個按鈕再按其余的按鈕都無效。數(shù)控車床刀具選刀的限制指令表如下表6-2指令表數(shù)控車床選刀PLC指令表步序號指令1LDX4012ANIM1023ANIM1034ANIM1045ORX4026ANIM1017ANIM1038ANIM1049ORX40310ANIM10111ANIM10212ANIM10413ORX40414ANIM10115ANIM10216ANIM10317ORY43018ANIM10519ANDX40020ANDX41121OUTY43022LDX40123ORM10124ANIM10525OUTM10126LDM10127ANDY43028ANDX40529OUTM10530OUTY43131LDX40232ORM10233ANIM10534OUTM10235LDM10236ANDY43037ANDX40638OUTM10539OUTY43240LDX40341ORM40342ANIM10543OUTM10344LDM10345ANDY43046ANDX40747OUTM10548OUTY43349LDX40450ORM10451ANIM10552OUTM10453LDM10454ANDY43055ANDX41056OUTM10557OUTY43458END第七章PLC限制系統(tǒng)的故障診斷及維護(hù)

7.1PLC限制系統(tǒng)故障診斷

7.1.1PLC限制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本原理

PLC限制系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的基本原理是利用PLC的邏輯或運(yùn)算功能，把連續(xù)獲得的被控過程的各種狀態(tài)不斷地和所存儲的志向（或正確）狀態(tài)進(jìn)行比較，發(fā)覺它們之間的差異，并檢查差異是否在所允許的范圍內(nèi)（包括時間范圍和數(shù)值范圍）。若差異超出了該范圍，則按事先設(shè)定的方式對該差異進(jìn)行譯碼，最終以

7.1.2PLC限制系統(tǒng)的故障類型

PLC本身因?yàn)楣收峡赡苄晕⑿?/p>

7.1.3PLC限制系統(tǒng)的故障診斷方法

（1）宏觀診斷

故障的宏觀診斷就是依據(jù)閱歷，參照發(fā)生故障的環(huán)境和現(xiàn)象來確定故障的部位和緣由。

（2）故障自診斷

故障自診斷是系統(tǒng)可修理性設(shè)計(jì)的重要方面，是提高系統(tǒng)牢靠性必需考慮的重要問題。自診斷主要接受軟件方法推斷故障部分和緣由。

（3）總體診斷

依據(jù)總體檢查流程圖找出故障點(diǎn)的大方向，慢慢細(xì)化，以找出具體故障。

（4）電源故障診斷

電源燈不亮，需對供電系統(tǒng)進(jìn)行診斷。假如電源燈不亮，首先檢查是否有電。假如有電，則下一步就檢查電源電壓是否合適，不合適就調(diào)整電壓。若電源電壓合適，則下一步就是檢查熔絲是否燒壞。假如燒壞就更換熔絲檢查電源；假如沒有燒壞，下一步就是檢查接線是否有誤。若接線無誤，則應(yīng)更換電源部件。

（5）運(yùn)行故障診斷

電源正常，運(yùn)行指示燈不亮，說明系統(tǒng)已因某種異樣而終止了正常運(yùn)行。

（6）輸入輸出故障診斷

輸入輸出是PLC和外部設(shè)備進(jìn)行信息溝通的通道，其是否正常工作，除了和輸入輸出單元有關(guān)外，還和聯(lián)接配線、接線端子、保險絲等元件狀態(tài)有關(guān)。

出現(xiàn)輸入故障時，首先檢查LED電源指示器是否響應(yīng)現(xiàn)場元件（如按鈕、行程開關(guān)等）。假如輸入器件被激勵（即現(xiàn)場元件已動作），而指示器不亮，則下一步就應(yīng)檢查輸入端子的端電壓是否達(dá)到正確的電壓值。若電壓值正確，則可替換輸入模塊。若一個LED邏輯指示器變暗，而且依據(jù)編程器件監(jiān)視器、處理器未識別輸入，則輸入模塊可能存在故障。

出現(xiàn)輸出故障時，我們首先應(yīng)察看輸出設(shè)備是否響應(yīng)LED狀態(tài)指示器。若輸出觸點(diǎn)通電，模塊指示器變亮，輸出設(shè)備不響應(yīng)，那么首先應(yīng)檢查保險絲或替換模塊。若保險絲完好，替換的模塊未能解決問題，則應(yīng)檢查現(xiàn)場接線。

（7）指示診斷

LED狀態(tài)指示器能供應(yīng)許多關(guān)于現(xiàn)場設(shè)備、連接和I/O模塊的信息。大部分輸入/輸出模塊至少有一個指示器。輸入模塊常設(shè)電源指示器，輸出模塊則常設(shè)一個邏輯指示器。

對于輸入模塊，電源LED顯示表明輸入設(shè)備處于受激勵狀態(tài)，模塊中有一信號存在。該指示器單獨(dú)運(yùn)用不能表明模塊的故障。邏輯LED顯示表明輸入信號已被輸入電路的邏輯部分識別。假如邏輯和電源指示器不能同時顯示，則表明模塊不能正確地將輸入信號傳遞給處理器。輸出模塊的邏輯指示器顯示時，表明模塊的邏輯電路已識別出從處理器來的叮囑并接通。除了邏輯指示器外，一些輸出模塊還有一只保險絲熔斷指示器或電源指示器，或二者兼有。保險絲熔斷指示器只表明輸出電路中的愛惜性保險絲的狀態(tài)；輸出電源指示器顯示時，表明電源已加在負(fù)載上。輸入模塊的電源指示器和邏輯指示器一樣，假如7.2運(yùn)用前檢查和日常維護(hù)運(yùn)用前檢查

(l)檢查電源接線(電源OFF)。電源端子接線錯誤、直流輸入線和電源線短路，或輸出線之a(chǎn)短路等均會嚴(yán)峻損壞PLC。在接通電源前先檢查電源及接地的接線，以及輸入/輸出接線。

(2)程序及檢查：電源0N，DVP-PLC，STOP。運(yùn)用外圍裝置將程序?qū)懭胫鳈C(jī)之后，將寫入程序讀出、并運(yùn)用程序檢查功能(請參考HPP中文操作手冊)來檢查程序之回路和文法是否正確。

(3)運(yùn)轉(zhuǎn)和測試：電源ON、PLC-RUN。RUN輸入端及COM端導(dǎo)通的話，或?qū)UN開關(guān)撥至0N位置，處于運(yùn)轉(zhuǎn)模態(tài)，運(yùn)轉(zhuǎn)中可藉由HPP來變更定時器(T)、計(jì)數(shù)器C，緩存器(D)之設(shè)定值及暫存值，并可強(qiáng)制輸出接點(diǎn)作ON/OFF動作。運(yùn)用HPP可呼叫出各部繼電器之ON/OFF動作及T、C、D之設(shè)定值和現(xiàn)在值。

(4)LED指示燈檢測異樣。電源指示上POWER燈正常時主機(jī)通上電源時LED亮綠燈，假如主機(jī)通上電源時指示燈不亮若拆掉+24V導(dǎo)線，指示燈會亮，表示PLC的DC負(fù)載過大，這時請另行準(zhǔn)備DC24V電源供應(yīng)器。

（5）電池電壓指示(BATT、LOW燈)：

1）當(dāng)電池電壓不足時本指示燈亮，同時特別補(bǔ)助繼電器ON

o當(dāng)此燈起先亮起，約一個月后程序(當(dāng)運(yùn)用RAM時)自動消逝，而靠電池作停電記憶之記憶區(qū)全部歸0。

2）當(dāng)此燈亮?xí)r請交換新電池(建議五年更換一次)。

當(dāng)主機(jī)蓋拿下即可更換電池。

假如特別補(bǔ)助繼電器被驅(qū)動的話，即使電池電壓已降低BATT，VLED仍不會點(diǎn)亮，但特別補(bǔ)助繼電器將被設(shè)定為ON。

假如電池電壓下降，則用來設(shè)定定時器、計(jì)數(shù)器或其它目的的資料緩存器內(nèi)的資料將不行靠。

（6）程序錯誤指示(PROG.E燈閃爍)：

定時器/計(jì)數(shù)器忘了設(shè)定而運(yùn)用該號接點(diǎn)、程序回路不合理、電池電力不足、或是因外來之噪聲干擾導(dǎo)致程序內(nèi)容產(chǎn)生變更時，此點(diǎn)閃爍。此時，請檢查程序是否正確，是否有較強(qiáng)之噪聲干擾源存在，電池電壓是否不足。當(dāng)錯誤發(fā)生時可由Hpp按[OTHER>鍵兩次，即可顯現(xiàn)出偵錯號碼，另外亦可由D1004來顯示值。

CPU錯誤指示：ERROR燈亮。

當(dāng)CPU因外來噪聲或異物侵入而失控，或程序執(zhí)行時間超過0.1秒時，CPU，ERROR將點(diǎn)亮。在PLC電源0N狀況下，插拔內(nèi)存卡匣也會使CPU-LED點(diǎn)亮。關(guān)掉電源一會兒再打開電源，然后再使PLC運(yùn)轉(zhuǎn)。若此時PLC可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，請檢查可能發(fā)生的噪聲源，或PLC內(nèi)部